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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen.
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Aus der internationalen Offenlegungsschrift
WO 2013/ 144 293 A1 ist eine Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen bekannt, wobei das Vermessen mittels eines scannenden Verfahrens erfolgt. Ein Sensor der Vorrichtung wird somit während der Messwertaufnahme bewegt, um die Oberfläche des Bauteils abzuscannen. Die Vorrichtung weist einen Manipulator, beispielsweise einen Industrieroboter auf, der mit einer Sensorbasis versehen ist, die relativ zu dem zu vermessenden Bauteil bewegbar an dem Manipulator angeordnet ist. An der Sensorbasis ist wenigstens ein optischer Sensor mit einem elektronischen Bildaufnahmeelement und wenigstens einer Lichtquelle angeordnet. An der Sensorbasis ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, die einen Speicher und ein FPGA-Modul aufweist. Die Auswerteeinheit ist mit einer Batterie versehen und mit Einrichtungen, um Signale drahtlos zu übertragen.
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Mit der Erfindung sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 2 vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen, insbesondere im Rahmen der Vermessung von Rohkarosserien von Fahrzeugen in einer Fertigungslinie, weist einen Manipulator, insbesondere einen Industrieroboter, eine Sensorbasis, die relativ zu dem zu vermessenden Bauteil bewegbar an dem Manipulator angeordnet ist, wenigstens einen an der Sensorbasis angeordneten optischen Sensor mit einem elektronischen Bildaufnahmeelement und wenigstens eine Lichtquelle sowie eine an der Sensorbasis vorgesehene Auswerteeinheit für von dem optischen Sensor erfasste Messdaten auf.
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Indem die Auswerteeinheit für von dem optischen Sensor erfasste Messdaten an der Sensorbasis selbst vorgesehen ist, kann zunächst einmal die von der Sensorbasis weg zu übertragende Datenmenge erheblich reduziert werden. Denn es müssen nicht mehr die von dem optischen Sensor erfassten Messdaten selbst übertragen werden, sondern es können bereits die zu Messergebnissen ausgewerteten Messdaten übertragen werden. Indem erfindungsgemäß eine Auswerteeinheit für von dem optischen Sensor erfasste Messdaten an der Sensorbasis selbst vorgesehen ist, können die Anforderungen an eine Kabelverbindung von der Sensorbasis, die ja mittels des Manipulators bewegt wird, zu einem ortsfest angeordneten Punkt bereits erheblich verringert werden. Beispielsweise ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung dadurch ausfallsicher zu gestalten, dass die Auswerteeinheit einen Speicher für Messergebnisse aufweist. Sollte nun beispielsweise eine Kabelverbindung ausfallen, so kann eine Messung dennoch fortgesetzt werden, bis die Kabelverbindung wieder instand gesetzt ist. Durch die Auswerteeinheit können aber beispielsweise auch die von dem optischen Sensor erfassten Messdaten komprimiert oder allgemein in ihrem Datenformat verändert werden, so dass beispielsweise die Übertragungssicherheit steigt und dadurch die Anforderungen an eine Kabelverbindung, allgemein an eine Datenübertragung, sinken.
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Gemäß ist an der Sensorbasis ein Sender zum drahtlosen Übertragen von Signalen, insbesondere von Daten der Auswerteeinheit, zu einem Empfänger vorgesehen.
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Durch Vorsehen eines Senders kann eine Kabelverbindung von dem an dem Manipulator angeordneten Sensor zu einem ortsfesten Punkt, beispielsweise einem Steuerungsrechner, völlig entfallen. Da Kabelverbindungen prinzipiell eine mögliche Fehlerquelle darstellen und insbesondere durch die permanente Bewegung des Manipulators auch Verschleiß unterworfen sind, kann durch Vorsehen eines Senders zum drahtlosen Übertragen von Signalen die Ausfallsicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich erhöht werden. Da qualitativ hochwertige Kabelverbindungen auch hohe Kosten verursachen, beispielsweise allein wegen der in der Regel erforderlichen Steckverbinder, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch preisgünstiger hergestellt werden.
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Gemäß ist an der Sensorbasis ein elektrischer Energiespeicher angeordnet.
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Auf diese Weise kann eine Energieversorgung des optischen Sensors unabhängig von einer Kabelverbindung zwischen der Sensorbasis und einem ortsfesten Punkt erfolgen.
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Gemäß ist eine Andockstation vorgesehen, wobei die Sensorbasis mit der Auswerteeinheit an die Andockstation angedockt werden kann, um Daten zu übertragen und/oder einen Energiespeicher aufzuladen.
