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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen, insbesondere im Rahmen der Vermessung von Rohkarosserien von Fahrzeugen in einer Fertigungslinie. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen.
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Mit der Erfindung soll eine Vorrichtung und ein Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen verbessert werden.
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Erfindungsgemäß ist hierzu eine Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen mit den Merkmalen von Anspruch 1 bzw. ein Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen mit den Merkmalen von Anspruch 12 vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen ist insbesondere für die Vermessung von Rohkarosserien von Fahrzeugen in einer Fertigungslinie vorgesehen. Die Vorrichtung weist einen Manipulator, insbesondere einen Industrieroboter, und eine Sensorbasis, auf, die relativ zu dem zu vermessenden Bauteil bewegbar an dem Manipulator angeordnet sind. An der Sensorbasis sind wenigstens ein erster, als Triangulationssensor ausgebildeter optischer Sensor mit einem elektronischen Bildaufnahmeelement und wenigstens zwei Lichtquellen zum Erzeugen von Lichtstreifen angeordnet, wobei die erste Lichtquelle Lichtstreifen einer ersten Orientierung und die zweite Lichtquelle Lichtstreifen einer zweiten, von der ersten Orientierung verschiedenen Orientierung auf dem zu vermessenden Bauteil erzeugt. Der Triangulationssensor kann infolgedessen auch als Lichtschnittsensor bezeichnet werden. An der Sensorbasis ist darüber hinaus wenigstens ein zweiter, optischer Sensor mit wenigstens zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen und wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Ausrichtung zum Beleuchten des zu vermessenden Bauteils angeordnet. Indem an der Sensorbasis somit wenigstens ein Triangulationssensor mit wenigstens zwei Lichtquellen und ein weiterer optischer Sensor mit wenigstens zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen und wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Ausrichtung an der Sensorbasis angeordnet sind, kann das zu vermessende Bauteil sehr schnell und gleichzeitig sehr zuverlässig vermessen werden. Denn die Sensorbasis muss mit dem Manipulator lediglich einmal in eine vorgesehene Aufnahmeposition verbracht werden. In dieser Aufnahmeposition können dann entweder gleichzeitig oder zeitlich sehr kurz aufeinanderfolgend dreidimensionale Vermessungen des Bauteils mit den unterschiedlichen Sensoren vorgenommen werden. Da unterschiedliche optische Sensoren verwendet werden, kann bei der Messwerterfassung eine sehr hohe Zuverlässigkeit erreicht werden. Optische Sensoren haben je nach Bauart spezielle kritische Aufnahmepositionen oder Aufnahmewinkel, in denen das Messergebnis der optischen Sensoren prinzipbedingt wenig aussagekräftig oder sogar fehlerhaft ist. Indem nun zwei unterschiedliche optische Sensoren an der Sensorbasis angeordnet werden, können solche prinzipbedingten Nachteile eines ersten optischen Sensors durch den unterschiedlichen zweiten optischen Sensor ausgeglichen werden. Darüber hinaus können durch zwei unterschiedliche Sensoren sehr schnell große Datenmengen mittels der optischen Sensoren erfasst werden, die dann sehr zuverlässige und präzise Messergebnisse liefern können. Die Ausbildung des Triangulationssensors mit einem elektronischen Bildaufnahmeelement und wenigstens zwei Lichtquellen, die Lichtstreifen unterschiedlicher Orientierung erzeugen, erlaubt für sich gesehen bereits eine sehr präzise Erfassung von dreidimensionalen Messergebnissen. Die Verwendung wenigstens eines zweiten optischen Sensors mit wenigstens zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen und wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Ausrichtung führt dann zu einer weiteren Präzisierung der erhaltenen dreidimensionalen Messergebnisse.
