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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vermessung einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung auf einem Bauteil, insbesondere auf einem Karosseriebauteil eines Fahrzeuges.
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Im Stand der Technik werden Beschichtungen auf Bauteilen händisch ausgemessen. Eine solche Vermessung ist beispielsweise beim Serienanlauf zur Fertigung neuer Karosseriebauteile erforderlich, um Beschichtungen, z.B. Lacke, Dämmstoffe, Dichtstoffe, etc., später auf hohe Stückzahlen des Bauteils automatisiert auftragen zu können. Dazu muss ein Techniker mit handelsüblichen Messinstrumenten an verschiedenen Stellen des Bauteils geometrische Informationen der Beschichtung erfassen, so dass sich ein Gesamtbild über die Lage und/oder ein Profil einer Beschichtung ergibt.
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Nach betriebsinterner Praxis wird dazu auf Basis eines CAD-Modells eines Bauteils ein Programm zur Applikation eines Dicht- und/oder Beschichtungsstoffes auf dem Bauteil durch ein Robotersystem erzeugt. Allerdings weichen real gefertigte Bauteile hinsichtlich ihrer geometrischen Werte in der Regel innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches vom CAD-Modell ab. Dadurch basiert das Programm zur Applikation des Dicht- und/oder Beschichtungsstoffes auf einem fixen Modell, von dem die einzelnen Teile abweichen. Um diese Abweichung zu beheben, werden - ebenfalls nach betriebsinterner Praxis - durch das Robotersystem zunächst Prototypenbauteile beschichtet. Dann vermisst, wie oben beschrieben, ein Techniker händisch das Beschichtungsergebnis. Dies ist aufwendig und ungenau, so dass vorgegebene Toleranzen oft überschritten werden, was oft eine aufwändige und ggf. mehrfache Wiederholung des Prototypenlaufs mit erneutem Prototypenbau nach sich zieht.
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Auf Basis dieser iterativen Vorgehensweise wird dann das Applikationsprogramm angepasst. Dieser Prozess wird so oft am Prototypenbauteil wiederholt, bis ein toleranzgemäßes Ergebnis erreicht ist. Erst dann wird das Applikationsprogramm in einer Serienproduktion verwendet.
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Durch die Iterationsschritte der bisherigen betriebsinternen Lösung entstehen hohe Kosten, insbesondere durch den Prototypenbau und die vielfache Vermessung. Außerdem ist die Suche nach einem hinreichend genauen Applikationsprogramm sehr zeitaufwändig.
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Demgegenüber sind im Stand der Technik bereits automatisierte Vermessungen von ganzen Bauteilen, insbesondere zur Qualitätskontrolle, bekannt.
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Die Patentanmeldung
US2002014577 A1 offenbart ein visuelles Inspektionssystem zur Überwachung der Qualität von Halbleiterbauelementen, die in einer Fertigungslinie produziert werden. Das Inspektionssystem umfasst eine Lichtquelle zum Ausbreiten von Licht auf ein Halbleiterbauelement und einen Bilddetektor, der Licht von dem Halbleiterbauelement empfängt. Eine Lichtsensoranordnung erzeugt ein Ausgangssignal gemäß einer Intensität des an der Lichtsensoranordnung empfangenen Lichts. Eine Steuerung steuert die von dem Bilddetektor empfangene Lichtmenge auf einen gewünschten Intensitätsbereich auf Basis der Ausgabe des Lichtsensors.
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Ausgehend von den bekannten Lösungen ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Bestimmung einer geometrischen Konfiguration einer Beschichtung zu verbessern.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die jeweiligen Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche schützen bevorzugte Ausführungsformen. Die Beschreibung umfasst zusätzliche Implementierungsmerkmale und Weiterbildungen.
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Nach einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Vermessung einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung auf einem Bauteil. Ein solches Bauteil kann insbesondere ein Karosseriebauteil sein, z.B. eine Fahrzeugtür.