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Das Vorsehen einer Andockstation kann entweder zum regelmäßigen Übertragen von Daten und/oder zum regelmäßigen Aufladen eines Energiespeichers erfolgen. Wenn eine drahtlose Übertragung von Signalen von einem Sender an der Sensorbasis zu einem Empfänger vorgesehen ist, kann die Andockstation auch lediglich für das Aufrechterhalten eines Notfallbetriebs vorgesehen sein. Wenn beispielsweise der Sender an der Sensorbasis ausfällt, kann die Andockstation regelmäßig angefahren werden, um die erfassten Messdaten oder die Messergebnisse zur Andockstation zu übertragen.
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Insgesamt kann durch die Erfindung die Ausfallsicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen erheblich erhöht werden.
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Gemäß der Erfindung ist auch ein Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen, insbesondere im Rahmen der Vermessung von Rohkarosserien von Fahrzeugen in einer Fertigungslinie, vorgesehen, wobei das Verfahren einen Manipulator, insbesondere einen Industrieroboter, mit einer Sensorbasis, die relativ zu dem zu vermessenden Bauteil bewegbar an dem Manipulator angeordnet ist, wenigstens einen an der Sensorbasis angeordneten optischen Sensor mit einem elektronischen Bildaufnahmeelement und wenigstens einer Lichtquelle sowie eine an der Sensorbasis vorgesehene Auswerteeinheit für von dem optischen Sensor erfasste Messdaten verwendet und wobei die Schritte des Erfassens von Messdaten mittels des wenigstens einen optischen Sensors und des Auswertens der erfassten Messdaten in der Auswerteeinheit vorgesehen sind.
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Gemäß ist an der Sensorbasis ein Sender zum kabellosen Übertragen von Signalen, insbesondere von Daten der Auswerteeinheit, zu einem Empfänger vorgesehen und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt der Schritt des Übertragens von Daten der Auswerteeinheit, die auf der Auswertung der erfassten Messdaten beruhen, zu einem Empfänger.
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Gemäß ist eine Andockstation vorgesehen und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Schritt des Andockens der Sensorbasis mit der Auswerteeinheit an die Andockstation und des Übertragens von Daten und/oder des Aufladens eines Energiespeichers an der Sensorbasis vorgesehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt:
- die einzige Figur eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen.
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Ein zu vermessendes Bauteil wird in der schematischen Darstellung durch eine Rohkarosserie 12 gebildet und kann beispielsweise auch durch Bolzen, Muttern, Kanten oder dergleichen an der Rohkarosserie 12 gebildet sein. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann beispielsweise in einer Fertigungslinie für Rohkarosserien 12 angeordnet sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, die Vorrichtung 10 außerhalb einer Fertigungslinie anzuordnen, beispielsweise dann, wenn lediglich Stichproben der hergestellten Rohkarosserien 12 vermessen werden sollen.
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Die Vorrichtung 10 weist einen Manipulator 14 in Form eines Industrieroboters auf. Der Manipulator 14 hat einen Arm mit mehreren, gelenkig miteinander verbundenen Gliedern, so dass eine am freien Ende des Arms angeordnete Sensorbasis 16 im Wesentlichen beliebig im Raum bewegt werden kann, beispielsweise auch in Hohlräume der Rohkarosserie 12 hinein. An der Sensorbasis 16 ist ein optischer Sensor 18 angeordnet, der beispielsweise als Triangulationssensor, Durchlichtsensor oder dergleichen ausgebildet ist. Selbstverständlich können im Rahmen der Erfindung mehrere optische Sensoren 18 an der Sensorbasis 16 angeordnet sein. Beispielsweise können mehrere optische Sensoren 18, die nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, an der Sensorbasis 16 angeordnet sein. Beispiele für solche unterschiedlichen optischen Sensoren 18 sind beispielsweise Triangulationssensoren, Stereoskopiesensoren, Durchlichtsensoren und dergleichen. Der optische Sensor 18 weist neben wenigstens einem elektronischen Bildaufnahmeelement auch eine Lichtquelle auf.
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Ebenfalls an der Sensorbasis 16 angeordnet ist eine Auswerteeinheit 20 zum Auswerten von Messdaten, die von dem optischen Sensor 18 erfasst wurden. Unter Auswertung ist dabei nicht notwendigerweise eine Auswertung nach Gut-/Schlecht-Daten zu verstehen. Beispielsweise wird in der Auswerteeinheit 20 lediglich eine Komprimierung der Messdaten von dem optischen Sensor 18 durchgeführt. Vorteilhafterweise erfolgt mittels der Auswerteeinheit 20 aber die Umrechnung der vom optischen Sensor 18 erfassten Messdaten oder Sensorrohdaten in 3D-Messergenisse, also in dreidimensionale Koordinaten im Raum.