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Die sehr schnelle und präzise Erfassung und Bereitstellung von dreidimensionalen Messergebnissen erlaubt es, die erfindungsgemäße Vorrichtung innerhalb einer Fertigungslinie zum Erstellen von Rohkarosserien von Fahrzeugen einzusetzen, da die für die Vermessung benötigten Taktzeiten klein genug sind, um im Takt der Fertigungslinie zu bleiben. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung aber auch außerhalb einer Fertigungslinie eingesetzt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung definiert das Bildaufnahmeelement des ersten optischen Sensors eine von der Sensorbasis weg gerichtete optische Achse und die wenigstens zwei Lichtquellen des ersten optischen Sensors und der wenigstens eine zweite Sensor sind an der Sensorbasis ringförmig um die optische Achse angeordnet.
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Auf diese Weise können zum einen präzise dreidimensionale Messergebnisse erhalten werden und darüber hinaus ist eine räumlich kompakte Anordnung möglich.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der zweite optische Sensor zum Durchführen eines Durchlicht- oder Auflichtverfahrens ausgebildet und jeweils eine Lichtquelle und ein elektronisches Bildaufnahmeelement sind einander gegenüber und mit einer Blickrichtung von der Sensorbasis weg ausgerichtet.
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Der zweite optische Sensor kann, da er mit wenigstens zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen und wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Ausrichtung versehen ist, ein zu vermessendes Bauteil aus zwei unterschiedlichen Blickrichtungen erfassen. Auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, beispielsweise spiegelnde Oberflächen oder dergleichen, können dadurch äußerst präzise dreidimensionale Messergebnisse erzielt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der zweite optische Sensor zum Durchführen eines Stereoskopieverfahrens ausgebildet, wobei wenigstens zwei Paare von elektronischen Bildaufnahmeelementen und mehrere Lichtquellen vorgesehen sind.
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Auch die Verwendung eines Stereoskopieverfahrens erlaubt eine sehr präzise Erfassung von dreidimensionalen Messergebnissen. Indem zwei Paare von elektronischen Bildaufnahmeelementen und mehrere Lichtquellen vorgesehen sind, kann der zweite optische Sensor das zu vermessende Bauteil aus unterschiedlichen Blickrichtungen aufnehmen und dadurch hochpräzise Messergebnisse liefern.
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In Weiterbildung der Erfindung sind insgesamt drei optische Sensoren an der Sensorbasis angeordnet, wobei der erste optische Sensor als Triangulationssensor ausgebildet ist, der zweite optische Sensor zum Durchführen eines Durchlicht- oder Auflichtverfahrens ausgebildet ist und der dritte optische Sensor zum Durchführen eines Stereoskopieverfahrens ausgebildet ist.
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Durch Vorsehen von drei unterschiedlichen optischen Sensoren können sehr schnell hochpräzise Messergebnisse erzielt werden. Ein wesentlicher Vorteil ist dabei, dass in ein und derselben Stellung der Sensorbasis unterschiedlich ausgebildete optische Sensoren ein zu vermessendes Bauteil erfassen. Selbst wenn also eine Zeit zum Bewegen der Sensorbasis an unterschiedliche Aufnahmepositionen vergleichsweise lang dauert, so kann die Verweilzeit an einer vorgesehenen Aufnahmeposition vergleichsweise kurz sein, da die drei optischen Sensoren entweder gleichzeitig oder kurz nacheinander das Bauteil vermessen können.
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In Weiterbildung der Erfindung sind an der Sensorbasis mehrere Lichtquellen ringförmig angeordnet.
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Zweckmäßigerweise sind die mehreren Lichtquellen ringförmig um eine optische Achse des Triangulationssensors herum angeordnet und können, je nach Bedarf, unterschiedliche Beleuchtungsverhältnisse erzeugen, um auch bei problematischen Randbedingungen, beispielsweise spiegelnde Oberflächen oder Oberflächen mit stark variierendem Reflexionsgrad, zuverlässige dreidimensionale Messergebnisse zu erhalten.
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In Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens eine der Lichtquellen als Blitzlichtquelle ausgebildet.
