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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung eines Werkstücks mit einem Messgerät, ein Verfahren zur Steuerung der Fertigung von Werkstücken, eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Identifikationsmerkmals eines Werkstücks eines Messgeräts sowie ein Messgerät, das eine solche Erfassungseinrichtung aufweist.
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Beim Vermessen von Werkstücken mit einem Messgerät besteht häufig das Problem, einen passenden oder vorhandenen Messablauf bzw. eine geeignete Messprozedur zuzuordnen oder aufzufinden, insbesondere wenn Werkstücke verschiedener Form und Ausgestaltung nacheinander vermessen werden sollen.
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Bei der Fertigung von Werkstücken tritt häufig das Problem auf, dass bei Fertigung von Werkstücken verschiedener Form und Ausgestaltung eine schnelle und zuverlässige Qualitätskontrolle gewährleistet sein muss, welche häufig mit Messgeräten vorgenommen wird. Werden auf einer Fertigungsmaschine hintereinander Werkstücke verschiedener Form und Ausgestaltung hergestellt, ist es besonders schwierig, eine Qualitätskontrolle zu gewährleisten, die den verschiedenen Werkstücken gerecht wird.
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Die
EP 2 881 705 A2 offenbart Zubehör für ein Koordinatenmessgerät, das u.a. eine Lichtquelle zum Beleuchten eines Messpunktes aufweist.
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Die
DE 10 2013 114 707 A1 offenbart ein Verfahren zur Durchführung und Kontrolle eines Bearbeitungsschritts an einem Werkstück unter Verwendung einer Vorrichtung mit einem Projektor, einer Fotogrammetrieeinrichtung sowie einer Steuereinrichtung, der die relative Position von Projektor von Fotogrammetrieeinrichtung bekannt ist.
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Die
WO 2007/025997 A1 offenbart einen Rohling für ein Zahnersatzteil, der mit für eine Bearbeitung relevanten Information versehen ist. Dabei ist ein mit dem Rohling verbundener Speicher derart ausgebildet und an dem Rohling angeordnet, dass darin enthaltene Informationen über Funksignale auslesbar sind.
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Die
DE 20 2014 104 322 U1 offenbart ein RFID-Element mit einer Antennenanordnung, die auf einem Träger angeordnet ist und bei der zwei Antennen parallel zueinander angeordnet und in Reihe miteinander geschaltet sind.
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Weiterer technologischer Hintergrund findet sich in den folgenden Veröffentlichungen:
- Identifikationslösungen, Produktprospekt, Sick AG, Waldkrich, 2015-01-16 URL: https://www.sick.com/media/dox/4/94/894/Product overview Identifikationslösungen Pro dukte im Überblick de IM0057894.PDF;
- Messen in der Werkzeugmaschine, Produktprospekt, m&h Inprocess Messtechnik GmbH, URL: http://w3.leica-geosystems.com/downloads 123/hxmh/mh/general/brochures/m&h 3DFI Product Brochure de.pdf [abgerufen am 07.04.2017], (Veröffentlichungsvermerk letzte Seite: 2015);
- Linking Barcode Technology to Quality Control, Haxagon Metrology Inc, Produktinformation, URL: http://hexagonmi.com/- /media/Files/Hexagon/Hexagon%20Ml/Technical%20Resources/Technical%20Articles/Lin king%20Barcode%20Technology.ashx [abgerufen am 07.04.2017], (Veröffentlichungsvermerk letzte Seite: 2011);
- Case Study - Haltermontage im Flugzeugbau, Produktdatenblatt, extend3d GmbH, URL: http://www.extend3d.de/dwl/anwendungsbeispiele/deutsch/haltermontage.pdf [abgerufen am 10.04.2017]
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, für eines oder mehrere der oben genannten Probleme eine Lösung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beigefügten unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Angegeben wird von der Erfindung ein Verfahren zur Vermessung eines Werkstücks mit einem Messgerät, aufweisend:
- a) Erfassen eines Identifikationsmerkmals eines Werkstücks oder einer Werkstückcharge und/oder einer Anordnung mehrerer Werkstücke mit einer Erfassungseinrichtung, und Ermitteln einer Identitätsinformation des Werkstücks, der Werkstückcharge und/oder der Anordnung,
- b) Vergleichen der Identitätsinformation mit Identitätsinformationen einer Vielzahl Werkstücke, einer Vielzahl Werkstückchargen oder einer Vielzahl Anordnungen mehrerer Werkstücke aus einer Datenbank, in der diese Identitätsinformationen der Vielzahl Werkstücke/Werkstückchargen/Anordnungen gespeichert sind,
- c) Identifizieren des Werkstücks, der Werkstückcharge oder der Anordnung (5) mehrerer Werkstücke in der Datenbank und/oder Charakterisieren des Werkstücks, der Werkstückcharge oder der Anordnung mehrerer Werkstücke, aus dem Vergleich mit der Datenbank in Schritt b),
- d) Ermitteln eines in der Datenbank hinterlegten Messablaufs für das identifizierte Werkstück, die Werkstückcharge, insbesondere für ein Werkstück aus der Werkstückcharge, oder die Anordnung mehrerer Werkstücke oder Vorschlagen von Merkmalen oder Schritten eines Messablaufs für das identifizierte Werkstück, für die Werkstückcharge, insbesondere für ein Werkstück aus der Werkstückcharge, oder für die Anordnung mehrerer Werkstücke,
- e) Vermessen des Werkstücks oder von zumindest einem Werkstück aus der Anordnung mehrerer Werkstücke oder von zumindest einem Werkstück aus der Werkstückcharge mit dem Messablauf in dem Messgerät.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.
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Ein Messgerät ist in dieser Erfindung ein Gerät, mit dem Werkstücke vermessen werden können, insbesondere Größen oder eine Beschaffenheit eines Werkstücks. Beispielhafte Größen sind dimensionelle Größen, wie Länge, Breite Höhe, Koordinaten, insbesondere Koordinaten von Punkten auf einer Oberfläche (Oberflächenkoordinaten). Eine Beispielhafte Beschaffenheit ist eine Oberflächenrauhigkeit, das Vorliegen von Hohlräumen etc.
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Beispielhafte Messgeräte sind strahlungsbasierte Messgeräte, insbesondere Röntgenmessgeräte, Mikroskope, Robotermessgeräte, Koordinatenmessgeräte. Der Begriff Messgerät kann somit im Speziellen eine oder mehrere dieser Bedeutungen haben.
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Ein bevorzugtes Messgerät ist ein Koordinatenmessgerät (KMG), insbesondere ein optisches oder taktiles KMG. Ein Koordinatenmessgerät kann eine übliche Bauweise aufweisen, wie Portalmessgerät, Horizontalarmmessgerät oder Gantry-KMG.
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Erwähnte Robotermessgeräte können als Messeinheit eine Messeinheit aufweisen, die optisch, taktil, oder strahlungsbasiert ist, und die mit einer Bewegungseinrichtung, wie z.B. Roboterarm, an eine gewünschte Stelle bewegt werden kann. Beispielsweise kann ein Robotermessgerät eine Koordinatenmesseinheit aufweisen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann als weiteren Schritt aufweisen: Übermitteln des Messablaufs an das Messgerät. Dieser Schritt ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn das Ermitteln des Messablaufs oder das oder das Vorschlagen von Merkmalen oder Schritten eines Messablaufs im Schritt d) nicht innerhalb eines Messgeräts erfolgt.
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Ein Werkstück wird auch als Prüfling bezeichnet.
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Eine Werkstückcharge ist eine Vielzahl gleichartiger Werkstücke, wobei die Individuen nicht individuell identifiziert sind.
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Eine Anordnung mehrerer Werkstücke ist insbesondere eine räumliche Anordnung mehrerer Werkstücke, insbesondere eine Anordnung mehrerer Werkstücke auf einer Trägerstruktur, beispielsweise einer Palette.
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Wenn nachfolgend die Erfindung mit Bezug auf ein Werkstück oder eine Anordnung Werkstücke offenbart wird, so kann die Offenbarung ebenfalls für eine Werkstückcharge gelten, auch wenn diese nicht jedes Mal erneut genannt ist.
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In dem Identifikationsmerkmal können ein oder mehrere Daten zu dem Werkstück abgebildet oder gespeichert sein. Das Identifikationsmerkmal kann Daten direkt darstellen. Beispiele hierfür sind Buchstaben, Zahlen oder Symbole, oder eine beliebige Kombination davon.
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Eine Identitätsinformation kann aufweisen: Buchstaben, Zahlen, anderweitige Zeichen, Bilder oder Symbole, dimensionelle Daten, wie zweidimensionale oder dreidimensionale, oder eine beliebige Kombination davon. Die Identitätsinformation kann verschlüsselt oder codiert vorliegen.
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In einer anderen Variante sind Daten zu dem Werkstück in dem Identitätsmerkmal kodiert. Der Begriff „kodiert“ bedeutet vorzugsweise, dass einem Zeichen eines ersten Zeichenvorrats eindeutig ein Zeichen oder eine Zeichenfolge aus einem anderen Zeichenvorrat zugeordnet ist. Ein Beispiel hierfür ist ein Strichcode, in welchem Daten in binären Symbolen abgebildet sind.
