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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der kürzesten Entfernung eines z.B. auf einer Oberfläche eines Objekts gelegenen Raumpunktes zu einer anderen Objektoberfläche. Bei dem Objekt handelt es sich insbesondere um einen entlang einer Produktionsstrecke bewegten Werkstückgegenstand, beispielsweise ein an einem Band zu montierendes, auf einer Halterung bewegtes Kraftfahrzeug. Die genannte Objektoberfläche betrifft z.B. Oberflächen an der Produktionsstrecke installierter Fertigungseinrichtungen, die dem sich bewegenden Werkstückgegenstand nahekommen.
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An Montagebändern für Kraftfahrzeuge besteht z.B. bei einem Modellwechsel das Problem, ob die durch die am Band installierten Fertigungseinrichtungen gebildete Fertigungstrecke an allen Stellen des Montagebandes eine für das geänderte Modell ausreichende Weite aufweist. Mangels verlässlicher, die Innenmaße der Fertigungsstrecke betreffender Daten, wird zur Lösung dieses Problems herkömmlich eine Messfahrt mit einem Modell durchgeführt und bei Ermittlung einer Kollisionsstelle die Fertigungsstrecke entsprechend verändert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das sich z.B. das oben beschriebene, bei Modellwechsel an Fahrzeugmontagebändern ergebende Problem mit geringerem Aufwand als nach dem Stand der Technik lösen lässt.
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Das Verfahren nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Messeinrichtung ein Objektraum erfasst wird, in dem sich die Objektoberfläche befindet, wobei der Raumpunkt im Koordinatensystem der Messeinrichtung eine vorbestimmte Position einnimmt, dass durch die Messeinrichtung punktweise von der Messeinrichtung aus sichtbare Objektoberflächen im Objektraum erfasst und die Raumkoordinaten der Objektpunkte auf den Objektoberflächen ermittelt werden, dass aus den vorbestimmten Positionskoordinaten des Raumpunktes und den ermittelten Raumkoordinaten der Objektpunkte die Abstände zwischen dem Raumpunkt und den Objektpunkten berechnet werden und dass aus den berechneten Abständen der kleinste Wert als die kürzeste Entfernung des Raumpunktes zu der Objektoberfläche bestimmt wird.
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Erfindungsgemäß wird die kürzeste Entfernung nicht direkt gemessen, sondern es werden von der Messeinrichtung aus sichtbare Objektpunkte, ggf. alle Objektpunkte, erfasst und deren Abstände von dem Raumpunkt berechnet. Automatisch ergibt das Minimum dieser Abstände die gesuchte kürzeste Entfernung des Raumpunkts zu der Objektoberfläche. Einer besonderen Ausrichtung der Messeinrichtung bedarf es nicht. Lediglich die Lage des Raumpunktes in Bezug auf die Messeinrichtung, d.h. die Lage des Raumpunktes in deren Koordinatensystem, muss bekannt sein.
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Während jede Raumkoordinaten der Objektpunkte ermittelnde Messeinrichtung geeignet ist, wird vorzugsweise ein Sensor verwendet, der nach dem Structured-Light-Prinzip ein Tiefenprofil des Objektraums ermittelt.
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In einer Ausführungsform der Erfindung bewegt sich das Objekt, z.B. eine entlang eines Montagebandes bewegte Trägereinrichtung für ein zu montierendes Kraftfahrzeug, relativ zu der genannten Objektoberfläche und der Raumpunkt liegt auf einer oder in bekannter Lage zu einer in Bewegungsrichtung sichtbaren Kontur des Objekts, d.h. einer Kontur, die sich durch Projektion des Objekts auf eine zur dessen Bewegungsrichtung senkrechte Ebene ergibt.
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Zur Vermessung des Freiraums zwischen der Kontur und der Objektoberfläche, die beispielsweise durch eine an einem Montageband installierte Fertigungseinrichtung gebildet ist, werden die minimalen Entfernungen von mehreren Punkten auf der Kontur zu der Objektoberfläche bestimmt. Somit lässt sich ein Profil der kürzesten Abstände zwischen der Kontur und der Objektoberfläche angeben.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird aus den ermittelten kürzesten Entfernungen ein Minimalwert als der bei einer Vorbeibewegung des Objekts an der ihm zugewandten Objektoberfläche minimal verbleibende Abstand zwischen dem Objekt und der Objektoberfläche ermittelt.
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Bei der Ermittlung der Koordinaten der Objektpunkte oder bei der Berechnung der Abstände kann ein irrelevanter Teil der Objektpunkte des Objektraums unberücksichtigt bleiben und so Rechenzeit gespart werden.
