-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Werkstücks und insbesondere die Vermessung mit sowohl einem taktil messenden als auch einem optisch messenden Sensor. Bei dem optisch messenden Sensor kann es sich z.B. um eine Kamera, ein Kamerasystem, ein Laser-Triangulationssystem und/oder um einen anderen optisch messenden Sensor handeln.
-
Wenn Werkstücke mit zwei verschiedenen Sensoren vermessen werden, ist es häufig ein Ziel, die unter Verwendung von beiden Sensoren erhaltenen Messergebnisse in Bezug auf ein gemeinsames Koordinatensystem anzugeben. Dies ergibt einen Bezug der Ergebnisse zueinander. In der Praxis wird dies z.B. dadurch ermöglicht, dass der erste Sensor und der zweite Sensor an einem gemeinsamen Kalibriernormal eingemessen werden. Im Fall eines taktilen und eines optischen Sensors wird in diesem Fall von einem optisch-taktilen Abgleich gesprochen. Als Kalibriernormal kommt z.B. eine Kugel zum Einsatz.
-
Insbesondere kann ein Koordinatenmessgerät (kurz: KMG) verwendet werden, das sowohl den ersten als auch den zweiten Sensor trägt. In diesem Fall kann mit dem ersten Sensor (z.B. dem taktilen Sensor) das Koordinatensystem des Werkstücks eingemessen werden, d.h. das Werkstückkoordinatensystem wird in Bezug zu dem Koordinatensystem des KMG gebracht. Ferner ist der Bezug zwischen dem ersten und dem zweiten Sensor bekannt und es können daher mit dem zweiten Sensor (z.B. dem optischen Sensor) gemessene Merkmale des Werkstücks (wie z.B. Durchmesser von Bohrungen) in das Werkstückkoordinatensystem umgerechnet werden. Auf diese Weise kann z.B. die Position der Bohrung bezüglich zweier Koordinatenachsen im Werkstückkoordinatensystem angegeben werden. Ein taktiler Sensor misst die Koordinaten des Werkstücks in der Regel in 3D, d.h. in einem dreidimensionalen Koordinatensystem, z. B. bezüglich der drei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems, während ein optischer Sensor, insbesondere eine Kamera, das Werkstück lediglich bezüglich zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems misst. Allerdings ist es möglich, den optischen Sensor an verschiedenen Positionen im Raum anzuordnen und jeweils eine 2D-Messung des Werkstücks auszuführen.
-
In der Praxis kommen jedoch auch KMG zum Einsatz, die lediglich einen Sensor tragen. Üblich sind z.B. KMG mit taktilen Sensoren, die jedenfalls gleichzeitig mit dem taktilen Sensor keinen zweiten Sensor tragen. Vielmehr werden für optische Sensoren in der Praxis auch separate KMG eingesetzt, welche sich z.B. für die schnelle Vermessung von Bohrungen in Werkstücken eignen. Nicht nur in Bezug auf Bohrungen gilt, dass optische Sensoren und auch KMG, die speziell für den Einsatz von optischen Sensoren ausgelegt sind, für die Vermessung von vielen Merkmalen von Werkstücken geringe Messzeiten benötigen, sodass z.B. ein kurzer Messtakt eingehalten werden kann.
-
Bekannt sind preiswerte optische KMG, die z.B. einen digitalen Profil-Projektor verwenden, der 2D-Messergebnisse liefert. Ein derartiges preiswertes optisches Messgerät ist nicht dazu ausgelegt, alternativ oder zusätzlich einen taktilen Sensor zu tragen. Daher kann es nicht selbst ein 3D-Koordinatensystem, wie z.B. das Werkstückkoordinatensystem, einmessen. Die Messergebnisse liegen daher in Bezug auf das Koordinatensystem des KMG vor. In der Regel ist es jedoch das Ziel, die Messergebnisse im 3D-Koordinatensystem des Werkstücks anzugeben. Das KMG aber zusätzlich mit einem taktilen Sensor auszustatten, erfordert erheblichen Zusatzaufwand bereits bei der Konstruktion und Herstellung des optischen KMG.
-
Selbst wenn ein optisches KMG zusätzlich mit einem taktilen Sensor ausgestattet ist, können Ungenauigkeiten des räumlichen Bezugs zwischen dem optischen und dem taktilen Sensor auftreten. Der räumliche Bezug kann sich im Laufe der Zeit ändern, insbesondere aufgrund von Temperaturschwankungen.
-
Wenn dagegen das Werkstück zunächst taktil von einem Koordinatenmessgerät vermessen wird und anschließend noch weitere Merkmale von einem zweiten KMG mit optischer Sensorik (und optional einem zusätzlichen taktilen Sensor) vermessen werden soll, verlängert sich die Messzeit. Die Werkstücklage muss in diesem Fall von beiden KMG taktil eingemessen werden, um den Bezug zwischen den Koordinatensystemen der beiden KMG herzustellen. Die Messzeitverlängerung wird hauptsächlich durch die taktile Einmessung verursacht, die gegenüber einer optischen Messung in der Regel deutlich mehr Zeit benötigt.
-
Eine Messzeitverlängerung tritt ebenfalls bei Anordnungen auf, bei denen das Werkstück zwischen Bearbeitungsmaschine und KMG hin- und herbewegt wird, um wiederholt nach einer Bearbeitung des Werkstücks Merkmale des Werkstücks zu messen.
-
Die Einmessung der Werkstücklage auf KMG mit insbesondere bauartbedingten Unterschieden bei der Messgenauigkeit führt zu entsprechenden Ungenauigkeiten, wenn die Messergebnisse der verschiedenen KMG in einem gemeinsamen Koordinatensystem angegeben werden. Idealerweise wird die Werkstücklage (insbesondere im Werkstückkoordinatensystem) zu Beginn der Vermessung einmalig auf dem dafür am besten geeigneten KMG eingemessen und werden alle weiteren Messungen, auch durch andere KMG, auf das Ergebnis dieser Einmessung bezogen.
-
Ferner kann es in der Praxis vorkommen, dass das Werkstück umgespannt werden muss und das Werkstück, während es eingespannt ist, lediglich mit großem Aufwand (z.B. unter Verwendung spezieller Taster-Konfigurationen) und/oder mit reduzierter Genauigkeit eingemessen werden kann.
-
In der Praxis werden wie erwähnt Kugeln als Kalibriernormale eingesetzt. Mit dem jeweiligen Sensor, der die Kugel misst, werden Messdaten erhalten, aus denen die Kugelmitte bestimmt wird. Pro Kugel wird daher als Ergebnis lediglich ein Punkt im Koordinatensystem erhalten. Zur Bestimmung der Orientierung werden mehrere Kugeln benötigt, sodass sich der Aufwand erhöht. Auch sind Kugeln mit optischen Sensoren nicht so genau messbar wie mit taktilen Sensoren.