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Weiterhin ist an der Sensorbasis 16 ein Sender 22 zum drahtlosen Übertragen von Daten der Auswerteeinheit zu einem Empfänger 24 vorgesehen. Während der Sender 22 durch den Manipulator 14 im Wesentlichen frei im Raum bewegt werden kann, ist der Empfänger 24 ortsfest angeordnet. Der Sender 22 überträgt Daten von der Auswerteeinheit 20. Infolgedessen kann auf eine Kabelverbindung zwischen der beweglichen Sensorbasis 16 und dem Empfänger 24 bzw. irgendeinem ortsfesten Steuerrechner vollständig verzichtet werden. Dies erhöht die Ausfallsicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 erheblich, da störanfällige Kabelverbindungen für die Datenübertragung entfallen können.
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Die Sensorbasis 16 ist darüber hinaus mit einem Energiespeicher 26 versehen, der elektrische Energie zum Betrieb des optischen Sensors 18, der Auswerteeinheit 16 sowie des Senders 22 zur Verfügung stellt. Der Energiespeicher 26 ermöglicht es daher, auch auf ein Kabel zur Stromversorgung des optischen Sensors 18, der Auswerteeinheit 16 und des Senders 22 zu verzichten. Selbst wenn aber eine solche Kabelverbindung vorgesehen ist, beispielsweise um den Energiespeicher 26 aufzuladen, so fällt beispielsweise bei einem Bruch einer solchen Kabelverbindung die Vorrichtung 10 nicht vollständig aus, da ja der optische Sensor 18, die Auswerteeinheit 20 und der Sender 22 mit der im Energiespeicher 26 gespeicherten elektrischen Energie weiterbetrieben werden können.
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Wenn auf jegliche Kabelverbindungen zwischen der Sensorbasis 16 entlang den Armen des Manipulators 14 verzichtet werden soll, kann beispielsweise auch vorgesehen sein, den Energiespeicher 26 berührungslos wieder aufzuladen. Geeignete Maßnahmen sind dem Fachmann bekannt.
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Die Sensorbasis 16 ist schließlich mit einem Steckverbinder 28 versehen, der passend zu einem Steckverbinder 30 an einer Andockstation 32 ausgebildet ist. Nach Abschluss der Vermessung der Rohkarosserie 12 kann der Manipulator 14 die Sensorbasis 16 so bewegen, dass der Steckverbinder 28 in den Steckverbinder 30 an der Andockstation 32 eingesteckt wird. Im eingesteckten Zustand der Steckverbinder 28, 30 kann dann beispielsweise ein Aufladen des Energiespeichers 26 erfolgen, aber auch eine Datenübertragung von Daten der Auswerteeinheit 20 zu dem Empfänger 24 ist möglich. Beispielsweise erfolgt das Andocken der Sensorbasis 16 an die Andockstation, wenn die Rohkarosserie 12 vollständig vermessen ist und eine weitere Rohkarosserie auf den Messplatz transportiert wird. Die für den Transport erforderliche Zeit kann dann für das Aufladen des Energiespeichers genutzt werden.
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Wenn beispielsweise auf eine drahtlose Übertragung von Signalen zwischen dem Sender 22 und dem Empfänger 24 verzichtet werden soll, kann die Auswerteeinheit 20 beispielsweise einen Datenspeicher aufweisen. Die Daten in diesem Datenspeicher können dann an einen Steuerungsrechner dadurch übertragen werden, dass eine Übertragung über die Steckverbinder 28, 30 im angedockten Zustand erfolgt.
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Selbst dann, wenn im Regelfall eine drahtlose Übertragung zwischen dem Sender 22 und dem Empfänger 24 stattfinden soll, erhöht das Vorsehen der Steckverbinder 28, 30 sowie die Möglichkeit, Daten über diese Steckverbinder 28, 30 zu übertragen, die Ausfallsicherheit der Vorrichtung 10. Denn bei einem Ausfall des Senders 22 und/oder des Empfängers 24 können Daten immer noch regelmäßig zur Andockstation übertragen werden, indem die Sensorbasis 16 an die Andockstation 32 angedockt wird und die beiden Steckverbinder 28, 30 verbunden werden.
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Die Ausfallsicherheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist dadurch im Vergleich zu konventionellen Vorrichtungen erheblich erhöht. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn die Vorrichtung 10 in einer Fertigungslinie zum Herstellen von Rohkarosserien von Fahrzeugen eingesetzt wird. Denn eine solche Fertigungslinie kann nicht ohne weiteres angehalten werden, wenn die Vorrichtung 10 ausfällt.