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Der Begriff „Daten“, der im Plural steht, kann eine Information oder mehrere Informationen bedeuten, was durch den Ausdruck „ein oder mehrere Daten“ ausgedrückt sein kann. Die Daten sind insbesondere ausgewählt aus folgenden: Daten zur Identifizierung des Werkstücks, Daten zur Charakterisierung des Werkstücks, Daten zu zumindest einer physikalischen Größe des Werkstücks.
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Daten zur Identifizierung können Daten zur gattungsmäßigen oder individuellen Identifizierung sein. Vorzugsweise sind in dem Identifikationsmerkmal Daten zur eineindeutigen Identifizierung vorhanden. Daten zur Identifizierung können beispielsweise eine Information aufweisen, um welche Art Werkstück oder um welches Individuum eines Werkstücks es sich handelt.
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Daten zur Charakterisierung können Informationen sein, welcher Art das Werkstück ist, beispielsweise welches Formmerkmal oder charakteristisches Merkmal ein Werkstück aufweist. Daten zu zumindest einer physikalischen Größe eines Werkstücks sind z.B. Daten zur äußeren Form oder Dimension des Werkstücks (wie Länge, Breite, Höhe, des Werkstücks oder von Unterstrukturen davon).
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Mit dem Begriff Identifikationsmerkmal ist ein Merkmal gemeint, das ein oder mehrere Daten zur Identifizierung und/oder ein oder mehrere Daten zur Charakterisierung und/oder Daten zu zumindest einer physikalischen Größe des Werkstücks aufweist. Der Begriff „Identifikationsmerkmal“ wird hierfür als Sammelbegriff verwendet, kann aber im Speziellen eine oder mehrere der genannten Bedeutungen haben.
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Ein Identifikationsmerkmal kann insbesondere ein optisches Merkmal sein oder ein elektrisches Merkmal oder eine Kombination davon.
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Optische Merkmale können beispielsweise eindimensionale oder zweidimensionale Barcodes oder auf dem Werkstück aufgeprägte Beschreibungen, insbesondere aus alphanumerischen Zeichenfolgen, sein. Ein weiteres mögliches optisches Identifizierungsmerkmal kann ein Werkstückabbild des betreffenden Werkstücks sein. Beispielsweise kann ein Werkstückabbild als Zeichnung in einer in dem Verfahren verwendeten Datenbank abgelegt sein. Das Werkstück kann mittels Bilderkennung aus einem solchen Abbild identifiziert werden.
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Ein elektrisches Identifikationsmerkmal kann ausgewählt sein aus folgenden: auf Funk basierte elektrische Identifikationsmerkmale, wie passive oder aktive Funkchips (z.B. RFID, NFC), die auf einer Oberfläche des Werkstücks oder in einer Vertiefung angebracht sein können. Denkbar sind auch kabelbasierte elektrische Identifikationsmerkmale, wie beispielsweise kabelgebundene Identitäts-(ID)Chips (wie z.B. Dallas-One-Wire-Bus), die an dem Werkstück angebracht sind und zum Auslesen eine elektrische Verbindung zu der Erfassungseinrichtung ermöglichen. Ein elektrisches Identifikationsmerkmal kann lesbar und vorzugsweise zusätzlich auch beschreibbar ein. So können beispielsweise Informationen, wie Prozessparameter, vor und/oder nach einem Messprozess auf dem Werkstück oder der Anordnung Werkstücke gelesen, abgespeichert und/oder gelöscht werden.
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Nachfolgend werden verschiedene Erfassungseinrichtungen und Merkmale einer Erfassungseinrichtung beschrieben. Die Erfassungseinrichtung wird auch als Leseeinrichtung bezeichnet.
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Die Erfassungseinrichtung kann optisch, drahtlos oder mittels elektrischem Kontakt arbeiten, d.h. derart das Identifikationsmerkmal erfassen. Auf diese Varianten wird nachfolgend eingegangen.
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Eine optische Erfassungseinrichtung kann beispielsweise eine Kamera und/oder einen Laserscanner aufweisen. Hiermit kann ein optisches Identifikationsmerkmal bzw. ein optisch erfassbares Identifikationsmerkmal erfasst werden. Ein optisches Identifikationsmerkmal ist beispielsweise ein Abbild, eine Kontur oder ein Formmerkmal des Werkstücks.
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Eine Erfassungseinrichtung, die drahtlos oder mittels eines elektrischen Kontakts arbeitet, wird auch zusammenfassend als elektrische Erfassungseinrichtung bezeichnet. Eine elektrische Erfassungseinrichtung kann mit einem elektrisch erfassbaren Identifikationsmerkmal kommunizieren oder dieses erfassen. Beispielsweise kann das Identifikationsmerkmal einen integrierten Schaltkreis, beispielsweise in Form eines Chips, aufweisen, der über Funk kommunizieren kann. Die Erfassungseinrichtung kann Daten aus einem solchen Schaltkreis auslesen. Generell kann eine Drahtloskommunikation über jegliche Art elektromagnetischer Wellen erfolgen, wobei Funkwellen besonders geeignet sind.
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Eine mittels eines elektrischen Kontakts arbeitende Erfassungseinrichtung wird auch als drahtgebundene Erfassungseinrichtung bezeichnet. Die kommuniziert über eine elektrische Verbindung, die drahtgebunden ist, mit dem Identifikationsmerkmal.
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Weitere Merkmale einer Erfassungseinrichtung, wie Prozessoreinheit oder Kommunikationsschnittstelle, sind an anderem Ort in dieser Beschreibung bezüglich einer erfindungsgemäßen Erfassungseinrichtung beschrieben.
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Generell kann die Erfassungseinrichtung in oder an einem Messgerät angeordnet sein oder an das Messgerät angebunden sein. Andererseits kann die Erfassungseinrichtung ein externes Gerät sein. Hierauf wird an späterer Stelle noch eingegangen.
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Das Identifikationsmerkmal kann einen beschreibbaren Speicher aufweisen. Das Verfahren kann aufweisen: Speichern von Informationen aus dem Vermessen des Werkstücks oder der Anordnung mehrerer Werkstücke in dem Speicher des Identifikationsmerkmals. Solche Informationen sind Messergebnisse aus der Koordinatenvermessung.
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Wenn das Identifikationsmerkmal einen beschreibbaren Speicher aufweist, kann das Verfahren auch den Schritt aufweisen: Erzeugen einer weiteren Identitätsinformation des Werkstücks und Speichern der weiteren Identitätsinformation in dem Speicher des Identifikationsmerkmals. Eine solche weitere Identitätsinformation kann eine zusätzliche Identitätsinformation zu einer bereits vorhandenen Identitätsinformation sein. Beispielhaft sind: ein Bild des Werkstücks, das mit einer optischen Erfassungseinrichtung erzeugt wird, beispielsweise einer Kamera, dimensionelle Daten, wie zweidimensionale oder dreidimsionale (Länge, Breite) des Werkstücks etc.
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Eine erwähnte Datenbank kann mit einer Steuerung und/oder mit einem Messrechner des Koordinatensystems verbunden sein. Zusätzlich zu genannter Identitätsinformation können, betreffend ein Werkstück, zu welchem die Identitätsinformation gehört, Messdaten des betreffenden Werkstücks hinterlegt sein. Erwähnte Informationen aus dem Vermessen des Werkstücks können ebenfalls in der Datenbank, dem Werkstück zugeordnet, abgelegt werden.
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Vorschlagen von Merkmalen oder Schritten eines Messablaufs: In dem Verfahren können in Schritt d) Merkmale oder Schritte für einen Messablauf erstellt werden, sofern für das identifizierte Werkstück noch kein vollständiger Messablauf vorhanden ist. Selbiges gilt für eine Anordnung mehrerer Werkstücke. Der Messablauf ist beispielweise einer, der für die Form bzw. Formmerkmale des Werkstücks geeignet ist. Beispiele für einen Messablauf sind eine Abfolge Antastpunkte, eine Abfolge Scans, Kreismessungen, Oberflächenrauheitsmessungen, Winkelmessungen. Möglich ist bei dem Vorschlagen von Merkmalen oder Schritten, dass ein maschineller oder computergesteuerter Assistent der Merkmale vorschlägt. Beispielsweise kann ein Vorschlag gemacht werden, welche der Merkmale zuerst oder vorzugsweise vermessen werden sollen. Dies kann in Abhängigkeit von einem Typ Werkstück erfolgen, wenn bei der Identifikation der Werkstück-Typ ermittelt wurde.