-
Ein Beispiel für eine Messaufgabe aus der Praxis ist Folgendes: An einer Automobilkarosserie werden Referenzträger angebracht, die mit einem 3D-KMG (z.B. ein KMG mit einem taktilen Sensor) eingemessen werden. Die spätere Vermessung der Automobilkarosserie und weiterer Anbauteile wird mit zumindest einem optischen Sensor, insbesondere zumindest einer Kamera, durchgeführt. Dies ist ein Beispiel für eine Verkettung von KMG und zumindest einer Bearbeitungsmaschine.
-
Ausgehend von der zuvor beschriebenen Problematik ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Messdaten verschiedener Sensoren und insbesondere verschiedener KMG schnell, zuverlässig und auf einfache Weise in einem gemeinsamen 3D-Koordinatensystem (z.B. dem Werkstückkoordinatensystem, welches somit den Bezug zu einem CAD-Modell bzw. einer Zeichnung des Werkstücks ermöglicht) zusammenzuführen. Dies erlaubt es insbesondere, weitere Schritte der Auswertung der Messdaten auszuführen.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, ein Artefakt, d.h. einen Referenzkörper, an dem Werkstück anzuordnen, wobei der Referenzkörper sowohl von einem ersten Sensor als auch von einem zweiten Sensor erfassbare Merkmale hat. Im Fall eines taktilen und eines optischen Sensors hat der Referenzkörper daher sowohl zumindest ein taktil erfassbares Merkmal als auch zumindest ein optisch erfassbares Merkmal. Bei den von den verschiedenen Sensoren erfassbaren Merkmalen handelt es sich insbesondere um verschiedene Merkmale, die auch von verschiedenen Bereichen des Referenzkörpers gebildet werden. Z.B. kann der gesamte Referenzkörper oder ein räumlicher Bereich davon ein taktil erfassbares Merkmal darstellen, während lediglich ein Teilbereich des Referenzkörpers an seiner Oberfläche ein optisch erfassbares Merkmal aufweist.
-
Z.B. handelt es sich bei dem Referenzkörper um einen Quader, der an seiner Oberfläche ein optisch erfassbares Merkmal wie z.B. einen kreisförmigen, gegen seine Umgebung optisch abgegrenzten Bereich aufweist.
-
Der Referenzkörper kann vor dem Beginn der Vermessung des Werkstücks an einer geeigneten Stelle des Werkstücks angebracht werden, d.h. befestigt werden. Er steht somit während der Vermessung des Werkstücks als Referenz zur Verfügung. Sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor können wiederholt den Referenzkörper erfassen und es ist somit ein eindeutiger Bezug der von den Sensoren vermessenen Merkmale des Werkstücks zu dem Referenzkörper hergestellt. Dieser Bezug kann ein eindeutiger zweidimensionaler Bezug oder sogar ein eindeutiger dreidimensionaler Bezug sein.
-
Insbesondere kann durch taktile Messung des Werkstücks und des daran angebrachten Referenzkörpers der Bezug zwischen den dreidimensionalen Koordinatensystemen des Werkstücks, des Referenzkörpers und des KMG hergestellt werden. Ein entsprechender Einmessvorgang kann insbesondere zu Beginn oder vor der Messung bestimmter Merkmale des Werkstücks durchgeführt werden.
-
Wie erwähnt weist der Referenzkörper jedoch zumindest ein weiteres, zweites Merkmal auf, das von einem zweiten Sensor erfassbar ist, insbesondere von einem optischen Sensor. Das zumindest eine zweite, weitere Merkmal ist dabei vorzugsweise so gestaltet, dass eine Orientierung des Merkmals bezüglich zweier Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems ermittelbar ist. Insbesondere wird aus der Vermessung des zumindest einen weiteren Merkmals, z.B. des optischen Merkmals, der Ursprung des dreidimensionalen Koordinatensystems des Referenzkörpers ermittelt. Dies wiederum ermöglicht es, das Koordinatensystem des zweiten Sensors, z.B. des optischen Sensors, in Bezug zu dem dreidimensionalen Koordinatensystem des Referenzkörpers und damit auch des Werkstücks sowie des ersten Sensors in Bezug zu setzen.
-
Insbesondere ist es spätestens bei Auswertung der Messergebnisse bekannt, welche Position und/oder Orientierung der Referenzkörper und damit auch das zumindest eine zweite Merkmal des Referenzkörpers relativ zum Werkstück hat. Daher kann unter Verwendung dieser Information der Bezug der Position und/oder Orientierung eines von dem zweiten Sensor erfassten Merkmals des Werkstücks zu dem Koordinatensystem des Referenzkörpers und auch zu dem Koordinatensystem des Werkstücks hergestellt werden. Insbesondere wird das zumindest eine zweite Merkmal oder zumindest eines der zweiten Merkmale des Referenzkörpers, das/die von dem zweiten Sensor erfassbar ist/sind, bei gleicher Ausrichtung des Werkstücks mit dem daran angeordneten Referenzkörper von dem zweiten Sensor erfasst wie ein von dem zweiten Sensor erfasstes, zu vermessendes Merkmal des Werkstücks. Z.B. kann bei gleicher Ausrichtung des Werkstücks ein optischer Sensor sowohl das optisch erfassbare Merkmal des Referenzkörpers als auch ein zu vermessendes optisches Merkmal (z. B. den Außenumriss) des Werkstücks erfassen. Z.B. kann eine Kamera ein Bild aufnehmen, mit dem sowohl das optisch erfassbare Merkmal des Referenzkörpers als auch das optisch erfassbare Merkmal des Werkstücks erfasst werden. Es ist aber auch möglich, dass der optische Sensor zwischen der Erfassung des zumindest einen zweiten Merkmals des Referenzkörpers und der Erfassung des zu messenden Merkmals des Werkstücks bewegt wird, vorzugsweise bei gleicher Ausrichtung des Sensors bewegt wird.
-
Nach der Einmessung des Werkstücks mit dem daran angebrachten Referenzkörper können alle gemessenen Merkmale sich auf das Koordinatensystem des Referenzkörpers beziehen. Wenn bei der Einmessung, was bevorzugt wird, der Bezug zwischen dem dreidimensionalen Koordinatensystem des Referenzkörpers und dem dreidimensionalen Koordinatensystem des Werkstücks hergestellt wurde, können die Messergebnisse alternativ oder zusätzlich direkt in Bezug zu dem Koordinatensystem des Werkstücks gesetzt werden. Ferner wird es bevorzugt, dass der Referenzkörper auch während einer Bearbeitung des Werkstücks an dem Werkstück angebracht bleibt. In diesem Fall muss der Referenzkörper nicht wieder an dem Werkstück angebracht werden, um das Werkstück nach einer Bearbeitung zu vermessen.
-
Von Bedeutung ist, dass der Bezug zwischen den von den verschiedenen Sensoren erfassbaren Merkmalen des Referenzkörpers entweder vorbekannt ist oder gemessen wird. Z.B. kann ein KMG mit sowohl einem 2D-Sensor (z. B. einem optischen Sensor) als auch einem 3D-Sensor (z. B. einem taktilen Sensor) diese Bezugs-Information durch einen Einmessvorgang ermitteln. Die Information wird verwendet, wenn die Koordinatensysteme des ersten und des zweiten Sensors bei oder nach der Vermessung von Merkmalen des Werkstücks zu einander in Bezug gesetzt werden.