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Mit Blitzlichtquellen können sehr hohe Leuchtstärken erzielt werden, die wiederum zu präzisen Messergebnissen führen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Auswerteeinheit für die optischen Sensoren an der Sensorbasis angeordnet.
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Auf diese Weise können die von den Sensoren erfassten Sensorrohdaten unmittelbar an der Sensorbasis selbst ausgewertet und in dreidimensionale Messergebnisse umgesetzt werden. Die von der Sensorbasis weg, beispielsweise zu einem Steuerrechner, zu übertragende Datenmenge kann dadurch wesentlich reduziert werden. Darüber hinaus können Kabelverbindungen vollständig weggelassen oder zumindest einfacher und kostengünstiger ausgestaltet werden, da die sehr großen Mengen an Sensorrohdaten lediglich in die an der Sensorbasis angeordnete Auswerteeinheit übertragen werden müssen und dort bereits in dreidimensionale Messergebnisse umgesetzt werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist an der Sensorbasis ein Sender zum kabellosen Übertragen von Signalen an einen Empfänger vorgesehen.
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Auf diese Weise kann eine Kabelverbindung von der Sensorbasis zu einem Empfänger, beispielsweise einem Steuerungsrechner, vollständig eingespart werden. Damit kann auf eine verschleißträchtige Komponente bei konventionellen Vorrichtungen zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen verzichtet werden. Alternativ kann eine Kabelverbindung als redundante Verbindung vorhanden sein.
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In Weiterbildung der Erfindung ist an der Sensorbasis ein elektrischer Energiespeicher angeordnet.
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Auf diese Weise können die mehreren optischen Sensoren sowie gegebenenfalls auch die Auswerteeinheit kabellos mit elektrischer Energie aus dem Energiespeicher betrieben werden. Dies erhöht die Beweglichkeit des Manipulators, da auf keine Kabelverbindung zwischen der Sensorbasis und einer Basis des Manipulators mehr Rücksicht genommen werden muss. Auch schwierig zu erreichende Bauteile in einer Rohkarosserie können dadurch problemlos und schnell vermessen werden.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Andockstation vorgesehen, wobei die Sensorbasis an die Andockstation angedockt werden kann, um Daten zu übertragen und/oder einen Energiespeicher an der Sensorbasis aufzuladen.
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Beispielsweise können die in der Auswerteeinheit erstellten dreidimensionalen Messergebnisse nach dem Vermessen einer oder mehrerer Rohkarosserien an die Andockstation und damit beispielsweise einem Steuerungsrechner übertragen werden. Beispielsweise kann hierfür ein Zeitraum genutzt werden, bis eine weitere Rohkarosserie auf den Messplatz befördert wurde. Alternativ kann das Andocken der Sensorbasis an die Andockstation auch als zweite, redundante Datenübertragungsmöglichkeit genutzt werden. Wenn beispielsweise im Regelfall die drahtlose Übertragung von Signalen von der Sensorbasis zu einem Empfänger vorgesehen ist, so kann bei einem eventuellen Ausfall dieser drahtlosen Übertragung das Andocken an die Andockstation genutzt werden, um dennoch Daten zu übertragen. Zweckmäßigerweise kann das Andocken der Sensorbasis an die Andockstation auch regelmäßig genutzt werden, um den Energiespeicher an der Sensorbasis aufzuladen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen, insbesondere im Rahmen der Vermessung von Rohkarosserien von Fahrzeugen in einer Fertigungslinie, wird ein Manipulator, insbesondere ein Industrieroboter, eine Sensorbasis, die relativ zu dem zu vermessenden Bauteil bewegbar an dem Manipulator angeordnet ist, wenigstens ein erster, an der Sensorbasis angeordneter, als Triangulationssensor ausgebildeter optischer Sensor mit einem elektronischen Bildaufnahmeelement und wenigstens zwei Lichtquellen zum Erzeugen von Lichtstreifen, wobei die erste Lichtquelle Lichtstreifen einer ersten Orientierung und die zweite Lichtquelle Lichtstreifen einer zweiten, von der ersten Orientierung verschiedenen Orientierung auf dem zu vermessenden Bauteil erzeugt, und wenigstens ein zweiter, an der Sensorbasis angeordneter optischer Sensor mit wenigstens zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen und wenigstens zwei Lichtquellen unterschiedlicher Ausrichtung zum Beleuchten des zu vermessenden Bauteils verwendet. Erfindungsgemäß sind die Schritte des Erfassens von Messdaten mittels des wenigstens einen ersten optischen Sensors und des gleichzeitigen oder unmittelbar nachfolgenden Erfassens von Messdaten mittels des wenigstens einen zweiten optischen Sensors vorgesehen.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Auswerteeinheit für die optischen Sensoren an der Sensorbasis angeordnet und es ist der Schritt des Auswertens der mit den optischen Sensoren erfassten Messdaten in der Auswerteeinheit vorgesehen.