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Die Vorrichtung umfasst eine Kinematik zur Positionierung der Vorrichtung und/o der des Bauteils, so dass die Vermessung durchgeführt werden kann. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung einen Sensor, der konfiguriert ist, Informationen für die entsprechende Vermessung zu erfassen. Die Vorrichtung ist zur Durchführung mehrerer Schritte konfiguriert. In einem Schritt wird eine geometrische Information einer Lage und/oder eines Profils der Beschichtung des Bauteils durch den Sensor erfasst, insbesondere mittels des Sensors, welcher beispielsweise ein Laserscanner sein kann. In einem weiteren Schritt wird die geometrische Information mit einem Karosseriemodell des Bauteils integriert, wobei die Integration insbesondere ein Zusammenführen der geometrischen Information der Beschichtung mit dem Karosseriemodell umfasst, beispielsweise eine Fusionierung im Sinne einer Differenzwertbildung zwischen einer erfassten Außenkontur der Beschichtung und einer erfassten Außenkontur des Bauteils und/oder nach Optimierungskriterien wie Maximum Likelihood o.ä.
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Dabei beschreibt ein Karosseriemodell das Bauteil ohne die Beschichtung. Daraus wird ein Applikationsmodell erzeugt, welches das Bauteil mit der Beschichtung beschreibt. In einem weiteren Schritt wird das Applikationsmodell zur weiteren Verwendung, insbesondere zur Verwendung in einer automatisierten Fertigungsanlage, bereitgestellt.
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Vorteilhaft kann dadurch ein beschichtetes Bauteil genau vermessen werden, insbesondere ohne die Ungenauigkeiten, die durch eine händische Vermessung entstehen. Des Weiteren kann die Vermessung schneller erfolgen als durch einen Techniker. Darüber hinaus kann die Vermessung kostengünstiger erfolgen, insbesondere wenn weder ein Techniker zum Vermessen noch ein Programmierer zum Anpassen eines Applikationsprogramms bereitgestellt werden müssen, bis die vermessene Beschichtung die gewünschte Qualität, z.B. für eine Serienfertigung, aufweist.
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Dicht- und/oder Beschichtungsstoffe im Sinne der Erfindung können alle Stoffe sein, die auf eine Karosserie angewendet werden können, insbesondere zum Schutz gegen Korrosion (z.B. Farben, Lacke), gegen Schall (z.B. Schaumstoffe) oder gegen Steinschlag (z.B. PVC-Stoffe). Auch Klebe- oder Abdichtstoffe (z.B. Silikone) sowie Polsterstoffe sind von der Bezeichnung umfasst.
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Die Vorrichtung kann eine Steuerung umfassen, um die Kinematik und/oder den Sensor anzusteuern und die Schritte, für die sie konfiguriert ist, auszuführen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Steuerungsfunktionalität der Kinematik und/oder des Sensors diese Funktionalitäten bereitstellen.
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Eine Kinematik im Sinne der Erfindung kann insbesondere eine Werkzeugmaschine zum Verfahren des Sensors relativ zum Bauteil sein, z.B. ein Roboter. Zusätzlich oder alternativ kann eine Kinematik, z.B. ein Roboter, das Bauteil relativ zum Sensor verfahren Der Sensor kann grundsätzlich überall dort angebracht werden, wo eine Beobachtung eines Dicht- und/oder Beschichtungsstoffes hinreichend möglich ist. Insbesondere kann der Sensor an der Kinematik angeordnet sein.
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Ein Karosseriemodell im Sinne der Erfindung kann ein CAD-Modell sein oder auf einem CAD-Modell basieren. Ein Karosseriemodell umfasst alle Modellarten, die geometrische Informationen eines Bauteils abbilden können.
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Ein Applikationsmodell im Sinne der Erfindung kann jedes Modell sein, welches Informationen einer Beschichtung, insbesondere zu einer Lage und/oder einem Profil einer Beschichtung, auf einem Bauteil abbilden kann. Zusätzlich oder alternativ kann ein Applikationsmodell Informationen zur Steuerung einer Vorrichtung zum Beschichten eines Bauteils umfassen. Somit ist auch ein ausführbares Applikationsprogramm für eine Maschine von dem Begriff umfasst.
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Nach einer Ausführungsform ist der Sensor ein Laserscanner. Ein solcher Laserscanner kann ein Schwenkspiegellaserscanner sein, ein Laserscanner mit einem rotierenden Spiegel, ein Glasfaserscanner oder ein Prismenscanner. Insbesondere kann ein Laserscanner auch ein LIDAR („Light Imaging Detection and Ranging“) sein. Der Laserscanner kann sowohl nach dem Triangulationsprinzip arbeiten als auch nach dem „time-of-flight“-Prinzip.