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In Schritt e) erhaltene Daten oder Ergebnisse aus dem Vermessen des Werkstücks können in der Datenbank hinterlegt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Erfassungseinrichtung eine Kopplungseinrichtung auf. Die Erfassungseinrichtung ist über die Kopplungseinrichtung an eine Bewegungseinrichtung des Messgeräts, insbesondere eines KMG, angekoppelt und die Erfassungseinrichtung wird mit der Bewegungseinrichtung in eine Position zum Erfassen des Identifikationsmerkmals verfahren. Die Erfassungseinrichtung, die eine Kopplungseinrichtung aufweist, ist insbesondere eine elektrische Erfassungseinrichtung. Mit der Bewegungseinrichtung kann die Erfassungseinrichtung nahe an ein Identifikationsmerkmal bewegt werden, insbesondere kann eine elektrische Erfassungseinrichtung nahe an ein elektrisches Identifikationsmerkmal bewegt werden, wobei die elektrische Erfassungseinrichtung und das elektrische Identifikationsmerkmal über Kabel oder Funk kommunizieren können. Eine Funkkommunikation zwischen Erfassungseinrichtung und Identifikationsmerkmal kann für nur kurze Distanzen ausgelegt sein, sodass die Herstellung einer relativen Nähe vorteilhaft ist. Auch für die Herstellung einer Kabelverbindung ist eine relative Nähe sehr vorteilhaft.
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Eine Bewegungseinrichtung ist eine Einrichtung des Messgeräts zum Bewegen eines Messsystems, insbesondere eines taktilen oder eines optischen Messsystems. Bei einem Koordinatenmessgerät wird die Bewegungseinrichtung auch als Verfahreinrichtung bezeichnet. Mit einer Verfahreinrichtung kann ein Messystem entlang einer oder mehreren Achsen verfahren werden. Die Bewegungseinrichtung ist vorzugsweise in drei Raumrichtungen verfahrbar, insbesondere entlang der Achsen eines kartesischen Koordinatensystems. Mit der Bewegungseinrichtung wird im Messbetrieb des Messgeräts ein Messsystem, insbesondere ein Messsensor, an eine gewünschte Position bewegt. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird in dieser Ausführungsform die Bewegungseinrichtung dazu genutzt, die Erfassungseinrichtung an eine gewünschte Position zu bewegen. Die Kopplungseinrichtung ist so ausgebildet, dass sie mit Kopplungsmitteln an der Bewegungseinrichtung kompatibel ist. Die Kopplungseinrichtung kann eine solche sein, die üblicherweise auch an einem Messsystem zur Vermessung, insbesondere zur Koordinatenmessung vorhanden ist, beispielsweise eine Kopplungseinrichtung, die an einem Messkopf vorhanden ist. Ein Beispiel hierfür ist eine Dreipunkt-Kopplungseinrichtung.
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In obiger Ausführungsform, bei der die Erfassungseinrichtung eine Kopplungseinrichtung aufweist, wird insbesondere die Erfassungseinrichtung vor dem Vermessen des Werkstücks von der Bewegungseinrichtung abgekoppelt und es wird ein Messsystem zum Vermessen des Werkstücks an die Bewegungseinrichtung angekoppelt. Mit diesem Messsystem kann in Schritt e) das Vermessen des Werkstücks erfolgen. Das Messsystem ist, wie bereits gesagt, vorzugsweise ein taktiles oder ein optisches Messsystem. In dieser Variante sind die Erfassungseinrichtung und das Messsystem getrennt voneinander baulich ausgeführte Einrichtungen. Es ist aber alternativ möglich, in ein Messsystem, beispielsweise ein taktiles oder optisches, eine Erfassungseinrichtung zu integrieren. Dies hat den Vorteil, dass kein Wechsel zwischen der Erfassungseinrichtung und dem Messsystem erfolgen muss. Sofern die Erfassungseinrichtung und das Messsystem baulich voneinander getrennt sind und jeweils eine Kopplungseinrichtung zum Ankoppeln an eine Bewegungseinrichtung aufweisen, können Messsystem und Erfassungseinrichtung für das Identifikationsmerkmal jeweils bei Nichtbedarf in einem Wechselmagazin abgelegt werden und bei Bedarf aus dem Wechselmagazin entnommen werden, durch Ankoppeln an die Bewegungseinrichtung. Das Wechseln zwischen Erfassungseinrichtung und Messsystem kann vollautomatisiert erfolgen.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens weist die Erfassungseinrichtung eine Lichtprojektionseinrichtung auf und das Verfahren weist auf:
- - Ermitteln eines in der Datenbank hinterlegten Abbilds des Werkstücks und/oder einer Information über eine zur Messung herzustellenden Position oder Pose des Werkstücks,
- - Projizieren des Abbilds, der Position und/oder der Pose des Werkstücks auf eine Basis oder einen Messtisch des Messgeräts.
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Unter dem Begriff „Pose“ wird „Position und Orientierung“ verstanden. Die genannte Lichtprojektionseinrichtung kann dem Anwender als Visualisierungs-Assistenzsystem zur Platzierung des Werkstücks in dem Messgerät dienen. Weiterhin kann die Projektionseinrichtung bzw. die Projektion einer visuellen Vorauswertung des Werkstücks durch den Anwender dienen. Nach dem Erfassen des Identifikationsmerkmals kann beispielsweise ein virtuelles Abbild des Werkstücks, das in der Datenbank vorhanden sein kann, an die Projektionseinrichtung übermittelt werden. Die Position der Erfassungseinrichtung bzw. der Lichtprojektionseinrichtung in einem Koordinatensystem des Messgeräts ist bekannt. Ferner ist die Sollposition des Werkstücks bekannt. Es kann mit der Lichtprojektionseinrichtung ein Abbild des Werkstücks, insbesondere ein Abbild eines dreidimensionalen Modells auf den Messtisch oder die Basis des Messgeräts projiziert werden. Dadurch kann ein Anwender das Werkstück in dem Messgerät korrekt platzieren und es wird eine visuelle Vorauswertung ermöglicht, beispielsweise ob bestimmte Merkmale des Werkstücks, wie Bohrungen, vorhanden sind.
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In einer Weiterbildung des o.g. Verfahrens wird ein Verfahren angegeben, wobei
- - in Schritt a) zunächst das Identifikationsmerkmal der Anordnung mehrerer Werkstücke erfasst wird und anschließend das Identifikationsmerkmal zumindest eines Werkstücks aus der Anordnung erfasst wird,
- - in Schritt c) die Anordnung identifiziert wird und anschließend zumindest ein Werkstück aus der Anordnung identifiziert wird,
- - in Schritt e) das zumindest eine Werkstück aus der Anordnung vermessen wird.
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In dieser Ausführungsform wird ein stufenweises bzw. geschachteltes Verfahren angegeben, indem in einem ersten Schritt eine Werkstückanordnung, beispielweise auf einer Palette, erfasst wird. In dem Identifikationsmerkmal der Anordnung sind vorzugsweise die Anzahl und Position von Werkstücken in der Anordnung hinterlegt. In einem weiteren Schritt wird von zumindest einem Werkstück das Identifikationsmerkmal erfasst und das Werkstück identifiziert, vorzugsweise von allen Werkstücken der Anordnung. Hieraus wird, je nach Identifikationsmerkmal und Werkstück, ein individueller Messablauf für das betreffende Werkstück ermittelt und die Werkstücke können sequenziell bzw. hintereinander mit dem zugehörigen Messablauf vermessen werden.
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Insbesondere können bei dem Identifizieren der Anordnung eine Anzahl und/oder Ortsposition zumindest eines Werkstücks aus der Anordnung ermittelt werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung der Fertigung eines Werkstücks, aufweisend:
- i) Fertigen eines ersten Werkstücks oder einer Werkstückcharge mit einer Fertigungsmaschine
- ii) Vermessen des Werkstücks oder Vermessen eines Werkstücks aus der Werkstückcharge mit einem Messgerät, wobei das Messgerät, eine Steuerung des Messgeräts und/oder ein Messrechner des Messgeräts über eine Datenübertragungsverbindung oder ein Netzwerk mit der Fertigungsmaschine verbunden ist,
- iii) Vergleich von Messdaten aus dem Vermessen des Werkstücks (100), oder des Werkstücks aus der Werkstückcharge, mit Solldaten für das Werkstück (100), oder Solldaten für das Werkstück aus der Werkstückcharge, die in einer Datenbank hinterlegt sind,
- iv) Weiterleiten eines Ergebnisses aus dem Vergleich der Messdaten über die Datenübertragungsverbindung an die Fertigungsmaschine,
- v) Steuerung und/oder Regelung der Fertigung zumindest eines weiteren Werkstückes in der Fertigungsmaschine.
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Ein Netzwerk kann als Einrichtungen, beispielsweise einen Rechner, Server, Speichermedium, Cloud etc., aufweisen.
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Bei dem Werkstück kann es sich um ein Endprodukt, ein Vorprodukt oder ein Zwischenprodukt handeln. Die Fertigungsmaschine ist insbesondere eine Werkzeugmaschine, eine CNC-gesteuerte Maschine, 3D-Drucker, Drehbank, Fräser, Eloxiergeräte, Gießmaschinen, Spritzgießmaschinen.