-
Insbesondere wird ein Verfahren zum Vermessen eines Werkstücks vorgeschlagen, wobei
- – an dem Werkstück zumindest ein Referenzkörper angeordnet wird, der ein erstes, von einem ersten Koordinatenmessgerät-Sensor erfassbares Erfassungsmerkmal und ein zweites, von einem zweiten Koordinatenmessgerät-Sensor erfassbares Erfassungsmerkmal aufweist,
- – das Werkstück von dem ersten Koordinatenmessgerät-Sensor vermessen wird und das erste Erfassungsmerkmal von dem ersten Koordinatenmessgerät-Sensor erfasst wird, während der Referenzkörper an dem Werkstück angeordnet ist, sodass erste Koordinaten des Werkstücks erhalten werden,
- – das Werkstück von dem zweiten Koordinatenmessgerät-Sensor vermessen wird und das zweite Erfassungsmerkmal von dem zweiten Koordinatenmessgerät-Sensor erfasst wird, während der Referenzkörper an dem Werkstück angeordnet ist, sodass zweite Koordinaten des Werkstücks erhalten werden,
- – die ersten und zweiten Koordinaten des Werkstücks unter Berücksichtigung von Information über eine relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals in Bezug zu einem gemeinsamen Koordinatensystem besetzt werden.
-
Insbesondere kann die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals in einem Speicher gespeichert werden oder sein, der in und/oder an dem Referenzkörper angeordnet ist, wobei die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals aus dem Speicher ausgelesen wird. Dies ermöglicht es, die Information bei dem in Bezug Setzen der ersten und zweiten Koordinaten des Werkstücks zu berücksichtigen.
-
Die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals kann maschinell auslesbar sein. In diesem Fall kann, aber muss es sich nicht um einen Datenspeicher handeln, in dem die Information gespeichert ist. Insbesondere kann die Information selbst oder eine zweite Information, aus der sich die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals ermitteln lässt, in und/oder an dem Referenzkörper vorhanden sein. Z.B. kann der Referenzkörper einen Barcode oder eine andere optisch erfassbare Information aufweisen und kann diese optisch erfassbare Information insbesondere dazu genutzt werden, die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals zu ermitteln, z.B. durch Auslesen aus einem Datenspeicher. Die zweite Information kann jedoch auch auf andere Weise in und/oder an dem Referenzkörper vorhanden sein und ermittelt werden. Der Datenspeicher kann z.B. eine lokale, im Bereich des KMG vorhandene Datenbank aufweisen und/oder eine Datenbank, die vom Bereich des KMG entfernt ist, wie z.B. in einer Cloud. Eine Möglichkeit, die Information an und/oder in dem Referenzkörper anzuordnen, ist, einen Datenspeicher in und/oder an dem Referenzkörper vorzusehen. Ein solcher Datenspeicher (z.B. ein Chip) kann drahtlos und/oder durch elektrische Kontaktierung ausgelesen werden. Im Fall des drahtlosen Auslesens kann z.B. Transpondertechnik eingesetzt werden. Entsprechende Chips werden auch als RFID-Chips bezeichnet. Auf dem Datenspeicher des Referenzkörpers kann weitere Information (wie z.B. eine Kennung des Werkstücks, die an dem der Referenzkörper angeordnet ist, z.B. eine Seriennummer oder eine Teilenummer, und/oder der Fertigungszustand des Werkstücks) gespeichert sein. Alternativ oder zusätzlich können in dem Speicher des Referenzkörpers Messergebnisse und/oder Informationen über aufeinanderfolgende Prozesse der Vermessung und/oder Bearbeitung des Werkstücks gespeichert sein.
-
Es ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals des Referenzkörpers vorher bekannt ist. Z.B. kann diese Information stattdessen von einem Anwender eingegeben werden, z.B. wenn nachher eine Auswertung von Messdaten stattfindet. Das Abspeichern dieser Information, insbesondere in einer Netzwerkumgebung, bietet jedoch den Vorteil, dass eine Mehrzahl von Maschinen und/oder KMG, die an der Handhabung des Werkstücks nacheinander und/oder gleichzeitig beteiligt sind, auf die Information (und optional auf die weiteren Informationen, die erwähnt wurden) zugreifen können.
-
Allgemein formuliert wird bevorzugt, ein Identifizierungsmerkmal zum eindeutigen Identifizieren des Werkstücks in einem Speicher zu speichern bzw. dass diese Information in einem Speicher gespeichert ist, wobei der Speicher in und/oder an dem Referenzkörper angeordnet ist, wobei das Identifizierungsmerkmal aus dem Speicher ausgelesen wird und bei einer Zuordnung der ersten und/oder zweiten Koordinaten des Werkstücks zu dem Werkstück genutzt wird. Alternativ oder zusätzlich können die ersten und/oder zweiten Koordinaten des Werkstücks in einem Speicher gespeichert sein/werden, der in und/oder oder an dem Referenzkörper angeordnet ist. Vorzugsweise weist der Referenzkörper mehrere optische Merkmale auf, die aus verschiedenen Richtungen jeweils von einem optischen Sensor erfassbar sind. Die optische zweidimensionale Erfassung des Referenzkörpers mit mindestens einem optischen Merkmal des Referenzkörpers ist daher aus unterschiedlichen Richtungen möglich. Insbesondere kann der Referenzkörper mit mindestens einem optischen Merkmal in verschiedenen Ebenen erfasst werden, die durch jeweils zwei Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems definiert sind.
-
Vorzugsweise unterscheiden sich mehrere optische Merkmale desselben Referenzkörpers voneinander, sodass unter Verwendung von Informationen über die Eigenschaften der optischen Merkmale allein aus der Erfassung eines der optischen Merkmale ermittelbar ist, um welches optische Merkmal es sich handelt. Vorzugsweise wird ferner die Information berücksichtigt, in welche Raumrichtung das optische Merkmal orientiert ist, z.B. in welche Raumrichtung des Koordinatensystems des Werkstücks, an dem der Referenzkörper angeordnet ist. Es kann daher durch Erfassung des jeweiligen optischen Merkmals auch die Raumrichtung des Referenzkörpers und/oder des Werkstücks ermittelt werden. Z.B. unterscheiden sich die verschiedenen optischen Merkmale durch unterschiedliche Nenndurchmesser, wenn es sich um rotationssymmetrische optische Merkmale wie z.B. Kreise oder Kreisringe handelt. Die optischen Merkmale können daher automatisiert voneinander unterschieden werden.