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In Weiterbildung der Erfindung werden beim Schritt des Auswertens von den optischen Sensoren erfasste Messdaten in Messergebnisse, nämlich dreidimensionale räumliche Messwerte, umgerechnet.
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In Weiterbildung der Erfindung ist an der Sensorbasis ein Sender zum kabellosen Übertragen von Signalen an einen Empfänger vorgesehen, wobei der Schritt des Übertragens von Messergebnissen der Auswerteeinheit an den Empfänger vorgesehen ist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist eine Andockstation vorgesehen und es erfolgt der Schritt des Andockens der Sensorbasis an die Andockstation und des Übertragens von Messergebnissen von der Auswerteeinheit zur Andockstation und/oder des Aufladens eines Energiespeichers an der Sensorbasis.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Einzelmerkmale der unterschiedlichen, dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen lassen sich dabei in beliebiger Weise miteinander kombinieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum berührungslosen dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen,
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2 eine schematische Draufsicht auf eine Sensorbasis der Vorrichtung der 1,
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3 eine schematische Draufsicht auf einen Triangulationssensor der Vorrichtung der 1,
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4 eine Draufsicht auf mehrere Lichtquellen der Vorrichtung der 1,
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5 eine schematische Draufsicht auf einen für ein Durchlicht- oder Auflichtverfahren geeigneten optischen Sensor der Vorrichtung der 1,
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6 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Funktionsweise des optischen Sensors der 5,
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7 eine schematische Draufsicht auf einen zur Durchführung eines Stereoskopieverfahrens geeigneten optischen Sensor der Vorrichtung der 1 und
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8 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Funktionsweise des optischen Sensors der 7.
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Die Darstellung der 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10, mit der eine Rohkarosserie 12 eines Fahrzeugs dreidimensional vermessen werden soll. Die Vorrichtung 10 kann in einer Fertigungslinie für Rohkarosserien 12 angeordnet sein, selbstverständlich kann die Vorrichtung 10 auch außerhalb einer Fertigungslinie angeordnet sein, so dass beispielsweise Rohkarosserien 12 aus der Fertigungslinie ausgeschleust und zu der Vorrichtung 10 gebracht werden, beispielsweise dann, wenn lediglich Stichproben an Rohkarosserien 12 vorgenommen werden sollen.
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Die Vorrichtung 10 weist einen Manipulator 14 auf, der einen mehrgliedrigen Roboterarm und eine am freien Ende des Roboterarms angeordnete Sensorbasis 16 aufweist. Mittels des Manipulators 14 kann die Sensorbasis 16 im Wesentlichen beliebig gedreht und im Raum angeordnet werden, und kann beispielsweise auch durch Öffnungen in der Rohkarosserie 12 in diese hineinbewegt werden.