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Die Fertigungsmaschine kann ebenfalls an eine erwähnte Datenbank angebunden sein. Mit dem vorangehend beschriebenen Verfahren können durch KMG gemessene Toleranzabweichungen von Werkstücken über die Datenbank auch an die Fertigungsmaschine weitergeleitet werden. Die Fertigungsmaschine kann dann die Fertigungsparameter für ein zukünftiges weiteres Werkstück oder mehrere davon anpassen und/oder bei Bedarf Fertigungswerkzeuge, wie Bohrer oder Fräse, austauschen. Mit diesem Verfahren kann eine Beschleunigung und Optimierung des Fertigungsprozesses erreicht werden, wenn beispielsweise ermittelt wurde, dass die Werkstücke noch weit von den Toleranzgrenzen entfernt sind und dadurch schneller gefertigt werden kann. In diesem Fall können zwar Ungenauigkeiten bei der Fertigung entstehen, diese im Bereich der Toleranzgrenzen aber noch tolerabel sein.
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In oben genanntem Verfahren zur Fertigung eines Werkstücks kann das Vermessen des Werkstücks oder das Vermessen eines Werkstücks aus der Werkstückcharge mit einem Messgerät in Schritt ii) nach dem eingangs bereits beschriebenen Verfahren zur Vermessung eines Werkstücks mit einem Messgerät erfolgen. Hierzu wird insbesondere auf die in Anspruch 1 und vorangehend bereits aufgeführten Schritte a) bis e) verwiesen, ebenso auf die speziellen Ausführungsformen eines solchen Verfahrens.
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In einer Ausführungsform wird ein Werkstück-individuelles Identifikationsmerkmal an dem Werkstück aus der Werkstückcharge erzeugt und/oder angebracht. Diese Ausführungsform bezieht sich auf die Verfahrensvariante, die auf eine Werkstückcharge bezogen ist. Hierbei kann zunächst nur die Werkstückcharge ein Identifikationsmerkmal aufweisen, aber nicht ein oder mehrere der individuellen Werkstücke aus der Werkstückcharge. In dieser Ausführungsform wird dann auch noch ein Individuum aus der Werkstückcharge mit einem Identifikationsmerkmal versehen. Ein passender Messablauf kann beispielsweise für eine Werkstückcharge bestimmt sein, wenn alle Bauteile einer Werkstückcharge geometrisch identisch sind. Es kann nach dem Messablauf ein individuelles Werkstück mit einem eineindeutigen Identifikationsmerkmal versehen werden. Dem eineindeutigen Identifikationsmerkmal kann ein Messablauf für das individuelle Werkstück, ein eineindeutiger Messablauf, zugeordnet sein.
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Das Anbringen erfolgt insbesondere durch Aufprägen, Aufkleben oder anderweitiges Befestigen mit einem Befestigungsmittel an dem Werkstück, insbesondere auf der Oberfläche des Werkstücks. Beispielsweise kann ein Identifikationsmerkmal für eine Charge oder ein eindeutiges Identifikationsmerkmal für ein Werkstückindividuum vergeben werden. Solche neu angebrachten Identifikationsmerkmale können jeweils für ein Werkstück oder eine Charge in der Datenbank angelegt werden. Das Identifikationsmerkmal kann mit einer Herstelleinrichtung für ein solches Identifikationsmerkmal erzeugt werden, beispielsweise einem Schreibgerät, einem Drucker, einem Laser, einer anderweitigen Maschine zum Erzeugen und/oder Aufbringen eines Identifikationsmerkmals. Dem erzeugten oder angebrachten Identifikationsmerkmal können Prozessparameter und/oder Messabläufe zugeordnet werden und diese können in der Datenbank zusammen mit dem Identifikationsmerkmal abgespeichert werden.
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In noch einer Variante kann das Identifikationsmerkmal vor oder während des Vermessens des Werkstücks aus der Werkstückcharge erzeugt und/oder angebracht werden.
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Der Schritt v) der Steuerung und/oder Regelung beinhaltet auch die Fertigung zumindest eines weiteren Werkstückes in der Fertigungsmaschine. In einer Variante des oben genannten Fertigungsverfahrens wird weiterhin folgender Schritt durchgeführt:
- vi) Erzeugen oder Anbringen eines Identifikationsmerkmals an dem weiteren Werkstück, was während oder nach dem Fertigen des weiteren Werkstücks erfolgen kann.
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Generell kann es bei einem der erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, nach einem Messablauf, Prozessparameter, Messabläufe oder das Identifikationsmerkmal in der Datenbank zu aktualisieren, zu erweitern und/oder zu löschen. So kann neben der Information, dass das Werkstück gemessen wurde, das Messprotokoll und gegebenenfalls Informationen einer Nachbesserung, beispielsweise wenn das Werkstück außer Toleranz liegt, hinterlegt werden.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen eines Identifikationsmerkmals eines Werkstücks eines Messgeräts und/oder einer Anordnung mehrerer Werkstücke, wobei die Erfassungseinrichtung aufweist:
- - eine Informationserfassungseinheit,
- - eine Prozessoreinheit, mit der die Informationserfassungseinheit ansteuerbar ist,
- - eine Kommunikationsschnittstelle, über welche die Erfassungseinrichtung mit einem Messgerät verbunden ist oder verbindbar ist.
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Eine Informationserfassungseinheit ist dazu eingerichtet, ein Identifikationsmerkmal zu erfassen. Die Informationserfassungseinheit kann eine elektrische Informationserfassungseinheit und/oder eine optische Informationserfassungseinheit sein. Die Informationserfassungseinheit kann drahtlos oder über eine Kabelverbindung mit einem Identifikationsmerkmal kommunizieren. Eine Erfassungseinrichtung mit einer elektrischen Informationserfassungseinheit ist eine oben bereits offenbarte elektrische Erfassungseinrichtung. Eine Erfassungseinrichtung mit einer optischen Informationserfassungseinheit ist eine oben bereits offenbarte optische Erfassungseinrichtung. Eine Kombination davon ist möglich.
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Die Prozessoreinheit übernimmt die Ansteuerung der Informationserfassungseinheit. Auf ihr können Operationen ablaufen, wie Rechenoperationen, die zur Ermittlung der Identitätsinformation aus dem Identifikationsmerkmal dienen. Weiterhin kann die Prozessoreinheit Daten über die Kommunikationsschnittstelle senden und/oder empfangen.
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Die Kommunikationsschnittstelle kann die Erfassungseinrichtung mit einem Messgerät, insbesondere mit einer Steuerung oder einem Messrechner, verbinden. Die Kommunikationsschnittstelle dient insbesondere zur Übertragung von ermittelten Identifikationsmerkmalen, Identitätsinformationen und/oder Bildern des Werkstücks. Die Kommunikationsschnittstelle kann eine kabelgebundene Kommunikationsschnittstelle oder eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle sein. Eine kabelgebundene Kommunikationsschnittstelle kann z.B. LAN, CAN, USB, RS232 sein. Drahtlose Verbindungen zwischen der Erfassungseinrichtung und dem KMG können beispielsweise Bluetooth, WLAN, ZigBee, GSM/UMTS/3G/4G sein. Die Erfassungseinrichtung kann eine Spannungsversorgung aufweisen. Die Spannungsversorgung kann kabelgebunden und/oder durch Batterie/Akku bereitgestellt werden. Auch eine kontaktlose Energieübertragung mittels Induktion ist als Spannungsversorgung denkbar.
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Eine erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung kann weiterhin eine Lichtprojektionseinrichtung aufweisen, mit der ein Abbild und/oder eine Pose eines Werkstücks auf eine Basis oder einen Messtisch eines Messgeräts projizierbar sind. Hierauf wurde zuvor bereits anhand eines speziellen Verfahrensablaufs eingegangen.
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Generell können bei erfindungsgemäßen Vorrichtungen gegenständliche Merkmale vorhanden sein, die an anderem Ort mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben wurden. Generell können bei erfindungsgemäßen Verfahren gegenständliche Merkmale eingesetzt werden, die an anderem Ort bezüglich erfindungsgemäßer Vorrichtungen beschrieben sind.
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In einer Ausführungsform einer Erfassungseinrichtung weist diese eine Kopplungseinrichtung auf, über welche die Erfassungseinrichtung an eine Bewegungseinrichtung des Messgeräts ankoppelbar ist. Hierauf wurde bereits zuvor anhand eines erfindungsgemäßen Verfahrens eingegangen.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Erfassungseinrichtung in ein mobiles Bedienpult für ein Messgerät integriert. Hierdurch ist es dem Anwender möglich, das Werkstück in den Messbereich des KMGs zu platzieren und durch Bewegen des Bedienpults in die Nähe des Messobjekts das Identifikationsmerkmal mit der Erfassungseinrichtung zu erfassen.