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Die Messeinrichtung kann mit dem Objekt, beispielsweise mit einer Trägereinrichtung für ein auf einem Montageband zu montierendes Kraftfahrzeug, fest verbunden und gemeinsam mit dem Objekt auf einer Bahn entlang dem Montageband bewegt werden. Entlang der Bahn lässt sich dann in Abständen die jeweilige Vermessung des Freiraums zwischen dem Objekt und einer der Kontur zugewandten Objektoberfläche durchführen und für die einzelnen Messstellen ein Profil der kürzesten Entfernungen ermitteln.
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Dieses Profil kann durch einen Steifen visualisiert werden, dessen Helligkeit entlang seiner Längenausdehnung variiert. Die für die gesamte Produktionsstrecke ermittelten Streifen können so übersichtlich in Zuordnung zu den Messpositionen dargestellt werden, so dass kritische Stellen mit geringem Freiraum auf einen Blick erfassbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf eines dieser Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt einer durch ein Montageband für Kraftfahrzeuge gebildeten, zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehenen Fertigungsstrecke,
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2 eine die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Fertigungsstrecke von 1 erläuternde Darstellung,
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3 eine Visualisierung bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Fertigungsstrecke von 1 ermittelter Messergebnisse, und
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4 minimale Distanzen zwischen einem auf dem Montageband von 1 bewegten Objekt und am Montageband installierten Fertigungseinrichtungen in Abhängigkeit vom Fahrweg des Objekts.
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Ein in 1 in einem Ausschnitt gezeigtes Montageband weist in Bandlängsrichtung aneinander gereihte Trägereinrichtungen 1 für die Aufnahme je eines zu montierenden Kraftfahrzeugs auf. Die in der Art eines Käfigs ausgebildeten Trägereinrichtungen 1 sind bei 2 aufgehängt und entlang einer (nicht gezeigten) Schienenführung senkrecht zur Querschnittsebene bewegbar. Die Trägereinrichtungen 1 weisen jeweils auf einander gegenüberliegenden Seiten zwei vertikale Tragrohre 3 auf, ein Tragrohr 3 in Bewegungsrichtung am vorderen und eines am hinteren Ende der Trägereinrichtung. Der Raum zwischen den Tragrohren 3 ist für die Durchführung von Montagearbeiten frei zugänglich.
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Entlang dem Montageband sind Fertigungseinrichtungen unterschiedlicher Art angeordnet, von denen 1 beispielhaft Einrichtungen 4 bis 8 schematisch wiedergibt. Die genannten Fertigungseinrichtungen kommen den sich in Bandlängsrichtung bewegenden Trägereinrichtungen 1 unterschiedlich nahe. Es versteht sich, dass die Fertigungseinrichtungen maximal nur bis an die in Bewegungsrichtung sichtbare Kontur der Trägereinrichtungen 1 heranreichen dürfen, wenn sich die Trägereinrichtungen 1 ohne anzustoßen durch den von den Fertigungseinrichtungen gebildeten „Fertigungstunnel“ hindurchbewegen sollen.
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Zum Beispiel bei einem Modellwechsel, der die Verwendung von Trägereinrichtungen 1 mit geänderten Abmessungen erfordert oder z.B. dazu führt, dass das neue Modell im Unterschied zum Vorgängermodell nach außen über die Trägereinrichtung hinausreicht, muss überprüft werden, ob die obengenannte Bedingung auch weiterhin erfüllt ist. In vielen Fällen fehlt es hierzu an genauen, die Maße und Positionen aller Fertigungseinrichtungen am Montageband betreffender Daten.
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Zur Gewinnung eines Überblicks über den vorhandenen Freiraum für die Trägereinrichtungen 1 in der Fertigungsstrecke ist an der gezeigten Trägereinrichtung 1 eine Messeinrichtung installiert, die eine Kamera 9 und ein Auswertgerät 10 umfasst. Letzteres steht in z.B. drahtlosem Datenaustausch mit einem der weiteren Datenauswertung dienenden Personalcomputer 11.
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Die in dem gezeigten Beispiel am hinteren Stützrohr 3 angebrachte Kamera 9 erfasst einen gemäß 2 begrenzten Objektraum 12, in welchem die Kamera 9 durch die Kamera 9 einsehbare Objektoberflächen im Objektraum nach dem Structured-Light-Prinzip erfasst. Die Messeinrichtung 9, 10 liefert so von jedem Punkt auf einer Objektoberfläche dessen Lage kennzeichnende Raumkoordinaten. Die durch die Messeinrichtung 9, 10 ermittelten Raumkoordinaten der Objektpunkte lassen sich am Bildschirm des Personalcomputers 11 visualisieren, wobei unterschiedlichen Tiefenkoordinatenwerten unterschiedliche Helligkeitswerte zugeordnet werden. 2 zeigt eine solche Visualisierung, in der die Fertigungseinrichtung 4 und das vordere Tragrohr 3 als Teile 14 und 15 der visualisierten, durch die Messeinrichtung 9, 10 erfassten Punktwolke erkennbar sind.