-
Das Konzept der unterschiedlichen optischen Merkmale lässt sich auch auf verschiedene Referenzkörper übertragen. An demselben Werkstück oder an verschiedenen Werkstücken können insgesamt mehrere Referenzkörper angeordnet sein. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn durch drahtloses Auslesen der an und/oder in den Referenzkörpern vorhandenen Information über die Identität des jeweiligen Referenzkörpers und/oder über andere gespeicherte Informationen die Informationen von mehreren Referenzkörpern gleichzeitig ausgelesen werden und allein durch das Auslesen nicht unterschieden werden kann, von welchem Referenzkörper die Informationen stammen. Bevorzugt wird daher, dass sich die verschiedenen Referenzkörper anhand der individuell gestalteten optischen Merkmale voneinander unterscheiden lassen. Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, wie die verschiedenen Referenzkörper voneinander unterschieden werden können.
-
Allgemein wird daher bevorzugt, dass jedem der Referenzkörper eine Kennung zugeordnet ist, die ihn eindeutig von anderen Referenzkörpern unterscheidet, wobei die Kennung ermittelt wird und wobei anhand der Kennung Information in Bezug auf den Referenzkörper und/oder das Werkstück, an dem der Referenzkörper angeordnet ist, ermittelt wird. Insbesondere handelt es sich bei dieser Information um die Information über die relative Position und relative Orientierung des ersten und zweiten Erfassungsmerkmals. Die Kennung muss nicht unmittelbar Teil des jeweiligen Referenzkörpers sein, auch wenn dies bevorzugt wird, d.h. es wird bevorzugt, dass zumindest einer der Referenzkörper die ihm zugeordnete Kennung aufweist und dass die Kennung durch Zugriff auf dem Referenzkörper ermittelt wird. Allgemein ist es aber ausreichend, wenn die verschiedenen Referenzkörper durch irgendwelche Unterschiede eindeutig voneinander unterschieden werden können. Z.B. kann jeder der Referenzkörper eine eindeutige Kombination von Erfassungsmerkmalen aufweisen, insbesondere optischen Erfassungsmerkmalen, die ihn eindeutig von allen anderen Referenzkörpern unterscheidet. Es ist auch möglich, dass die Kombination von Erfassungsmerkmalen das erste (z.B. taktil erfassbare) und das zweite (optisch erfassbare) Erfassungsmerkmal aufweist. Bevorzugt ist jedoch, dass jeder Referenzkörper durch eine eindeutige Kombination von zweiten Erfassungsmerkmalen, z.B. optischen Erfassungsmerkmalen, aufweist. Daher ist es möglich, dass allein durch den zweiten Sensor (z.B. den optischen Sensor) der jeweilige Referenzkörper erfasst wird und ermittelt wird, um welchen Referenzkörper es sich handelt.
-
Insbesondere ist es möglich, Referenzkörper unter Berücksichtigung der Art und/oder Geometrie des Werkstücks an das jeweilige Werkstück anzupassen. Z.B. kann ein Werkstück Oberflächen aufweisen, die unter bekannten Nenn-Winkeln zueinander verlaufen. Dies kann bei der Gestaltung des an dem Werkstück anzuordnenden Referenzkörpers berücksichtigt werden. Z.B. kann der Referenzkörper ebenfalls Oberflächen aufweisen, die unter dem Nenn-Winkel zueinander verlaufen, sodass der Referenzkörper an den beiden entsprechenden Oberflächen des Werkstücks anliegend an dem Werkstück angeordnet werden kann.
-
Z.B. sind folgende Ausgestaltungen von Erfassungsmerkmalen von Referenzkörpern möglich:
- – Der Referenzkörper kann ein Glasplättchen mit mattierter Oberfläche aufweisen. Das Glasplättchen kann ein Loch, z.B. eine Bohrung, aufweisen, anhand der die Position und Orientierung des Referenzkörpers z.B. im dreidimensionalen Koordinatensystem des Referenzkörpers und/oder des Werkstücks ermittelbar ist. Die Öffnung des Lochs und/oder ein zusätzliches optisches Merkmal, wie z.B. ein kreisförmiger Oberflächenbereich mit Randlinie zum umgebenden Oberflächenbereich, kann/können als zweites Erfassungsmerkmal, insbesondere zur optischen Erfassung, vorgesehen sein.
- – Zusätzlich kann ein Magnet an dem Referenzkörper angebracht werden/sein, z.B. mittels eines Gewindestiftes. Die Position und/oder Orientierung des Magneten kann mit entsprechenden Magnetsensoren ermittelt werden.
- – Alternativ oder zusätzlich kann ein Referenzkörper zumindest ein Merkmal aufweisen, das mit einem kapazitiven und/oder induktiven Sensor oder mit einer Kombination von mehreren solcher Sensoren erfassbar ist.
- – Ein Referenzkörper kann ein Stufenendmaß für die dreidimensionale Erfassung, insbesondere taktile dreidimensionale Erfassung, sein. Stufenendmaße sind auf dem Gebiet der Koordinatenmesstechnik bekannt und werden hier nicht näher beschrieben. Es wird jedoch bevorzugt, dass an der Oberfläche jeder Stufe oder zumindest einer Mehrzahl von Stufen jeweils zumindest ein zweites Erfassungsmerkmal, z.B. ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal, angeordnet ist. Insbesondere können die an den verschiedenen Stufen angeordneten optischen Erfassungsmerkmale in dieselbe Richtung orientiert sein. Da sie jedoch an den verschiedenen Stufen angeordnet sind, liegen die optischen Erfassungsmerkmale in verschiedenen parallel zueinander versetzten Ebenen. Wenn ein optischer Sensor so ausgerichtet ist, dass er senkrecht oder annähernd senkrecht auf die Ebenen blickt, liegen die verschiedenen Erfassungsmerkmale in unterschiedlichem Abstand zu dem optischen Sensor. Dies hat den Vorteil, dass bei optischen Sensoren häufig der Abstandsbereich, in dem optische Merkmale optisch scharf erfasst werden können, begrenzt ist. Aufgrund der parallelen, zueinander versetzten Ebenen ist es wahrscheinlicher, dass sich zumindest eines der optisch erfassbaren Merkmale im optisch scharf erfassbaren Abstandsbereich befindet.
- – Das zumindest eine dreidimensionale Erfassungsmerkmal und das zumindest eine zweidimensionale Erfassungsmerkmal (z.B. das zumindest eine dreidimensional taktil erfassbare Erfassungsmerkmal und das zumindest eine zweidimensional optisch erfassbare Erfassungsmerkmal) können in beliebiger Weise relativ zueinander an demselben Referenzkörper angeordnet werden. Insbesondere ist es daher möglich, eine Mehrzahl von Referenzkörpern zu schaffen, deren Kombination von Erfassungsmerkmalen jeweils eindeutig und individuell für den Referenzkörper ist.
- – Z.B. können Referenzmerkmale aus Blech gefertigt werden, wobei auf einer Oberfläche des Blechs zumindest ein zweidimensional erfassbares, z.B. optisch erfassbares, Erfassungsmerkmal angebracht ist.