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Dadurch kann vorteilhaft, insbesondere über das Bestimmen und Verarbeiten entsprechender Punktwolken und/oder mittels Lasertriangulation, eine Lage und/oder ein Profil einer Beschichtung genau erfasst werden.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Vorrichtung wenigstens einen weiteren Sensor. Dieser weitere Sensor erfasst vorzugsweise zumindest auch die gleiche geometrische Information, die auch der erste Sensor umfasst. Zusätzlich oder alternativ erfasst der weitere Sensor andere geometrische Information der Lage und/oder des Profils der Beschichtung. Die Vorrichtung kann neben dem weiteren Sensor noch einen oder mehrere weitere Sensoren umfassen, die ebenfalls dazu eingerichtet sind, eine geometrische Information zu erfassen, die bereits von einem Sensor erfasst wird/wurde, und/oder eine zusätzliche Information, die noch nicht erfasst wird/wurde.
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Vorteilhaft kann durch mehrere Sensoren eine genauere Vermessung einer oder mehrerer Lagen und/oder Profile einer Beschichtung eines Bauteils erfolgen. Vorteilhaft kann auch je nach Bauteilgeometrie ein Sensor zur Vermessung ausgewählt werden, welcher die zu vermessende Lage und/oder das zu vermessen Profil hinreichend gut beobachten können. Sollte also aus irgendeinem Grund ein Sensor keinen ,guten Blick‘ auf das Bauteil haben, kann somit die Vermessung durch einen anderen Sensor durchgeführt werden.
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Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung wird durch die Kinematik das Bauteil relativ zum Sensor bewegt. Wenn die Kinematik ein Roboter ist, dann kann das Bauteil durch den Endeffektor so zum Sensor geführt werden, dass der Sensor eine gute Vermessung der entsprechenden Lage und/oder oder des entsprechenden Profils der Beschichtung des Bauteils durchführen kann. Zusätzlich oder alternativ kann auch der Sensor relativ zum Bauteil bewegt werden. Beispielsweise kann der Sensor durch den Endeffektor eines Roboters geführt werden. Nach einer Ausführungsform sind sowohl der Sensor als auch das Bauteil an einer Kinematik angeordnet, so dass insbesondere beide Kinematiken verfahren werden können, um eine gute Vermessung durchzuführen.
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Vorteilhaft kann dadurch eine gute oder sogar optimale Positionierung des Bauteils relativ zum Sensor erfolgen, um eine qualitativ entsprechend hochwertige Vermessung durchzuführen. Dies ist umso besser möglich je mehr Freiheitsgrade zur Positionierung die Kinematik aufweist.
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Nach einer Ausführungsform kann eine Kinematik auch einen starren Teil aufweisen, welche den Sensor in eine bestimmte Lage und/oder Orientierung bringt, um eine Vermessung durchzuführen. Dadurch kann vorteilhaft eine kostengünstige Möglichkeit bereitgestellt werden, um an einer schwer zugänglichen Stelle des Bauteils eine Vermessung zu ermöglichen.
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Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung kann die geometrische Information über die Lage und/oder das Profil mehrere Lagen und/oder mehrere Profile auf dem Bauteil umfassen. Beispielsweise kann eine Beschichtung aus einer Lage eines Dämmstoffes und einer darüber angeordneten Lage eines Polsterstoffes bestehen. Dann können nach dieser Ausführungsform beide Lagen und/oder deren Profile auf dem Bauteil erfasst werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Bauteil in einem Abschnitt eine erste Beschichtung, z.B. einen Dämmstoff, und an einem anderen Abschnitt eine zweite Beschichtung, z.B. einen Polsterstoff, aufweisen. Dann kann nach dieser Ausführungsform das gesamte Bauteil hinsichtlich der Lagen und/oder Profile seiner unterschiedlichen Beschichtungen erfasst werden.