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In noch einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen, wenn das Computerprogramm in einem Messgerät, insbesondere einer Steuerung des Messgeräts, einem Computer oder in einer Erfassungseinrichtung, wie vorangehend beschrieben, ausgeführt wird. Insbesondere ist das Computerprogramm dazu ausgebildet, die folgenden Schritte auszuführen:
- a) Vergleichen der Identitätsinformation mit Identitätsinformationen einer Vielzahl Werkstücke oder einer Vielzahl Anordnungen mehrerer Werkstücke aus einer Datenbank, in der diese Identitätsinformationen gespeichert sind,
- b) Identifizieren des Werkstücks / der Anordnung mehrerer Werkstücke und/oder Charakterisieren des Werkstücks / der Anordnung mehrerer Werkstücke, aus dem Vergleich mit der Datenbank in Schritt b) und in Zusammenwirkung mit der Datenbank,
- c) Ermitteln eines in der Datenbank hinterlegten Messablaufs für das identifizierte Werkstück/ die Anordnung mehrerer Werkstücke oder Vorschlagen von Merkmalen oder Schritten eines Messablaufs für das identifizierte Werkstück/ die Anordnung mehrerer Werkstücke,
- d) Übermitteln des Messablaufs an das/ein Messgerät zum Vermessen des Werkstücks oder von zumindest einem Werkstück aus der Anordnung mehrerer Werkstücke mit dem Messablauf in dem Messgerät.
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In einer speziellen Variante ist obiges Computerprogramm dazu ausgebildet, auch den folgenden Schritt auszuführen: Erfassen eines Identifikationsmerkmals eines Werkstücks und/oder einer Anordnung mehrerer Werkstücke und zum Ermitteln einer Identitätsinformation des Werkstücks und/oder der Anordnung. Alternativ, wenn nicht von dem oben genannten Computerprogramm durchgeführt, kann dieser Schritt mit einem gesonderten Gerät und einem in einem solchen Gerät gespeicherten weiteren Computerprogramm erfolgen, beispielsweise einem Tablet-Computer mit Kamera. Dieses gesonderte Gerät dient dann als Erfassungseinrichtung, und die Schritte a)-d) können in einem Messgerät oder einem Computer durchgeführt werden, mit welchem die Erfassungseinrichtung zur Datenübertragung kommuniziert.
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In einer speziellen Variante ist obiges Computerprogramm dazu ausgebildet, den folgenden Schritt zu steuern: Vermessen des Werkstücks oder von zumindest einem Werkstück aus der Anordnung mehrerer Werkstücke mit dem Messablauf in dem Messgerät.
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Das Computerprogramm kann dazu eingerichtet sein, Merkmale oder Schritte bei dem Vermessen vorzuschlagen. Dazu kann das Computerprogramm als maschineller oder computergesteuerter Assistent ausgebildet sein. Beispielsweise kann ein Vorschlag gemacht werden, welche der Merkmale zuerst oder vorzugsweise vermessen werden sollen. Dies kann in Abhängigkeit von einem Typ Werkstück erfolgen, wenn bei der Identifikation der Werkstück-Typ ermittelt wurde.
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In einer speziellen Variante ist das obige Computerprogramm dazu ausgebildet, einen oder mehrere der folgenden Schritte auszuführen:
- - Vergleichen von Messdaten aus dem Vermessen des Werkstücks mit Solldaten für das Werkstück, die in der Datenbank hinterlegt sind,
- - Weiterleiten eines Ergebnisses aus dem Vergleich der Messdaten über die Datenübertragungsverbindung an eine Fertigungsmaschine zur Steuerung und/oder Regelung der Fertigung eines weiteren Werkstückes in der Fertigungsmaschine.
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Ein solches Computerprogramm ist bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fertigen eines Werkstücks einsetzbar.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Messgerät, das eine vorangehend beschriebene Erfassungseinrichtung oder ein vorangehend beschriebenes Computerprogramm aufweist. Die Erfassungseinrichtung kann in dem Messgerät fest verbaut sein, insbesondere in ein Bedienpult integriert sein, an einem anderweitigen Bauteil des KMG fest verbaut sein. Der Einbau kann ortsfest sein oder örtlich variabel, beispielsweise wenn die Erfassungseinrichtung in ein mobiles Bedienpult integriert ist. Bei einer ortsfest verbauten Erfassungseinrichtung kann der Anwender vor dem Messablauf das Werkstück in die Nähe der Erfassungseinrichtung bewegen.
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Die Anbindung der Erfassungseinrichtung an das Messgerät kann drahtgebunden oder drahtlos sein.
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Ein erwähntes Computerprogramm ist insbesondere in einem Messrechner eines Messgeräts gespeichert.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:
- 1 ein Werkstück mit verschiedenen Identifikationsmerkmalen in zwei Ansichten,
- 2 eine Anordnung mehrerer Werkstücke, die mit Identifikationsmerkmalen versehen ist,
- 3 einen Prinzipaufbau einer Erfassungseinrichtung,
- 4a, b eine Abbildung einer Erfassungseinrichtung mit einem Kopplungsmittel,
- 5 einen Prinzipaufbau einer weiteren Ausführungsform einer Erfassungseinrichtung,
- 6 ein Bedienpult für ein Koordinatenmessgerät mit einer darin integrierten Erfassungseinrichtung,
- 7 eine an ein Koordinatenmessgerät anschließbare Erfassungseinrichtung,
- 8 einen Überblick über ein System zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren,
- 9 ein Werkstück mit Identitätsinformation und Angaben für einen Messablauf und Messergebnisse,
- 10 einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Vermessung eines Werkstücks,
- 11 ein System zur Durchführung eines Verfahrens zur Steuerung der Fertigung eines Werkstücks und
- 12 einen Verfahrensablauf eines Verfahrens zur Steuerung der Fertigung eines Werkstücks.
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1 zeigt mögliche Identifikationsmerkmale 2, 3, 4 eines Werkstücks 1. Das Werkstück 1 ist in 1 links und 2 rechts in zwei verschiedenen Ansichten zu sehen. Nicht alle Identifikationsmerkmale 2, 3, 4 müssen vorhanden sein, es genügt eines davon. Das Identifikationsmerkmal 2 ist ein zweidimensionaler elektronisch lesbarer Code. Das Identifikationsmerkmal 3 ist ein NFC-Code (Nahfeldkommunikationscode), der in einem Funkchip gespeichert ist. Das Identifikationsmerkmal 4 ist eine Kombination aus Strichcode und Klartext in Form von Zahlen und Buchstaben.
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Die Identifikationsmerkmale 2, 3, 4 sind jeweils auf die Oberfläche des Werkstücks aufgeklebt. Alternativ kann ein Identifikationsmerkmal mit Laser eingeschrieben werden.
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2 zeigt eine Anordnung 5 mehrerer Werkstücke 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, die matrixartig auf einer Palette 6 angeordnet sind. Unten rechts auf der Palette sind zwei Identifikationsmerkmale 2, 3 aufgebracht, die ihrer Art nach gleich sind wie die Identifikationsmerkmale 2, 3 in 1.
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In 2 ist an dem Werkstück 15 ein Identifikationsmerkmal 19 angebracht, das zur Identifikation dieses individuellen Werkstücks 15 dient. In analoger Weise können an den anderen gezeigten Werkstücken ebenfalls individuelle Identifikationsmerkmale angebracht sein, die hier nicht gezeigt sind. Diese Anordnung von Identifikationsmerkmalen 2, 3 an der Anordnung 5 und individueller Identifikationsmerkmale 19 dienen für die spezielle Verfahrensvariante der Erfindung, wo zunächst die Identifikationsmerkmale 2, 3 der Anordnung 5 erfasst werden und anschließend das Identifikationsmerkmal 19 des Werkstücks 15 (und gegebenenfalls weiterer Werkstücke). Es kann dann zunächst die Anordnung aus den Merkmalen 2, 3 identifiziert werden und schließlich die Individuen aus den individuellen Identifikationsmerkmalen wie 19.
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In 3 ist eine Erfassungseinrichtung 20 in ihrem prinzipiellen Aufbau dargestellt.
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Die Erfassungseinrichtung 20 weist, als Informationserfassungseinrichtungen, die elektrische Leseeinheit 21 und die optische Leseeinheit 22 auf. Es kann die Leseeinheit 21 und/oder die Leseeinheit 22 vorhanden sein. Die elektrische Leseeinheit 21 ist beispielsweise dazu eingerichtet, einen Funkchip, wie RFID/NFC auszulesen und/oder zu beschreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die elektrische Leseeinheit 21 dazu eingerichtet sein, über einen elektrischen Kontakt einen kabelgebundenen Chip auszulesen und/oder zu beschreiben.
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Die optische Leseeinheit 22 ist beispielsweise eine Kamera oder ein Laserscanner. Damit können auf dem Werkstück aufgebrachte optische Merkmale und/oder das Bild/die Kontur des Werkstücks zur Identifikation eingelesen werden. Die Leseeinheiten 21, 22 wurden im allgemeinen Beschreibungsteil auch als Informationserfassungseinheit bezeichnet.
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Die Prozessoreinheit 23 steuert die Leseeinheiten 21, 22 an. Auf ihr laufen alle relevanten Rechenoperationen ab, die zur Errechnung der Identitätsinformation aus dem Identifikationsmerkmal 2, 3, 4 benötigt werden. Zudem sendet die Prozessoreinheit 23 Daten über die Kommunikationsschnittstelle 24 oder empfängt Daten von dieser.