- – Ein Referenzkörper kann z.B. mehrere zweidimensional erfassbare Erfassungsmerkmale, z.B. optisch erfassbare Erfassungsmerkmale, auf einem dreidimensionalen Körper aufweisen, der insbesondere den Referenzkörper bildet. Durch Bestimmung der Form dieses Körpers, z.B. mit einem taktilen Sensor, findet die Erfassung eines 3D-Erfassungsmerkmals des Referenzkörpers statt.
-
Es ist auch möglich, dass der Referenzkörper nur ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal aufweist, durch dessen Erfassung sich die Position und Ausrichtung des Referenzkörpers in einem zweidimensionalen Koordinatensystem ermitteln lässt. Z.B. ist generell, nicht nur bei diesem Ausführungsbeispiel, die Anbringung eines optisch erfassbaren Erfassungsmerkmals als Aufkleber auf eine Oberfläche eines Körpers, der der Referenzkörper ist, möglich. Wenn lediglich ein optisches Merkmal vorhanden ist, kann in einem ersten Verfahrensschritt das Erfassungsmerkmal und damit der Referenzkörper in dem zweidimensionalen Koordinatensystem dem Werkstückkoordinatensystem zugeordnet werden. Außerdem kann mit einem taktilen Sensor oder einem anderen dreidimensionalen Sensor, der von demselben KMG wie der optische Sensor getragen wird, eine Bestimmung der Position und Ausrichtung des Referenzkörpers im Koordinatensystem des KMG und/oder im Werkstückkoordinatensystem stattfinden. Insbesondere können die auf diese Weise erhaltenen Kalibrierdaten wie bereits zuvor beschrieben gespeichert werden und später bei der Bearbeitung des Werkstücks und/oder bei der Vermessung des Werkstücks verwendet werden.
-
Zumindest ein Referenzkörper mit jeweils zumindest einem zweidimensional und zumindest einem dreidimensional erfassbaren Erfassungsmerkmal (z.B. einem optisch erfassbaren und einem taktil erfassbaren Erfassungsmerkmal) kann/können an einer Aufspannvorrichtung (z.B. einer Palette) angeordnet sein. Die Aufspannvorrichtung dient zum Aufspannen, d.h. Befestigen, des Werkstücks.
-
Wie bereits erwähnt, kann der Bezug zwischen dem Koordinatensystem des Referenzkörpers oder der Bezug des Koordinatensystems des KMG zum Werkstückkoordinatensystem auch erst nach Ausführung der Messung oder Messungen hergestellt werden, z.B. durch Berechnung.
-
Bevorzugt wird, dass der Referenzkörper und/oder zumindest eines der Erfassungsmerkmale des Referenzkörpers aus einem temperaturstabilen Material gebildet ist/wird. Bei Temperaturänderung verändert sich daher der Referenzkörper und/oder das Erfassungsmerkmal nicht oder nur geringfügig. Unter einem temperaturstabilen Material wird insbesondere ein Material verstanden, dessen thermischer Ausdehnungskoeffizient zumindest um einen Faktor 10, und vorzugsweise um einen Faktor 100, kleiner ist als von Stahl, der im Maschinenbau verwendet wird, insbesondere von rostfreiem Stahl.
-
Zumindest ein Erfassungsmerkmal (z.B. ein dreidimensionaler Körper und/oder ein zweidimensional erfassbares, z.B. optisch erfassbares, Erfassungsmerkmal) können magnetisch an einem Grundkörper des Referenzkörpers und/oder des Werkstücks befestigt werden. Die unmittelbare Befestigung zumindest eines Erfassungsmerkmals an dem Werkstück hat den Vorteil, dass wenig zusätzlicher Raum für den Referenzkörper benötigt wird. Bei der unmittelbaren Befestigung bilden die Erfassungsmerkmale selbst den Referenzkörper, der dann z. B. aus zwei voneinander entfernten Teilen bestehen kann. Bevorzugt wird aber ein einstückiger Referenzkörper.
-
Ein dreidimensional erfassbares Erfassungsmerkmal kann insbesondere so ausgeführt werden, dass es taktil von Bearbeitungswerkzeugen von Werkzeugmaschinen erfassbar ist (sogenannter Kantentaster).
-
Grundsätzlich kann ein Referenzkörper auch dann mit Vorteil an einem Werkstück angeordnet werden, wenn der Referenzkörper keine optisch erfassbaren Erfassungsmerkmale aufweist. Insbesondere wenn eine Mehrzahl von Referenzkörpern an einem Werkstück angeordnet ist/wird oder an verschiedenen Werkstücken jeweils zumindest ein Referenzkörper angeordnet ist/wird, entsteht dadurch die Möglichkeit, durch dreidimensionale Vermessung des Referenzkörpers einen Bezug zwischen den verschiedenen Referenzkörpern herzustellen.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
-
1 schematisch ein quaderförmiges Werkstück mit einem daran angeordneten quaderförmigen Referenzkörper in dreidimensionaler Darstellung,
-
2 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Anordnung, wobei sich jedoch der Referenzkörper in einer anderen Position relativ zu dem Werkstück befindet und auch anders ausgerichtet ist,
-
3 eine Darstellung wie in 2, wobei jedoch der Referenzkörper anders als in 2 positioniert und ausgerichtet ist,
-
4 einen Referenzkörper mit einem zusätzlichen dreidimensionalen Körper als 3D-Erfassungsmerkmal und mit zwei optisch erfassbaren Erfassungsmerkmalen,
-
5 ein Stufenendmaß, wobei auf der Oberfläche jeder der drei Stufen jeweils ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal angeordnet ist,
-
6 einen winkelförmigen Referenzkörper, der aus zwei plattenförmigen Bereichen gebildet ist, und
-
7 schematisch ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise mit einem auf dem Messtisch des KMG angeordneten Werkstück, auf dessen oberer Oberfläche ein Referenzkörper mit einem optisch erfassbaren Erfassungsmerkmal angeordnet ist.
-
Bei dem in 1 dargestellten Werkstück 21 handelt es sich um ein quaderförmiges Werkstück. Ein Referenzkörper, wie z. B. der in 1 dargestellte Referenzkörper 23, kann jedoch auch an einem beliebigen anderen Werkstück angeordnet werden.
-
In der links vorne gelegenen oberen Ecke des Werkstücks 21 in 1 sind durch drei Pfeile die Koordinatenachsen eines kartesischen Koordinatensystems des Werkstücks 21 angedeutet. Der Referenzkörper 23 ist auf der oberen Oberfläche des Werkstücks 21 angeordnet, z.B. lediglich oben aufgelegt, ohne zusätzliche Befestigung. Der Referenzkörper kann jedoch alternativ mechanisch oder auf andere Weise, z.B. magnetisch, an dem Werkstück befestigt sein/werden.