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Vorteilhaft kann dadurch beispielsweise ein Prototypenbauteil sofort mit unterschiedlichen Beschichtungen versehen werden, insbesondere mit allen Beschichtungen, die auch das Endprodukt aufweist. Diese Beschichtungen werden dann alle gemeinsam in einer einzigen Vermessung erfasst und in einem Applikationsmodell bereitgestellt. Dadurch können Zeit und Kosten gespart werden.
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Nach einer Ausführungsform der Vorrichtung umfasst das Bereitstellen des Applikationsmodells ein Hochladen des Modells in einen externen Speicher. Ein solch externer Speicher kann ein betriebsinterner Speicher einer Produktions- und/oder Entwicklungsabteilung sein, insbesondere, um durch die erfassten Informationen ein CAD-Modell des Bauteils zu aktualisieren. Zusätzlich oder alternativ kann ein solcher Speicher ein Speicher sein, auf den eine betriebsinterne Managementsoftware, z.B. SAP, Zugriff hat. Insbesondere ist ein solch externer Speicher ein Cloud-Speicher, der dezentralisiert in einer Netzwerkumgebung, z.B. einem Intranet, eingerichtet ist.
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Vorteilhaft kann dadurch das Applikationsmodell, insbesondere die erfassten geometrischen Informationen, über Lage und/oder Profil eines Bauteils zur Weiterverwendung zurückgespiegelt werden. Des Weiteren kann das Applikationsmodell zur weiteren Verarbeitung und/oder zum Deployment in der Produktion, beispielsweise in der Serienfertigung, bereitgestellt werden.
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Nach einer Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu eingerichtet, die geometrische Information über Lage und/oder Beschichtung von einem Prototypenbauteil zu erfassen. Insbesondere ist die Vorrichtung dann so konfiguriert, dass ein oder mehrere Markierungen, die das Prototypenbauteil explizit aufweist, erfasst werden. Eine solche Markierung kann eine oder mehrere Beschichtungen betreffen und dazu ausgestaltet sein eine sensorielle Erfassung zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Eine Markierung kann eine bestimmte farbliche Kennzeichnung und/oder eine graphische Struktur umfassen.
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Vorteilhaft kann eine Vermessung durch eine solche Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf ein Prototypenbauteil erleichtert bzw. bezüglich bestimmter Anforderungen an Zeit und/oder Qualität überhaupt erst ermöglicht werden.
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Nach einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zur Vermessung einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung auf einem Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte: Erfassen einer geometrischen Information einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung eines Bauteils durch einen Sensor; Integrieren der geometrischen Information mit einem Karosseriemodell, welches das Bauteil ohne die Beschichtung beschreibt, zu einem Applikationsmodell, welches das Bauteil mit der Beschichtung beschreibt; Bereitstellen des Applikationsmodells zur weiteren Verwendung, insbesondere in einer automatisierten Fertigungsanlage.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur.
- 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer Vorrichtung zur Vermessung einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung auf einer Fahrzeugtür.
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Gemäß 1 wird nach einer Ausführungsform ein Robotersystem 100 zur Vermessung einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung auf einer Fahrzeugtür eingesetzt.
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Als Kinematik wird ein handelsüblicher Industrieroboter 101 mit sechs Freiheitsgraden verwendet, der von einer integrierten Steuerung betrieben wird.
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Als, insbesondere erster, Sensor wird ein Laserscanner mit Schwenkspiegel 103 eingesetzt, der am Endeffektor des Industrieroboters montiert ist. Des Weiteren ist ein zweiter, baugleicher Laserscanner 105 als weiterer Sensor ebenfalls am Endeffektor des Roboters montiert und zwar so, dass sich dessen Beobachtungsfeld mit dem Beobachtungsfeld des ersten Laserscanners überlappt. Dadurch wird ist eine redundante Erfassung der geometrischen Information ermöglicht, die ein genaueres Ergebnis ermöglicht.
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Die Sensoren können von dem Industrieroboter 101 in verschiedenste Positionen und Orientierungen verfahren werden, um eine möglichst gute Sicht auf das zu vermessende Bauteil zu haben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in der Robotersteuerung implementiert. Diese ist zum Erfassen einer geometrischen Information einer Lage und/oder eines Profils einer Beschichtung des Bauteils durch einen Sensor eingerichtet.