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Durch die kabelgebundene oder drahtlose Kommunikationsschnittstelle 24 ist die Erfassungseinrichtung 20 mit dem Koordinatenmessgerät und/oder dem Auswerterechner des Koordinatenmessgeräts verbunden, die nachfolgend noch gezeigt sind. Die Kommunikationsschnittstelle 24 dient zur Übertragung von den ermittelten Identifikationsmerkmalen und/oder Bildern des Werkstücks. Eine kabelgebundene Kommunikationsschnittstelle kann z.B. sein: LAN, CAN, USB, RS232. Drahtlose Verbindungen zwischen der Erfassungseinrichtung und dem KMG bzw. einem Messroboter bzw. einem Auswerterechner können beispielsweise sein: Bluetooth, WLAN, ZigBee, GSM/UMTS/3G/4G.
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Die Spannungsversorgung 25 der Erfassungseinrichtung 20 kann kabelgebunden und/oder durch Batterie/Akku bereitgestellt werden. Auch eine kontaktlose Energieübertragung über kurze Distanzen mittels Induktion kann zur Spannungsversorgung dienen. Nachfolgend sind spezielle Varianten einer Erfassungseinrichtung beschrieben. Eine Erfassungseinrichtung, die mit einem Identifikationsmerkmal zusammenwirkt und eine Seriennummer erfasst, wird nachfolgend auch als Identifikations-/Seriennummer-Erfassungseinheit (ID/SN-Erfassungseinrichtung) bezeichnet.
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4a zeigt eine Erfassungseinrichtung 30. Die Erfassungseinrichtung 30 weist die Kopplungseinrichtung 31 auf, womit die Erfassungseinrichtung 30 an eine nachfolgend noch dargestellte Pinole, als Teil einer Bewegungseinrichtung eines KMG, angekoppelt werden kann. Die Kopplungseinrichtung 31 ist beispielsweise eine Dreipunktlagerung.
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Die Erfassungseinrichtung 30 ist sowohl eine elektrische Erfassungseinrichtung als auch eine optische Erfassungseinrichtung, kann also nach beiden Prinzipien arbeiten. Als elektrische Komponente ist ein Funkchip 32 verbaut, der Nahfeldkommunikation ermöglicht. Als optische Komponente wird eine Kamera 33 verwendet.
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Die Erfassungseinrichtung 30 kann wie in 4a gezeigt eine isolierte Erfassungseinrichtung sein, oder sie kann in einem Messsensor zur Koordinatenmessung (beispielsweise taktil oder optisch) als Zusatzkomponente verbaut sein, oder die elektrische Komponente 32 und/oder die Funkkomponente 33 können in einem Messsensor verbaut sein. Die Erfassungseinrichtung 30 kann mittels eines Wechselmagazins in eine Pinole oder einen Messarm eines KMG eingewechselt werden. Erfassungseinrichtung 30kann somit im gesamten Messbereich des KMG verfahren werden, um ein Identifikationsmerkmal des Werkstücks einzulesen. Ein weiterer Anwendungsfall ist das vollständige Automatisieren des Messablaufs, da ohne menschliches Zutun über ein Wechselmagazin zwischen einer Erfassungseinrichtung 30und einem Messsensor zur Koordinatenmessung gewechselt werden kann.
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4b zeigt eine Ansicht der Unterseite der Erfassungseinrichtung 30, bei der das Kopplungsmittel 31 in Form einer üblichen Dreipunktkopplung, mit drei Walzen, wie aus dem Gebiet der KMG bekannt, zu sehen ist.
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5 zeigt einen möglichen Aufbau einer Erfassungseinrichtung 30, auch bezeichnet als Sensor, aus 4a. Im Folgenden werden die einzelnen Komponenten und Funktionen beschrieben. Die Kommunikationsschnittstelle 24, der Prozessor 23 und die Spannungsversorgung 25 wurden bereits anhand 3 erläutert. Die Informationserfassungseinheiten sind in dieser Ausführungsform mit den Bezugszeichen 41, 42, 43 bezeichnet und nachfolgend erläutert. Die Informationserfassungseinheit 41 ist ein RFID bzw. NFC Writer/Reader. Hiermit wird ein auf einem Werkstück bzw. auf einer Werkstückpalette als Identifikationsmerkmal aufgebrachter aktiver/passiver RFID- bzw. NFC-Chip ausgelesen. Dazu muss der Sensor 30 durch das Koordinatenmessgerät in Funkreichweite des aktiven/passiven RFID/NFC-Chips gebracht werden. Auf dem passiven Chip kann z.B. die Identitätsinformation des Werkstücks abgespeichert sein. Zudem ist es möglich, mit der Funkchipleseeinheit Informationen wie Prozessparameter/Messprotokolle auf dem passiven RFID/NFC-Chip abzuspeichern, zu lesen und/oder zu löschen.
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Die Kameraeinheit 42 erstellt ein Bild von dem zu vermessenden Werkstück bzw. der Palette. Auf dem Bild befindliche Barcodes, beispielsweise ein- oder zweidimensional, werden ausgewertet und einem Messrechner oder einer Steuereinheit des Koordinatenmessgeräts zugesendet. Eine Möglichkeit zur Erkennung der Identitätsinformation durch den Vergleich des Werkstückbilds mit einer Datenbank ist zudem gegeben. Zudem soll es möglich sein, mit dem Bild vor dem Messablauf eine Vorauswertung des Werkstücks durchzuführen. So kann beispielsweise ermittelt werden, ob alle Bohrungen eines Werkstücks vorhanden sind, bevor der eigentliche Messablauf gestartet wird. Diese Funktionalität kann als Kollisionsschutz-Assistenzsystem für Messköpfe/Sensoren dienen. Das Kamerabild des Werkstücks kann zudem in ein Messprotokoll abgespeichert werden und in der Datenbank abgelegt werden.
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Der Laserscanner 43 dient zum Einlesen von Barcodes, die auf der Oberfläche des Werkstücks angebracht sind, wie z.B. der Barcode 2 oder 4 in 1. Der Laserscanner 43 kann als Alternative oder Erweiterung für die Kameraeinheit 42 dienen. Generell kann lediglich eine der Informationserfassungseinheiten 41, 42 oder 43 vorhanden sein. Die Erweiterung der Kameraeinheit 42 durch den Laserscanner 43 ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn auf dem Kamerabild z.B. durch ungünstige Lichtverhältnisse oder Spiegelungen auf dem Werkstück ein Barcode nicht eingelesen oder erkannt werden kann. Durch einen dreidimensional ausgeführten Laserscanner kann zudem die grobe Kontur und die absolute Lage des Werkstücks in dem Messbereich des KMG ermittelt werden und auch eine Erkennung bzw. Zuordnung der Identitätsinformation durch Vergleich mit der Datenbank stattfinden. Ein weiterer Aspekt ist die Vermeidung von Kollisionen zwischen Sensoren/Pinolen/Messarmen mit dem Werkstück, wenn deren Lage bekannt ist.
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Der optional verbaute Laserprojektor 44 dient dem Anwender des KMG als Visualisierungs-Assistenzsystem und bei der Platzierung des Werkstücks auf dem Messgerät bzw. einer visuellen Vorauswertung des Werkstücks durch den Messtechniker. Dazu wird in einem ersten Schritt durch eine der Informationserfassungseinheiten 41, 42, 43 das Identifikationsmerkmal des Werkstücks eingelesen. Aus dem dazugehörigen Prüfplan wird das virtuelle 3D-Modell des Werkstücks geladen. Da die absolute Position des Sensors 40 und die gewünschte Position des Werkstücks bekannt sind, wird mit dem Laserprojektor 44 ein Abbild des 3D-Modells auf den Messtisch des KMG projiziert. Dadurch kann der Messtechniker das Werkstück auf dem KMG-Messtisch platzieren und durch eine visuelle Vorauswertung überprüfen, ob z.B. alle Bohrungen des Werkstücks vorhanden sind.
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6 zeigt ein Bedienpult mit einer darin eingebauten Erfassungseinrichtung 50. Ein Messtechniker kann das Werkstück in den Messbereich des KMG platzieren und kann das mobile Bedienpult 45 so in die Nähe des Werkstücks bringen und so zum Werkstück ausrichten, dass mit der Erfassungseinrichtung 50 das Identifikationsmerkmal an dem Werkstück erkannt und ausgelesen werden kann. Selbstverständlich kann die Erfassungseinrichtung 50 auch an einer anderen Stelle des Bedienpults vorgesehen sein, beispielsweise an der Seite oder an der Unterseite. Nach dem Identifizieren oder Charakterisieren des Werkstücks nach Einlesen des Identifikationsmerkmals mit der Erfassungseinrichtung 50 wird der zum Werkstück passende Messablauf geladen und auf dem Messrechner oder dem Bedienpult angezeigt, oder es wird eine neue Vorlage für einen Messablauf geöffnet, der mit einer Identitätsinformation über das Werkstück verknüpft ist.
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7 zeigt eine Erfassungseinrichtung 60, die an ein Koordinatenmessgerät angeschlossen werden kann bzw. in dem Koordinatenmessgerät verbaut werden kann.