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An der Sensorbasis 16 sind mehrere optische Sensoren 18 angeordnet, die in 1 lediglich schematisch dargestellt sind. Neben den mehreren optischen Sensoren 18 ist an der Sensorbasis 16 eine Auswerteeinheit 20 angeordnet, mit der von den optischen Sensoren 18 aufgenommene Rohdaten in dreidimensionale Messergebnisse umgesetzt werden, also in Informationen über die Position der Rohkarosserie 12 oder Teilen hiervon im Raum.
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An der Sensorbasis ist darüber hinaus ein Sender 22 angeordnet, mit dem Daten von der Auswerteeinheit 20 drahtlos zu einem Empfänger 24 übertragen werden können, wobei der Empfänger 24 ortsfest angeordnet ist.
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An der Sensorbasis 16 ist darüber hinaus ein elektrischer Energiespeicher 26 angeordnet, der elektrische Energie zum Betreiben der optischen Sensoren 18, der Auswerteeinheit 20 und des Senders 22 zur Verfügung stellt. Durch Vorsehen des Energiespeichers 26 müssen keine Kabelverbindungen von der Sensorbasis bzw. den darauf angeordneten Komponenten zu einer ortsfesten Energieversorgung vorgesehen werden. Die Beweglichkeit des Roboterarms des Manipulators 14 ist dadurch in keinster Weise eingeschränkt.
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An der Sensorbasis 16 ist darüber hinaus noch ein Steckverbinder 28 angeordnet, der passend zu einem Steckverbinder 30 in einer Andockstation 32 ausgebildet ist. In der Andockstation 32 ist auch der Empfänger 24 angeordnet. Nach Vermessung einer Rohkarosserie 12 kann die Sensorbasis mittels des Manipulators beispielsweise so verfahren werden, dass der Steckverbinder 28 in den Steckverbinder 30 an der Andockstation 32 eingesteckt wird. In diesem eingesteckten Zustand kann dann beispielsweise das Aufladen des elektrischen Energiespeichers 26 erfolgen. Falls erforderlich, können beispielsweise auch Daten von der Auswerteeinheit 20 zu dem Empfänger 24 übertragen werden. Eine solche Übertragung von Daten kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn die drahtlose Übertragung von dem Sender 22 zu dem Empfänger 24 gestört oder vollständig ausgefallen ist.
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Die Darstellung der 2 zeigt schematisch eine Draufsicht auf die Sensorbasis 16 und die mehreren, darauf angeordneten optischen Sensoren 18. Ein erster optischer Sensor weist ein elektronisches Bildaufnahmeelement 36a auf, das beispielsweise als CCD-Bildaufnahmeelement (Charged Coupled Device) ausgebildet ist. Der erste optische Sensor weist darüber hinaus eine erste Streifenlichtquelle 36b und eine zweite Streifenlichtquelle 36c auf. Die erste Streifenlichtquelle 36b erzeugt Lichtstreifen 36d einer ersten Ausrichtung, die in 2 lediglich schematisch angedeutet sind und die auf ein zu vermessendes Bauteil gerichtet sind. In 2 ist somit lediglich eine Reflexion der Lichtstreifen 36d wieder zurück auf das Bildaufnahmeelement 36a zu sehen.
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Die zweite Lichtquelle 36c erzeugt Lichtstreifen 36e mit einer zweiten, von der Ausrichtung der ersten Lichtstreifen 36d verschiedenen Ausrichtung. In der Darstellung der 2 sind die Lichtstreifen 36e senkrecht zu den Lichtstreifen 36d angeordnet. Der erste optische Sensor und speziell das Bildaufnahmeelement 36a definiert eine optische Achse 38, die senkrecht auf der Zeichenebene der 2 steht und sich, siehe 1, von der Sensorbasis 16 in Richtung auf das zu vermessende Bauteil bzw. die Rohkarosserie 12 erstreckt. Der erste optische Sensor mit dem Bildaufnahmeelement 36a und den beiden Streifenlichtquellen 36b, 36c ist somit als Triangulationssensor, speziell als Lichtschnittsensor, ausgebildet.