-
Auch an der links vorne gelegenen oberen Ecke des Referenzkörpers 23 ist ein kartesisches Koordinatensystem angedeutet, das Koordinatensystem des Referenzkörpers 23. Ein erster Pfeil A verbindet den Ursprung des Werkstückkoordinatensystems mit dem Ursprung des Referenzkörperkoordinatensystems. Die Kenntnis dieses Vektors A bedeutet die Kenntnis des Bezugs zwischen den Koordinatensystemen des Werkstücks und des Referenzkörpers. Durch taktiles Vermessen oder anderes dreidimensionales Vermessen des Werkstücks 21 mit dem daran angeordneten Referenzkörper 23 können die Koordinatensysteme des Werkstücks 21 und des Referenzkörpers 23 sowie der erste Vektor A z.B. im Koordinatensystem des KMG ermittelt werden.
-
Ferner weist der Referenzkörper 23 ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal 25 auf, das schematisch als Kreislinie dargestellt ist. Gestrichelte Linien kreuzen sich im Kreismittelpunkt. Außerdem weist auch das Werkstück 21 ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal 27 auf, das schematisch ebenfalls als Kreislinie dargestellt ist. Wieder verlaufen gestrichelte Linien durch den Kreismittelpunkt.
-
Wenn z.B. durch einen zusätzlichen optischen Sensor des KMG, das das Werkstück mit dem daran angeordneten Referenzkörper mit einem 3D Sensor dreidimensional erfasst, auch das optische Erfassungsmerkmal 25 des Referenzkörpers 23 erfasst wird, dann kann der zweite Vektor B, der vom Ursprung des Koordinatensystems des Referenzkörpers 23 zu einem Referenzpunkt (hier dem Kreismittelpunkt) des optischen Erfassungsmerkmals 25 verläuft, ermittelt werden. Damit ist zumindest die Lage des optischen Erfassungsmerkmals 25 in Bezug auf den Ursprung des Koordinatensystems des Referenzkörpers 23 in der Ebene festgelegt, in der sich das optische Erfassungsmerkmal 25 und der Ursprung des Koordinatensystems des Referenzkörpers 23 befinden. Wenn sich der Ursprung des Koordinatensystems des Referenzkörpers 23 nicht in derselben Ebene wie das optische Erfassungsmerkmal 25 befindet, kann in analoger Weise ein Vektor B ermittelt werden, der von einer Parallelprojektion des Ursprungs des Koordinatensystems des Referenzkörpers 23 in die Ebene des optischen Erfassungsmerkmals 25 zu dem Referenzpunkt des optischen Erfassungsmerkmals 25 verläuft.
-
Außerdem zeigt 1 auch einen dritten Vektor C, der von dem Referenzpunkt des optischen Erfassungsmerkmals 25 zu einem Referenzpunkt des optischen Erfassungsmerkmals 27, hier wieder zu dem Kreismittelpunkt, verläuft. Dieser Vektor C wird in der Regel erst später ermittelt, wenn das Werkstück mit dem daran angeordneten Referenzkörper bereits eingemessen ist (sodass der Bezug der Koordinatensysteme und die Lage des optischen Merkmals des Referenzkörpers durch die Vektoren A und B bekannt sind). Zwischen dem Einmessen und der Erfassung des Erfassungsmerkmals 27 des Werkstücks 21 kann ein längerer Zeitraum liegen. Insbesondere kann das Werkstück zwischen der Einmessung und dem Erfassen des Erfassungsmerkmals 27 bearbeitet werden oder von einem anderen KMG vermessen werden. Auch kann die Vermessung des Erfassungsmerkmals 27 z.B. ausschließlich von einem zweiten KMG durchgeführt werden, das nicht den Einmessvorgang ausgeführt hat. Bei der Auswertung der Messergebnisse bei der Vermessung des Erfassungsmerkmals 27 wird auf die Ergebnisse der Einmessung zurückgegriffen. Zusätzlich wird durch die Vermessung des Erfassungsmerkmals 27 der dritte Vektor C ermittelt. Damit ist es möglich, allein aufgrund einer optischen Vermessung (oder sonstigen zweidimensionalen Vermessung) den Bezug des Erfassungsmerkmals 27 des Werkstücks 21 zu dem Erfassungsmerkmal 25 des Referenzkörpers 23 in einem zweidimensionalen Koordinatensystem festzustellen, das z.B. in der Ebene des Erfassungsmerkmals 25 oder in der Ebene des Erfassungsmerkmals 27 oder in einer parallel dazu verlaufenden Ebene liegt.
-
2 und 3 zeigen schematisch die Lage der Vektoren A und B aus 1 für andere Relativpositionen und relative Ausrichtungen des Referenzkörpers 23 und des Werkstücks 21. Der erste Vektor A vom Ursprung des Koordinatensystems des Werkstücks 21 zu dem Ursprung des Koordinatensystems des Referenzkörpers 23 unterscheidet sich im Fall der 2 vom Fall der 3. Auch die Lage des optischen Merkmals 25, die Ausrichtung des Referenzkörpers 23 und somit auch die Ausrichtung des Vektors B unterscheiden sich in den Fällen der 2 und 3. Die Bestimmung der Vektoren A und B ist das Ergebnis der Einmessung der Anordnung aus Werkstück 21 und Referenzkörper 23. Wenn die späteren Messergebnisse im Koordinatensystem des Werkstücks 21 oder des Referenzkörpers 23 angegeben werden sollen, ist die Information über die Vektoren A und B ausreichend.
-
4 stellt eine Variante eines Referenzkörpers 31 dar, der ein zusätzliches dreidimensional erfassbares Erfassungsmerkmal 27 aufweist, im Beispiel einen quaderförmigen Körper, der z.B. im Eckbereich einer Oberfläche des Referenzkörpers 31 angeordnet ist. Optional können mehrere Referenzkörper vorhanden sein, wobei sich die dreidimensionalen Erfassungsmerkmale 27 der verschiedenen Referenzkörper hinsichtlich ihrer Form und/oder Ausrichtung und/oder Position an der Basis des Referenzkörpers unterscheiden. Im Ausführungsbeispiel der 4 ist die Basis des Referenzkörpers 31 eine quaderförmige Platte.
-
Das dreidimensionale Erfassungsmerkmal 27 kann z.B. von einem taktilen Sensor eines KMG eingemessen werden, wobei vorzugsweise ein zusätzlicher optischer Sensor desselben KMG zumindest ein zusätzliches optisch erfassbares Erfassungsmerkmal des Referenzkörpers 31 erfasst. Im Ausführungsbeispiel der 4 sind zwei optisch erfassbare Erfassungsmerkmale 25, 26 dargestellt, und zwar im Ausführungsbeispiel als Kreislinien, wobei die Kreismittelpunkte und damit die Referenzpunkte durch die Kreuzungspunkte der gestrichelten Linien angedeutet sind. Zwei optische Erfassungsmerkmale 25, 26, die sich an derselben Oberfläche des Referenzkörpers befinden bzw. die in die gleiche Richtung ausgerichtet sind und zueinander beabstandet sind, erhöhen die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Einmessung und ermöglichen es, später bei der Vermessung von optischen Merkmalen von Werkstücken zumindest eines der optisch erfassbaren Erfassungsmerkmale 25, 26 zu erfassen und somit den Bezug des optisch erfassbaren Erfassungsmerkmals des Werkstücks zu dem Koordinatensystem des Referenzkörpers 31 herzustellen. Dies ist insbesondere dann der Vorteil, wenn eines der optisch erfassbaren Erfassungsmerkmale 25, 26 des Referenzkörpers 31 durch andere Gegenstände verdeckt sein sollte und daher von dem optischen Sensor nicht erfassbar ist. Vorzugsweise unterscheiden sich die optisch erfassbaren Erfassungsmerkmale 25, 26 des Referenzkörpers 31 voneinander, sodass allein durch die Erfassung eines der Erfassungsmerkmale 25, 26 ermittelbar ist, um welches der beiden Erfassungsmerkmale es sich handelt.