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Das Gehäuse 61 weist das Fenster 62 auf, hinter dem eine optische Informationserfassungseinheit, beispielsweise ein Laserscanner, angeordnet ist. Über das Kabel 63 und den Stecker 64 ist die Erfassungseinrichtung 60 an eine Schnittstelle eines Koordinatenmessgeräts, insbesondere eines Messrechners, anschließbar. Die Erfassungseinrichtung 60 kann so ausgestaltet sein, dass sie von dem KMG oder einem Messrechner wieder entfernbar ist oder derart, dass sie fest verbaut ist. Der Anwender hält zum Einlesen des Identifikationsmerkmals ein Werkstück an die Position des Laserscanners hinter der Scheibe 62.
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Denkbar ist ferner eine zu der Erfassungseinrichtung 60 analoge Erfassungseinrichtung, die über eine Funkverbindung mit dem Koordinatenmessgerät, insbesondere einem Messrechner, kommuniziert. In diesem Fall wird das Konzept eines externen drahtlosen Scanners verwirklicht. Mit einem solchen Scanner kann der Anwender vor einem Messablauf durch Hinhalten an ein Werkstück das Identifikationsmerkmal einlesen.
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Ein spezielles Beispiel einer externen, drahtlosen Erfassungseinrichtung ist ein Smartphone oder Tablet, indem eine Kamera und/oder eine RFID/NFC-Lese-/ Schreibeinheit verbaut ist. Alternativ kann eine Datenbrille, Kamera oder Smartwatch verwendet, womit ein optisches Merkmal eingelesen werden kann. Mittels der Kamera und einer auf dem Gerät installierten Software kann ein Bild des Messobjekts, also des Werkstücks erstellt werden. Oder es kann ein auf dem Werkstück angebrachter NFC-Chip eingelesen werden, wenn sich das Gerät in Funkreichweite des Chips befindet. Aus dem Bild oder aus dem Funkchip als Identifikationsmerkmal können Identitätsinformationen mittels der Software ermittelt werden. Diese Informationen können über im Gerät verbaute Kommunikationsschnittstellen, wie WLAN, Bluetooth oder GSM/UMTS/3G/4G an das Koordinatenmessgerät bzw. den Messrechner übertragen werden. Zudem ist es möglich, mit der Software weitere Identitätsinformationen, Prozessparameter, Messprotokolle auf dem Chip abzuspeichern. Erwähnte Software kann in jeder Art von in dieser Erfindung beschriebener Erfassungseinrichtung gespeichert sein oder mit einer solchen zusammenwirken.
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Mit vorangehend beschriebenen Erfassungseinrichtungen ist ein kompletter automatisierter Messablauf des Messgeräts ohne Zutun eines Anwenders denkbar. Alle beschriebenen Erfassungseinrichtungen können zur Halbautomatisierung eines Messablaufs dienen und unterstützen den Messtechniker bei der täglichen Messarbeit bzw. minimieren Fehler/Kollisionen durch eventuelle Fehlbedienung oder Fehlstarten eines falschen Messablaufs.
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8 zeigt ein mögliches Gesamtsystem, welches alle erforderlichen Komponenten aufweist, um erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Der Messrechner 70, auch bezeichnet als Auswerterechner, auf dem eine erfindungsgemäße Software installiert ist, ist über eine kabelgebundene oder drahtlose Kommunikationsschnittstelle 71 mit dem Koordinatenmessgerät 72 verbunden. Der Messrechner 70 weist weiterhin eine Messsoftware auf, in welche ein erfindungsgemäßes Computerprogramm zur Durchführung erfindungsgemäßer Verfahren integriert sein kann. Das Koordinatenmessgerät 72 weist den Messtisch 73 auf, der auch als Basis oder Werkstückaufnahme bezeichnet wird. Ferner ist ein verfahrbares Portal 74 vorhanden, das in Y-Richtung eines beispielsweise kartesischen Koordinatensystems verfahrbar ist. An dem Portal 74 ist der Schlitten 75 angeordnet, der in X-Richtung verfahrbar ist. In dem Schlitten 75 ist beweglich die Pinole 76 gelagert, die in Z-Richtung verfahrbar ist. Am Ende der Pinole 76 ist das Messsystem 77 zum taktilen Vermessen eines Werkstücks angebracht. Das Messsystem 77 weist den Messkopf 78 und den Taster 79 auf.
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Das Koordinatenmessgerät 72 weist ferner das Bedienpult 80 auf, welches über das Kabel 81 angebunden ist und hier auf dem Messtisch 73 abgelegt ist. Das Bedienpult entspricht beispielsweise einem Bedienpult wie in 6 gezeigt.
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Unter dem Koordinatenmessgerät 72 ist in 8 eine Erfassungseinrichtung 30 abgebildet, die bereits in 4a erläutert wurde. Die Erfassungseinrichtung 30, auch bezeichnet als Identitäts-/Seriennummer-Lese-Sensoreinheit, kann anstelle des Messsystems 77 an die Pinole 76 angekoppelt werden. Das Ankoppeln an die Pinole erfolgt über die Kopplungseinrichtung 31. An der Pinole 76 sind zu dem Kopplungsmittel 31 komplementäre Kopplungsmittel vorgesehen. Die Kopplung erfolgt mechanisch und elektrisch. Zum Wechseln des Messsystems 77 gegen die Erfassungseinrichtung 30 wird das Messsystem 77 abgekoppelt und die Erfassungseinrichtung 30 an die Pinole 76 angekoppelt.
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Die Erfassungseinrichtung 31 ist über eine kabelgebundene oder drahtlose Kommunikationsschnittstelle mit dem Koordinatenmessgerät 72 und/oder mit dem Messrechner 70 verbunden. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Funkverbindung über WLAN/Bluetooth von der Erfassungseinrichtung 30 zu dem Messrechner 70 hergestellt, die mit dem Bezugszeichen 82 bezeichnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Verbindung 83, hier eine Kabelverbindung, zu dem Koordinatenmessgerät 72 hergestellt werden. Die Kabelverbindung kann beispielweise über das Kopplungsmittel 31 und die Pinole 76 laufen. Um Funksignale senden und/oder empfangen zu können, ist an dem Messrechner 70 ein Gateway 84 vorgesehen, welcher drahtlose oder kabelgebundene Signale umwandelt. Ein solcher Gateway kann alternativ oder zusätzlich an dem Koordinatenmessgerät 72 vorhanden sein. Die Erfassungseinrichtung 30 kann somit von dem Koordinatenmessgerät 72 und/oder dem Messrechner 70 angesteuert werden und es können Daten hin und her übertragen werden. Über diesen Gateway 84 können zudem Smartphones oder Tablets 85 oder eine anderweitige drahtlose Erfassungseinrichtung an das Gesamtsystem angebunden werden. In diesem Beispiel ist ein Tablet 85 über eine Funkverbindung 86 angebunden.
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Der Messrechner 70 ist mit der Datenbank 90, die als Cloud-Lösung ausgeführt sein kann, über die Kabelverbindung 91 verbunden. Individuelle Messprotokolle und/oder Messdaten sind zusammen in Verbindung mit Identifikationsmerkmalen verschiedener Werkstücke in der Datenbank 90 abgelegt.
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9 zeigt in schematischer Weise beispielhafte Einträge in eine Datenbank zu einem Werkstück 100. Die Identitätsinformation des Werkstücks 100 ist die Identifikationsnummer YX12345, die mit dem Bezugszeichen 101 versehen ist. Diese Identitätsinformation ist in einem Identifikationsmerkmal enthalten, von denen in 9 beispielhaft drei verschiedene mit den Bezugszeichen 2, 3 und 4 erläutert wurden.
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Ein möglicher Messablauf an dem Werkstück 100 wäre die Vermessung der Langlöcher 102, 103, 104, 105. Selbstverständlich können weitere Elemente vermessen werden und diese Auswahl ist nur beispielhaft. Nach dem Vermessen in die Datenbank 90 zu hinterlegende Informationen sind die Länge und die Breite der jeweiligen Langlöcher 102, 103, 104, 105. Die Information über Länge und Breite der Langlöcher kann zusätzlich oder alternativ auch in einer Erfassungseinrichtung abgelegt werden, sofern diese einen beschreibbaren Speicher aufweist.