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Auf der Sensorbasis 16 ist darüber hinaus ein zweiter optischer Sensor mit zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen 40a und 40b vorgesehen, wobei die Bildaufnahmeelemente 40a, 40b jeweils als CCD-Aufnahmeelemente ausgebildet sind. In Bezug auf die optische Achse gegenüber den beiden Bildaufnahmeelementen 40a, 40b ist jeweils eine Lichtquelle 40c bzw. 40d angeordnet. Der zweite optische Sensor mit den Bildaufnahmeelementen 40a, 40b und den beiden Lichtquellen 40c, 40d kann somit für ein Durchlicht- oder Auflichtverfahren eingesetzt werden, um die Rohkarosserie 12 oder Abschnitte hiervon zu vermessen. Die Bildaufnahmeelemente 40a, 40b sind schräg zu einem zu vermessenden Bauteil angeordnet und gleichzeitig auf einem gedachten Ring um die optische Achse 38 platziert.
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Auf der Sensorbasis 16 ist darüber hinaus ein dritter optischer Sensor angeordnet, der zwei Paare von elektronischen Bildaufnahmeelementen 42a, 42b sowie 42c und 42d aufweist. Darüber hinaus weist der zweite optische Sensor Lichtquellen 42e, 42f, 42g und 42h auf. Der dritte optische Sensor weist somit zwei Paare von elektronischen Bildaufnahmeelementen auf, nämlich zum einen das Paar der Bildaufnahmeelemente 42a, 42b sowie 42c und 42d, die zum Erzeugen von Stereoskopieaufnahmen des zu vermessenden Bauteils verwendet werden können. Es ist dabei möglich, die vier Bildaufnahmeelemente 42a, 42b, 42c und 42d auch anders zu Paaren zu gruppieren. Beispielsweise können die Bildaufnahmeelemente 42a und 42c ein Paar bilden, um eine Stereoskopieaufnahme zu erstellen. Genauso können die Bildaufnahmeelemente 42d, 42b ein Paar bilden, wie auch die Bildaufnahmeelemente 42a, 42d bzw. 42b und 42c. Alternativ können auch die Bildaufnahmeelemente 40a, 40b zur Bildung von Paaren herangezogen werden. Beispielsweise würden dann die Bildaufnahmeelemente 42a und 42d genügen, um zwei Paare von Bildaufnahmeelementen für zwei unterschiedliche Stereoskopieanordnungen zu erreichen, nämlich einmal die Bildaufnahmeelemente 40a und 42a und einmal die Bildaufnahmeelemente 40b und 42d.
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Als Lichtquellen für die Stereoskopieaufnahmen können die Lichtquellen 42e, 42f, 42g und/oder 42h verwendet werden. Weitere Lichtquellen 44, 46 und 50 können je nach Bedarf und den bestehenden räumlichen Verhältnissen zu- oder abgeschaltet werden.
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Mit den erläuterten drei unterschiedlichen optischen Sensoren auf der Sensorbasis 16, die jeweils nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, kann das zu vermessende Bauteil, speziell die Rohkarosserie 12, in ein oder derselben Stellung der Sensorbasis 16 äußerst präzise vermessen werden.
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In der Darstellung der 2 gut zu erkennen ist die Platzierung sämtlicher Komponenten der optischen Sensoren 18 auf der Sensorbasis 16 in ringförmiger Anordnung um die optische Achse 38 herum. Dadurch kann nicht nur eine kompakte räumliche Anordnung der zahlreichen Komponenten erreicht werden, sondern es ergibt sich beispielsweise auch die Möglichkeit, die einzelnen Lichtquellen gleichzeitig oder nacheinander für unterschiedliche optische Sensoren einzusetzen. Darüber hinaus wird durch die Anordnung eine hohe Messpräzision begünstigt.