-
5 zeigt ein Stufenendmaß, wie es aus der Koordinatenmesstechnik bekannt ist, wobei allerdings an der Oberfläche jeder der Stufen ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal 25, 26, 28, im Ausführungsbeispiel wieder als Kreislinie mit gestrichelten Linien dargestellt, vorhanden ist. Das Stufenendmaß 41 kann daher als Referenzkörper verwendet werden, der durch einen dreidimensional messenden Sensor und durch einen zweidimensional messenden Sensor, z.B. durch einen optischen Sensor, eingemessen wird, wenn er an einem Werkstück angeordnet ist. Später, wenn Merkmale des Werkstücks zweidimensional vermessen werden, z.B. optisch vermessen werden, erfasst der zweidimensionale Sensor zumindest eines der drei zweidimensional erfassbaren Erfassungsmerkmale 25, 26, 28 des Stufenendmaßes 41 mit, z. B. in demselben Kamerabild.
-
Der in 6 dargestellte Referenzkörper 51 weist zwei plattenförmige Teilkörper 52, 53 auf, die zueinander abgewinkelt verlaufen. In der Praxis kann der Winkel zwischen den beiden plattenförmigen Körpern an Winkel angepasst werden, die ein Werkstück aufweist, an dem der Referenzkörper angeordnet werden soll. Dadurch ist es möglich, dass der Referenzkörper 51 an zwei abgewinkelt zueinander verlaufenden Oberflächen des Werkstücks jeweils flächig anliegend angeordnet werden kann. Dies erleichtert die Anordnung des Referenzkörpers 51 an dem Werkstück und hilft, dass sich die Position und Ausrichtung des Referenzkörpers relativ zu dem Werkstück nicht unbeabsichtigt verändern.
-
Das schematisch in 7 dargestellte KMG 1 in Portalbauweise weist eine Grundplatte 2 auf, auf der sich ein in y-Richtung bewegliches Portal 3 befindet. Entlang der Brücke des Portals 3 kann sich ein Schlitten 5 in x-Richtung bewegen. Wiederum relativ zu dem Schlitten 5 ist eine Pinole 7 des KMG 1 in z-Richtung beweglich. Die Koordinatenachsen der Richtungen x, y, z bilden ein kartesisches Koordinatensystem. Das KMG 1 weist außerdem für jede der Achsen einen Maßstab 4, 6, 8 auf, sodass die Position der Pinole 7 und insbesondere des unteren Endes der Pinole 7 im Koordinatensystem des KMG 1 aus den Messsystemen des KMG 1 ermittelbar ist.
-
Am unteren Ende der Pinole 7 befindet sich ein taktiler Sensor 9, der einen Taststift 10 mit einem im Ausführungsbeispiel kugelförmigen Tastelement 11 aufweist. Mit dem Tastelement 11 werden in bekannter Weise das auf dem Messtisch 2 platzierte Werkstück 12 und erfindungsgemäß außerdem der auf dem Werkstück 12 platzierte Referenzkörper 61 vermessen. Ein zusätzlicher, nicht dargestellter optischer Sensor des KMG misst außerdem das an der Oberfläche des Referenzkörpers 61 angeordnete optische Merkmal 25. Sowohl die dreidimensionale als auch die zweidimensionale, optische Vermessung des Referenzkörpers 61 und auch die dreidimensionale Vermessung des Werkstücks können z.B. im Koordinatensystem des KMG 1 stattfinden. Alternativ werden die Ergebnisse der Einmessung z.B. auf das Koordinatensystem des Werkstücks 12 oder das Koordinatensystem des Referenzkörpers 61 bezogen.
-
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele beschrieben.
-
1. Ausführungsbeispiel
-
Auf einem ersten Koordinatenmessgerät werden ein Werkstück und zumindest ein daran angeordneter Körper dreidimensional und zweidimensional eingemessen. Optional wird der zumindest eine Referenzkörper (z.B. über Auslesen eines Chips oder optoelektronisch unter Verwendung eines QR-Codes) identifiziert. Ferner optional werden die Ergebnisse der Einmessung auf dem Chip des Referenzkörpers oder eines der Referenzkörper gespeichert. Alternativ können die Ergebnisse z.B. in einer Datenbank gespeichert werden, auf die das erste Koordinatenmessgerät Zugriff hat oder zumindest ein weiteres Koordinatenmessgerät Zugriff hat. Eine solche Datenbank kann z.B. durch die Cloud eines Computernetzwerks mit verteilten Computern und Datenübertragungsstationen, wie z.B. das Internet, realisiert werden. Ferner optional können in dem Chip und/oder der Datenbank Informationen zum späteren Bearbeiten und/oder Vermessen des Werkstücks abgespeichert werden.
-
Ein zweites KMG, das insbesondere lediglich über einen optischen Sensor verfügt, vermisst zu einem anderen, insbesondere späteren Zeitpunkt, das Werkstück mit dem daran angeordneten Referenzkörper oder den daran angeordneten Referenzkörpern. Dabei erfasst der optische Sensor sowohl zumindest ein optisches Merkmal des Werkstücks als auch zumindest ein optisches Merkmal des oder der Referenzkörper. Optional erfasst der optische Sensor auch eine Kennung des Referenzkörpers oder der Referenzkörper, sodass daraus der Referenzkörper oder die Referenzkörper identifiziert wird/werden. Dies ermöglicht es insbesondere, z.B. aus der Cloud oder einer anderen Datenbank, Information oder Informationen über das Werkstück, dessen Bearbeitung und/oder Vermessung, den Referenzkörper und/oder den Bezug zwischen dem Koordinatensystem des Werkstücks und dem Koordinatensystem des Referenzkörper oder der Referenzkörper in Kenntnis zu bringen und bei der Auswertung der Messergebnisse zu berücksichtigen.