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Nachfolgend werden anhand der zuvor beschriebenen Aufbauten die einzelnen Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Vermessung des Werkstücks 100 erläutert, wobei die Schritte der Reihenfolge nach und schematisch in 10 dargestellt sind. In Schritt S1 wird ein Identifikationsmerkmal 2, 3 oder 4, das auf das Werkstück 100 aufgebracht ist, mit der Erfassungseinrichtung 30 erfasst. Das Werkstück 100, die Identifikationsmerkmale 2, 3 oder 4 (welche alternativ oder kumulativ eingesetzt werden können) sowie die Erfassungseinrichtung 30 sind in 8 dargestellt und wurden zuvor erläutert. Die Erfassung des Identifikationsmerkmals 2, 3 oder 4 mit der Erfassungseinrichtung 30 erfolgt drahtlos, über Funkwellen, durch Erfassen des Identifikationsmerkmals 3 oder 4 oder optisch durch Erfassen des Identifikationsmerkmals 2. Die drahtlose Erfassung ist schematisch mit dem Bezugszeichen 92 bezeichnet. Selbstverständlich ist bei der Erfassung die Erfassungseinrichtung 30 an die Pinole 76 des Koordinatenmessgeräts 72 angekoppelt, wie vorangehend beschrieben. Alternative Erfassungseinrichtungen sind das Bedienpult 80 mit integrierter Erfassungseinrichtung oder das Tablet 85, dessen Kamera zur Erfassung beispielsweise des Codes 2 eingesetzt werden kann, in Zusammenwirkung mit einem geeigneten, erfindungsgemäßen Computerprogramm, das auf dem Tablet gespeichert ist. Ein entsprechendes Computerprogramm kann in der Erfassungseinrichtung 30, dem Bedienpult 80 und/oder dem Messrechner 70 gespeichert sein.
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Im Schritt S1 wird die Identitätsinformation 101 (9, Identifikationsnummer) ermittelt, die in dem Identifikationsmerkmal 2, 3 oder 4 hinterlegt ist.
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Anschließend erfolgt in Schritt S2 ein Vergleich der Identitätsinformation 101 mit Identitätsinformationen (hier Seriennummern) einer Vielzahl weiterer Werkstücke, wobei diese Identitätsinformationen für verschiedene Werkstücke in der Datenbank 90 gespeichert sind. Im nächsten Schritt, dem Schritt S3, wird das Werkstück 100 aus dem Vergleich mit der Datenbank eineindeutig identifiziert. Es ist nun beispielsweise die Formgestalt des Werkstücks 100 bekannt sowie die an dem Werkstück 100 ausgebildeten Merkmale, in diesem Beispiel die Langlöcher 102, 103, 104 und 105.
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In der Datenbank 90 ist für das Werkstück 100 mit der Identifikationsnummer YX12345 ein Messablauf hinterlegt, der in Schritt S4 ermittelt wird. Das Ermitteln kann einfach dadurch erfolgen, dass nach dem Identifizieren des Werkstücks 100 auch gleichzeitig der dazu hinterlegte Messablauf in der Datenbank aufgefunden wird. Der Messablauf besagt in diesem Beispiel, dass die Langlöcher 102, 103, 104 und 105 in Länge und Breite zu vermessen sind. Selbstverständlich können in dem Messablauf weitere Prozeduren zur Vermessung weiterer Merkmale des Werkstücks 100 mit dem Koordinatenmessgerät 72 hinterlegt sein. Im nächsten Schritt S5 wird das Werkstück 100 mit dem Messablauf in dem Koordinatenmessgerät 72 vermessen. Dies bedeutet also in diesem Beispiel, dass die Länge und Breite der Langlöcher 102, 103,104, 105 vermessen werden. Sofern als Erfassungseinrichtung die Erfassungseinrichtung 30 aus 8 verwendet wurde, wird zuvor die Erfassungseinrichtung 30 von der Pinole 76 abgekoppelt und es wird das Messsystem 77 n die Pinole angekoppelt. Dies kann vollautomatisch erfolgen, beispielsweise durch Verwendung eines Tasterwechselmagazins, welches aus Übersichtlichkeitsgründen in 8 nicht abgebildet ist.
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In Schritt S6 werden aus dem Vermessen in Schritt S5 erhaltene Daten in der Datenbank 90 abgelegt, zugeordnet zu der Identitätsinformation 101 des Werkstücks 100. Sofern das Identifikationsmerkmal 2, 3 oder 4 einen beschreibbaren Speicher aufweist, kann in Schritt S6 das Speichern der Information aus dem Vermessen des Werkstücks in einem solchen Speicher erfolgen.
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In einem weiteren optionalen Schritt S7 kann die Identitätsinformation 101 ergänzt werden, beispielsweise durch ein von der Erfassungseinrichtung aufgenommenes Bild des Werkstücks 100. Die im Schritt S7 erzeugte weitere Identitätsinformation kann in einem Speicher eines Identifikationsmerkmals 2, 3, 4 und/oder in der Datenbank 90 abgelegt werden.
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11 zeigt einen weiteren Aspekt der Erfindung, nämlich die Beeinflussung von Fertigungsprozessen, wenn eine Fertigungsmaschine 110 oder ein Leitsystem 111 ebenfalls an die Datenbank 90 angebunden ist. So können durch das Koordinatenmessgerät 72 gemessene Toleranzabweichungen eines Werkstücks, beispielsweise des Werkstücks 100, über die Datenbank 90 an die Fertigungsmaschine 110 oder das Leitsystem 111 weitergegeben werden. Die Fertigungsmaschine 110 kann in einem nächsten Schritt die Fertigungsparameter für zukünftige Werkstücke derselben Serie oder Charge anpassen oder verschlissenes Werkzeug austauschen.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung der Fertigung eines Werkstücks wird anhand von 12 erläutert. Zunächst wird im Schritt F1 ein Werkstück auf der Fertigungsmaschine 110 gefertigt, beispielsweise ein Werkstück 100 aus 9.
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Anschließend wird im Schritt F2 das so gefertigte Werkstück 100 mit dem Koordinatenmessgerät 72 vermessen. Das Koordinatenmessgerät 72 ist über gezeigte Datenübertragungsverbindungen 112, 113, 114 mit der Fertigungsmaschine 110 verbunden.
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In Schritt F3 werden die Messdaten aus dem Vermessen des Werkstücks, beispielsweise hier die Länge und Breite der Langlöcher 102, 103, 104, 105 aus 9, mit Solldaten verglichen, die in der Datenbank 90 hinterlegt sind. In der Datenbank 90 sind also Solldaten für die Länge und Breite der betreffenden Langlöcher 102-105 hinterlegt.
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Im Schritt F4 wird dieses Vergleichsergebnis an die Fertigungsmaschine 110 weitergeleitet, über die Datenverbindung 113, 114.
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In Schritt F5 wird die Fertigung weiterer Werkstücke 100, die mit 100a, 100b, 100c etc. bezeichnet werden können, geregelt. Hierbei sind verschiedene Möglichkeiten denkbar, die nicht abschließend genannt sind: Beispielsweise kann sich aus dem Vergleich der realen Messdaten mit den Solldaten ergeben, dass die Dimensionen der Löcher 102-105 so weit von einem gegebenen Toleranzwert abweichen. In diesem Fall wird die Fertigungsmaschine 110 so geregelt, dass die gewünschten Dimensionen bei der Herstellung weiterer Werkstücke eingehalten werden. Ergibt sich aus dem Vergleich, dass die Dimensionen der betrachteten Langlöcher den Sollwerten entsprechen, ist keine Veränderung bei der Fertigung angezeigt.
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Wenn sich aus dem Vergleich ergibt, dass die Dimensionen der Langlöcher 102-105 noch weit von der Toleranzgrenze entfernt sind, kann der Fertigungsprozess in der Fertigungsmaschine 110 beschleunigt werden.
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In dem Verfahrensablauf aus 12 kann der Schritt F3, Vermessen des Werkstücks in einem Koordinatenmessgerät 72, in die Schrittfolge S1, S2, S3, S4, S5 aufgegliedert werden. Anders ausgedrückt bedeutet der Schritt F3 zusammengefasst die Schritte S1 bis S5, optional auch S6 und S7.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Werkstück
- 2, 3, 4
- Identifikationsmerkmale
- 5
- Anordnung
- 6
- Palette
- 7-18
- Werkstücke
- 19
- Identifikationsmerkmal
- 20
- Erfassungseinrichtung
- 21
- elektrische Leseeinheit
- 22
- optische Leseeinheit
- 23
- Prozessoreinheit
- 24
- Kommunikationsschnittstelle
- 25
- Spannungsversorgung
- 30
- Erfassungseinrichtung
- 31
- Kopplungseinrichtung
- 32
- Funkchip
- 33
- Kamera
- 40
- Sensor
- 41, 42, 43
- Informationserfassungseinheiten
- 44
- Laserprojektor
- 45
- Bedienpult
- 50
- Erfassungseinrichtung
- 60
- Erfassungseinrichtung
- 61
- Gehäuse
- 62
- Fenster
- 63
- Kabel
- 64
- Stecker
- 70
- Messrechner
- 71
- Kommunikationsschnittstelle
- 72
- Koordinatenmessgerät
- 73
- Messtisch
- 74
- Portal
- 75
- Schlitten
- 76
- Pinole
- 77
- Messsystem
- 78
- Messkopf
- 79
- Taster
- 80
- Bedienpult
- 81
- Kabel
- 82
- Funkverbindung
- 83
- Kabelverbindung
- 84
- Gateway
- 85
- Tablet
- 86
- Funkverbindung
- 90
- Datenbank
- 91
- Kabelverbindung
- 100
- Werkstück
- 101
- Identitätsinformation
- 102-105
- Langlöcher
- 110
- Fertigungsmaschine
- 111
- Leitsystem
- 112, 113, 114
- Datenübertragungsverbindungen