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Die Darstellung der 3 zeigt schematisch den ersten als Lichtschnittsensor ausgebildeten Sensor, der anhand der 2 bereits erläutert wurde. Wie ausgeführt wurde, weist der erste optische Sensor das elektronische Bildaufnahmeelement 36a und die beiden Streifenlichtquellen 36b und 36c auf. Die Streifenlichtquelle 36b erzeugt die Lichtstreifen 36d, die senkrecht zu den Lichtstreifen 36e der Streifenlichtquelle 36c angeordnet sind.
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Die Darstellung der 4 zeigt die ringförmige Anordnung der mehreren Lichtquellen 42g, 44, 42h, 46, 48, 42e, 42f und 50.
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Die Darstellung der 5 zeigt den zweiten optischen Sensor mit zwei elektronischen Bildaufnahmeelementen 40a und 40b sowie zwei Lichtquellen 40c und 40d. Die Lichtquelle 40c liegt in Bezug auf die optische Achse 38 dem Bildaufnahmeelement 40a gegenüber und die Lichtquelle 40d liegt in Bezug auf die optische Achse 38 dem Bildaufnahmeelement 40b gegenüber. Die Lichtquelle 40d und das Bildaufnahmeelement 40b können somit für ein Durchlichtverfahren des zu vermessenden Bauteils verwendet werden, in gleicher Weise wie die Lichtquelle 40c und das Bildaufnahmeelement 40a. Mittels der beiden Lichtquellen 40c, 40d und der beiden Bildaufnahmeelemente 40a, 40b kann, gegebenenfalls unter Verwendung zusätzlicher Lichtquellen, siehe 2, auch ein Auflichtverfahren an dem zu vermessenden Bauteil ausgeführt werden.
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6 zeigt schematisch die beiden Bildaufnahmeelemente 40a und 40b sowie die beiden Lichtquellen 40c und 40d. Mittels der Aufnahmen der Bildaufnahmeelemente 40a, 40b kann beispielsweise der Fußpunkt eines Bolzens 50 sowie ein Durchstoßvektor des Bolzens 50 durch eine Oberfläche 52 berechnet werden.
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Die Darstellung der 7 zeigt den dritten optischen Sensor mit den elektronischen Bildaufnahmeelementen 42a, 42b, 42c und 42d sowie den Lichtquellen 42e, 42f, 42g und 42h. Wie bereits anhand der 2 ausgeführt wurde, können Paare der Bildaufnahmeelemente 42a, 42b, 42c, 42d zum Erstellen von Stereoskopieaufnahmen eines zu vermessenden Bauteils, beispielsweise eines Bolzens 50, verwendet werden.
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8 zeigt schematisch die Erstellung von Stereoskopieaufnahmen, wobei in der Darstellung der 8 die Bildaufnahmeelemente 42a und 42d ein Paar bilden und die Bildaufnahmeelemente 42c und 42b ein weiteres Paar bilden.
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Durch die Anordnung verschiedener optischer Sensoren, die nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten, auf ein und derselben Sensorbasis 16 ist eine hochpräzise dreidimensionale Vermessung von Bauteilen möglich. Beispielsweise können durch die unterschiedlichen optischen Sensoren auch Verdrehungen eines Bauteils von einer Kamerarichtung weg problemlos erkannt werden, die bei herkömmlichen Sensoren in der Regel Probleme verursachen. Eine Umorientierung der Sensorbasis ist nicht erforderlich, da die verschiedenen optischen Sensoren nach unterschiedlichen Messprinzipien arbeiten und unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. Dadurch kann bei der Vermessung eines Bauteils erhebliche Zeit eingespart werden. Beispielsweise ist eine Umorientierung von Sensoren bei konventionellen Vorrichtungen erforderlich, um vertikale oder horizontale Kanten messen zu können.