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Eine in die visualisierte Punktwolke von 2 eingezeichnete durchgehende Linie 13 entspricht einer im Objektfeld der Kamera 9 befindlichen Kontur der Trägereinrichtung 1. Gespeicherte Koordinaten diese virtuelle Kontur 13 bildender Punkte können mit Hilfe der Kamera 9 aber auch gesondert ermittelt werden, z.B. mit Hilfe einer weiteren Kamera. In letzterem Fall sind die Punkte in das Koordinatensystem der Kamera 9 zu transferieren. Die Kontur 13 bildet eine Referenzkontur, welche nicht notwendig auf der Oberfläche der Trägereinrichtung 1 zu liegen braucht, die im Hinblick auf eine Vermessung des Freiraums zwischen der Trägereinrichtung 1 und an dem Montageband installierter Fertigungseinrichtung 4 bis 8 aber in Bezug auf die Oberfläche der Trägereinrichtung 1 in einer bekannter Beziehung stehen muss. So lange Position und Orientierung der Kamera 9 in Bezug auf die Trägereinrichtung 1 konstant bleiben, ändern sich auch die gesondert ermittelten Koordinaten der die Kontur 13 bildenden Punkte nicht.
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Maßgebend für den Freiraum zwischen der Trägereinrichtung 1 und den Fertigungseinrichtungen am Montageband sind die kürzesten Entfernungen der Punkte der Kontur 13 zu einer Oberfläche einer bei dem Montageband installierten Fertigungseinrichtung. Das Auswertgerät 10 oder/und der Personalcomputer 11 berechnet für alle oder einen Teil der Punkte der Kontur 13 diese kürzesten Entfernungen, indem zunächst die Abstände dieser Punkte der Kontur 13 zu allen durch die Kamera 9 ermittelten Objektpunkten berechnet werden und danach der jeweils kleinste Abstand als die kürzeste Entfernung des betreffenden Punktes zu einer Objektoberfläche ausgewählt wird.
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2 zeigt diesen kürzesten Entfernungen entsprechende Verbindungslinien 16 von ausgewählten Punkten der Kontur 13 zu den nächstliegenden Objektpunkten der Punktwolke. Wie 2 erkennen lässt, liegen diese Objektpunkte in dem Teil der Punktwolke, welcher der in 1 gezeigten Fertigungseinrichtung 4 entspricht, deren Objektpunkte sich von den tieferliegenden übrigen Objektpunkten der Punktwolke im Helligkeitswert abheben.
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Die Verbindungslinien 16 geben somit einen Überblick über den zwischen der Kontur 13 und der Fertigungseinrichtung 4 vorliegenden Freiraum. Es versteht sich, dass zur Gewinnung eines allseitigen Überblicks entsprechende Messungen bzw. Berechnungen auch für die übrigen Seiten der Trägereinrichtung 1 durchzuführen sind, wozu die Messeinrichtung 9, 10 entsprechend uminstalliert werden kann.
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Zur Vermessung des die Trägereinrichtung 1 umgebenden Freiraums über die gesamte Länge des Montagebandes wird eine z.B. mehrstündige Messfahrt durchgeführt, während der in regelmäßigen Fahrweg- oder Zeitabständen die vorangehend beschriebene Bestimmung der kürzesten Entfernungen zu der Trägereinrichtung 1 zugewandten Objektoberflächen am Montageband installierter Fertigungseinrichtungen bestimmt werden. Das Ergebnis der Messfahrt lässt sich am Personalcomputer 11 visualisieren, indem den betreffenden Fahrweglängen s bzw. Messzeitpunkten jeweils ein Helligkeitsprofilstreifen zugeordnet wird, dessen Helligkeitsverteilung entlang seiner Länge dem ermittelten Profil der kürzesten Entfernungen 16 entspricht. Eine solche Darstellung mit hoher Informationsdichte kann gemäß 3 auf dem Schirm des Personalcomputers 11 für die gesamte Messfahrt angezeigt werden, so dass mit einem Blick erfasst werden kann, an welchen Stellen des Montagebandes kritische Abstände zu Objektoberflächen von Produktionseinrichtungen zu beachten sind.
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4 zeigt von den bei jeder Messung ermittelten kürzesten Entfernungen den Minimalwert, welcher der jeweils kürzesten Distanz entspricht, die sich zwischen der bewegten Trägereinrichtung 1 und einer an dem Montageband installierten Fertigungseinrichtung ergibt. Es versteht sich, dass diese Entfernung einen Wert > 0 haben muss, wenn es nicht zu einer Kollision kommen soll.
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Die Kamera 9 bleibt während der Messfahrt fest an der Trägereinrichtung 1 installiert derart, dass die Lage des der Kamera zugehörigen Koordinatensystems in Bezug auf die Trägereinrichtung konstant bleibt.