-
Es reicht aber aus, wenn im Zusammenhang mit der Vermessung durch das zweite KMG auf irgendeine Weise sichergestellt wird, dass an dem Werkstück ein bestimmter Referenzkörper oder bestimmte Referenzkörper angeordnet ist/sind, für den/die entsprechende Einmessdaten auf dem ersten KMG erhalten wurden oder noch erhalten werden. Die Auswertung der Messergebnisse der Vermessung durch das zweite KMG kann separat stattfinden. Insbesondere können auf einer separaten Recheneinrichtung die Informationen über die Einmessung des Werkstücks und des zumindest einen Referenzkörpers und die Ergebnisse der Vermessung durch das zweite KMG zusammengeführt werden. Insbesondere dies ermöglicht es, z.B. nach einer weiteren Bearbeitung des Werkstücks oder zu einem späteren Zeitpunkt oder bei anderer Ausrichtung eines optischen Sensors relativ zu dem Werkstück, das Werkstück mit dem zumindest einen daran angeordneten Referenzkörper von einem weiteren optischen Sensor, z.B. durch ein drittes KMG zu vermessen und die Messergebnisse mit den Messeergebnissen des zweiten KMG und den Ergebnissen der Einmessung zusammenzuführen, um z.B. Messergebnisse in einem gemeinsamen Koordinatensystem, wie dem Koordinatensystem des Werkstücks anzugeben.
-
2. Ausführungsbeispiel
-
Auf einem Referenzkörper mit zwei in unterschiedliche Richtung ausgerichteten Oberflächenbereichen, wie z.B. dem Referenzkörper 51 aus 6, werden auf beiden Oberflächenbereichen jeweils zumindest ein optisch erfassbares Erfassungsmerkmal und eine Kennung zur eindeutigen Identifizierung des Referenzkörpers und/oder des Oberflächenbereichs angeordnet. Der Referenzkörper wird an einem Werkstück angeordnet und von zwei verschiedenen zweidimensionalen Sensoren, insbesondere optischen Sensoren, oder von demselben Sensor bei zwei unterschiedlichen Ausrichtungen des Sensors vermessen. Insbesondere können zwei verschiedene KMG verwendet werden. Wie auch bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen und Ausgestaltungen der Erfindung wird aber nicht nur das Werkstück zweidimensional erfasst, sondern auch zumindest ein zweidimensional erfassbares, insbesondere optisches, Erfassungsmerkmal des Referenzkörpers erfasst. Da der Referenzkörper zwei Oberflächenbereiche hat, die aus unterschiedlichen Richtungen (z.B. aus zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen) erfassbar sind, kann das Werkstück mit dem daran angeordneten Referenzkörper aus zwei unterschiedlichen Richtungen zweidimensional erfasst werden. Dabei kann jeweils der Referenzkörper anhand seiner Kennung identifiziert werden und optional auch der Oberflächenbereich des Referenzkörpers identifiziert werden, der gerade erfasst wird oder erfasst wurde.
-
Z.B. wie im ersten Ausführungsbeispiel kann die Auswertung durch eine separate Einrichtung vorgenommen werden. In jedem Fall ist es möglich, die Messergebnisse und die benötigten Daten der Einmessung auf einem Chip des Referenzkörpers und/oder in einer separaten Datenbank zu speichern, z.B. in einer Cloud.
-
Unabhängig von den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es generell möglich, den zumindest einen Referenzkörper direkt oder indirekt, z.B. über eine Halterung, an dem Werkstück anzuordnen. Umgekehrt, wie ebenfalls bereits erwähnt, kann das Werkstück an dem Referenzkörper angeordnet werden, sodass dieser als Halterung oder Unterstützung fungiert. Insbesondere ermöglicht die Anordnung des zumindest einen Referenzkörpers an dem Werkstück eine Bearbeitung und/oder Vermessung des Werkstücks durch unterschiedliche Geräte und/oder Einrichtungen, insbesondere an verschiedenen Stationen einer Fertigungs- und Messstraße. Daher kann an einer weiteren Station bzw. von einem weiteren Gerät, das/die nicht die Einmessstation/das Einmessgerät ist, Messinformation gewonnen werden oder kann das Werkstück bearbeitet werden, wobei dabei und/oder später der Bezug zu den bei der Einmessung gewonnenen Informationen hergestellt bzw. verwendet werden kann.
-
Insbesondere weist der Referenzkörper zumindest ein erstes Erfassungsmerkmal (z.B. ein taktil erfassbares dreidimensionales Erfassungsmerkmal) und zumindest ein zweites Erfassungsmerkmal (insbesondere ein zweidimensionales, z.B. optisches Erfassungsmerkmal) auf, wobei die verschiedenen Erfassungsmerkmale (d.h. das erste und das zweite Erfassungsmerkmal) jeweils von einem der ersten und zweiten Sensoren erfassbar sind, nicht aber von dem anderen Sensor. Z.B. ist ein dreidimensionaler Körper jedenfalls dann nicht von einem zweidimensionalen optischen Sensor erfassbar, wenn der optische Sensor den dreidimensionalen Körper lediglich aus einer Richtung erfasst. Selbst wenn der optische Sensor den dreidimensionalen Körper aus verschiedenen Richtungen umfasst, ist die Genauigkeit der Erfassung nicht so groß wie bei der taktilen Erfassung durch einen taktilen Sensor. Daher ist das erste Erfassungsmerkmal durch den zweiten Sensor insbesondere in dem Sinne nicht erfassbar, dass die Genauigkeit nicht so gut wie bei der Erfassung durch den ersten Sensor ist oder die Genauigkeit nicht ausreicht. Umgekehrt kann ein optisches Erfassungsmerkmal, wenn es sich z.B. um eine reine optische Oberflächengestaltung handelt, nicht von einem dreidimensionalen, z.B. taktilen, Sensor erfassbar.
-
Die oben als Beispiel genannten kreisförmigen optischen Erfassungsmerkmale sind lediglich Beispiele. Z.B. kann die Oberfläche des Referenzkörpers auf andere Weise optisch gestaltet werden, z.B. bedruckt werden, und/oder kann die Oberfläche durch verschiedene Materialien gebildet sein, deren optischen Eigenschaften sich unterscheiden, wobei jedoch diese optischen Eigenschaften von einem dreidimensionalen Sensor, z.B. einem taktilen Sensor, nicht erfassbar sind. Eine Alternative zu einem rotationssymmetrischen zweidimensional erfassbaren Erfassungsmerkmal ist z.B. ein Dreieck, z.B. ein nicht gleichseitiges Dreieck, das den Vorteil hat, dass seine Ausrichtung eindeutig erkennbar ist. Selbst bei der optischen Erfassung eines zweidimensionalen optischen Merkmals kann aus Informationen über die Form des optischen Merkmals ermittelt werden, ob der optische Sensor senkrecht oder geneigt auf das optische Erfassungsmerkmal ausgerichtet ist. Z.B. erscheint ein Kreis bei geneigtem Blickwinkel als Ellipse.
-
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nach Einmessung des Werkstücks mit dem daran angeordneten zumindest einen Referenzkörper, z.B. durch ein KMG mit sowohl einem taktilen als auch einem optischen Sensor, die weitere Vermessung von einem anderen KMG vorgenommen werden kann, z.B. mittels eines optischen Sensors. Diese Vermessung kann wesentlich schneller erfolgen als mit einem weiteren taktilen KMG. Außerdem sind die Kosten für die Anschaffung und den Betrieb eines optischen Sensors bzw. eines optischen KMG in der Regel erheblich geringer als für ein hochgenaues taktiles KMG