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Das zu vermessende Bauteil 200 ist ein Prototyp einer Fahrzeugtür, die in einem vorgelagerten Arbeitsschritt mit einer Dichtmassenbeschichtung 201 versehen wurde. Die Beschichtung wurde händisch so ausgearbeitet, dass sie hinreichend für eine Serienproduktion ist. Allerdings sind die Abmessungen der Beschichtung nur ungenau bekannt, weil die Fahrzeugtür hinsichtlich eines idealen CAD-Modells unbekannte Abweichungen aufweist.
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Die Vorrichtung löst dieses Problem durch eine automatische Vermessung. Nach Erfassen der geometrischen Information, wird diese mit einem Karosseriemodell zu einem Applikationsmodell integriert. Das Karosseriemodell beschreibt die Fahrzeugtür ohne die Beschichtung. Das Applikationsmodell beschreibt die Fahrzeugtür mit der Beschichtung, so dass auf Basis dieses Modells eine Beschichtung der Fahrzeugtür in der Serienfertigung erfolgen kann.
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Die Erstellung des Applikationsmodells ist ebenfalls in 1 vereinfacht dargestellt. Die Laserscanner erfassen zunächst geometrische Information der Beschichtung 201 an der oberen linken Ecke der Fahrzeugtür. Dieser Bereich ist durch die gepunktet dargestellte Ellipse 400 gekennzeichnet, die nochmals vergrößert im unteren Teil von 1 abgebildet ist. In der Vergrößerung wird ersichtlich, dass die Prototypenfahrzeugtür fertigungsbedingte Abweichungen 403 vom idealen CAD-Modell aufweist. Die im CAD-Modell hinterlegten Abmessungen sind zum Vergleich als gestrichelte Linien 405 dargestellt. Die Abweichungen entsprechen der normalen Varianz innerhalb des für die Tür vorgesehenen Toleranzbands.
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Durch die händische Applikation der Dichtmassenbeschichtung werden diese Ungenauigkeiten ausgeglichen und es ist sichergestellt, dass überall auf der Fahrzeugtür eine Beschichtung von hinreichender Qualität aufgetragen wurde. Um diese Beschichtung zu automatisieren, muss sie exakt nachgebildet werden. Dies erfolgt durch das Applikationsmodell.
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Die Abweichungen der Fahrzeugkarosserie vom idealen CAD-Modell (Karosseriemodell) können zusätzlich zur Beschichtung (erste Schicht) als eine zweite Schicht gleichzeitig erfasst und im Applikationsmodell abgespeichert werden.
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Das Applikationsmodell wird für eine spätere Serienfertigung, beispielsweise in einer automatisierten Fertigungsanlage, zur Speicherung in einer Datenbank 300 bereitgestellt. Diese Datenbank ist über ein Netzwerk mit der Vorrichtung verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann die Datenbank dezentral in einer Cloud implementiert sein. Dann ist die Ausführungsform so konfiguriert, dass sie mit einem solchen Cloudspeicher kommunizieren kann. Die Verbindung 109 zwischen Datenbank und Vorrichtung kann je nach Anforderung drahtgebunden o der drahtlos ausgeführt sein.
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Die Zuordnung des Applikationsmodells zu der entsprechenden Fahrzeugtür kann insbesondere über eine interne Steuernummer erfolgen, unter der bauteilbezogene Informationen abgespeichert sind. CAD-Informationen bilden eine Art Nullreferenz für jedes Bauteil. Das Applikationsmodell bietet eine Erweiterung der idealen CAD-Informationen. Wenn die Fahrzeugtür später an der Zelle ankommt, in der eine Applikation der Dichtmassebeschichtung erfolgen soll, werden diese Informationen der Zellsteuerung zugeführt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Erfindungsgemäße Vorrichtung
- 101
- Kinematik/Robotersystem
- 103
- Sensor/Laserscanner
- 105
- weiterer Sensor/Laserscanner
- 109
- Netzwerkverbindung
- 200
- Bauteil/Fahrzeugtür
- 201
- Beschichtung/ Dichtmassenbeschichtung
- 300
- Datenbank/Cloud
- 400
- sensorisch erfasster Bereich
- 403
- Abweichung realer Fahrzeugtüren vom CAD-Modell
- 405
- Abmessungen gemäß CAD-Modell
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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