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Insbesondere bei schwierigen Rahmenbedingungen, beispielsweise spiegelnde oder unterschiedlich eingefärbte Bauteiloberflächen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr präzise Messwerte bereitstellen. Dies wird bereits durch die ringförmige Anordnung mehrerer Lichtquellen um die optische Achse 38 herum erzielt. Darüber hinaus kann mit den mehreren, unterschiedlichen optischen Sensoren ein zuverlässiges Messergebnis erhalten werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet die Möglichkeit, durch weitere Bildverarbeitungs- und Beleuchtungsverfahren, beispielsweise Stereoskopie, Hellfeldbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung, durchzuführen und dadurch die Präzision einer Messung sowie auch die Messsicherheit zu erhöhen.
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Der in 2 und 3 dargestellte erste, als Triangulations- oder Lichtschnittsensor ausgebildete erste optische Sensor wird beispielsweise so ausgerichtet, dass die optische Achse 38 von oben her auf die zu vermessende Rohkarosserie 12 ausgerichtet ist, siehe 1. Die beiden Streifenlichtquellen 36b, 36c beleuchten die Rohkarosserie mit den Lichtstreifen 36d bzw. 36e. Da die Lichtstreifen 36d und 36e in einem Winkel zueinander angeordnet sind, insbesondere senkrecht zueinander angeordnet sind, können Kanten oder Vorsprünge der Rohkarosserie 12 aus zwei unterschiedlichen Projektionsrichtungen vermessen werden. Ein bei konventionellen optischen Sensoren erforderliches Verdrehen des Sensors zum Erfassen einer zweiten Projektionsrichtung kann daher unterbleiben, wodurch die Messzeit deutlich verringert wird.
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Die Streifenlichtquellen 36b, 36c können beispielsweise als Laser-, LED-, Infrarotlichtquellen oder dergleichen ausgebildet sein. Das elektronische Bildaufnahmeelement 36a ist vorzugsweise hochauflösend ausgebildet und weist beispielsweise eine Auflösung von 4096×4096 Pixeln auf.
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Der in 2 und 5 dargestellte zweite optische Sensor ermöglicht Durchlichtaufnahmen eines zu vermessenden Bauteils, beispielsweise eines Bolzens 50 aus zwei verschiedenen Richtungen. Es wird kein Schattenwurf oder Schattenbild ausgewertet, die Anordnung der beiden Bildaufnahmeelemente 40a, 40b gegenüber einer jeweiligen Lichtquelle 40c, 40d erlaubt Durchlichtaufnahmen aus zwei verschiedenen Richtungen und dadurch eine exakte Vermessung des Bolzens 50 bzw. eines anderen Bauteils. Die beiden Bildaufnahmeelemente und die Lichtquellen können vorteilhafterweise um jeweils 90° beabstandet ringförmig um die optische Achse 38 angeordnet werden. Als Bildaufnahmeelemente 40a, 40b können beispielsweise Bildaufnahmeelemente verwendet werden, wie sie in Großserie in mobilen Telefonen, sogenannten Smartphones, eingesetzt werden. Anstelle eines Schattenbilds wird unmittelbar der Bolzen 50 selbst gemessen.
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Der dritte optische Sensor, siehe 2 und 7, erlaubt Stereoskopieaufnahmen aus unterschiedlichen Richtungen, indem die elektronischen Bildaufnahmeelemente 42a, 42b, 42c, 42d zu unterschiedlichen Paaren verknüpft werden. Je nach Erfordernis können unterschiedliche Lichtquellen zugeschaltet werden. Die Anordnung der Bildaufnahmeelemente 42a, 42b, 42c, 42d in ringförmiger Anordnung um die optische Achse 38 herum erlaubt das Verknüpfen unterschiedlicher Bildaufnahmeelemente 42a, 42b, 42c, 42d, ohne aufwändige Positionsumrechnungen vornehmen zu müssen. Durch die Erfindung wird somit eine variable Stereoskopieanordnung zum dreidimensionalen Vermessen von Bauteilen bereitgestellt.
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Zusätzliche Lichtquellen, siehe 2 und 4, können ringförmig um die optische Achse angeordnet werden. Dies spart Positionierzeit und Messzeit.
