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Die Erfindung betrifft ein optisches Messsystem mit einem Werkstückträger, auf dem wenigstens ein zu messendes Werkstück, z. B. ein Karosserieteil, während einer optischen Messung, insbesondere Koordinatenmessung, in vorbestimmter Lage gehalten werden kann, wobei der Werkstückträger mehrere Spanneinrichtungen zur Fixierung des Werkstücks aufweist.
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Die
EP 2 322 897 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von Werkstücken. Die Vorrichtung umfasst einen Werkstückträger (
14), auf dem ein z. B. als Autotür ausgebildetes Werkstück (
16) während der Messung in vorbestimmter Lage gehalten werden kann.
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Ein solcher Werkstückträger (Messobjektaufnahme) kann mehrere Spanneinrichtungen aufweisen, an denen das Werkstück (Messobjekt) fixiert wird. Jede Spanneinrichtung bildet eine Spannstelle. Das Werkstück, z. B. ein flächiges bzw. schalenartiges Karosserie(bau)teil, erfährt beim Fixieren an den Spannstellen eine definierte Verformung. Um den Verformungszustand einzustellen und bspw. an CAD-Daten anzupassen, können die Spanneinrichtungen mit Stellelementen ausgebildet sein. Das Einstellen erfolgt manuell und ist mit einem großen Aufwand verbunden.
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Die
EP 1 375 086 A1 beschreibt eine pneumatische Einspannvorrichtung zum Halten von Werkstücken oder Werkzeugen mittels mindestens eines Spannzylinders zur Betätigung von entsprechenden Spannelementen, wobei der Spannzylinder über ein Steuerventil mit Druckluft beaufschlagbar ist. Das Steuerventil und der Spannzylinder sind mit den Spannelementen zu einer mobilen Baueinheit zusammengefasst, die außerdem Mittel zur autarken Druckluftversorgung für den Spannzylinder umfasst. Das Mittel zur autarken Druckluftversorgung besteht aus einer mit elektrischer Energie betreibbaren Kompressoreinheit, die über eine elektrische Batterieeinheit mit elektrischer Energie versorgbar ist. Die elektrische Batterieeinheit ist mittels eines in die mobile Baueinheit integrierten Solarelements wiederaufladbar.
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Die
DE 10 2013 008 312 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Greifen und/oder Spannen eines Werkstückes, wie zum Beispiel eines Bleches, umfassend mindestens ein um eine Drehachse schwenkbares Vorrichtungsteil zum Greifen und/oder Spannen, einen in dem Vorrichtungsteil integrierten oder in oder an dem Vorrichtungsteil angeordneten Sensor, insbesondere zur Bauteil- und/oder Endlagenabfrage, ein feststehendes Vorrichtungsteil und eine Übertragungseinrichtung zum kontaktierenden oder kontaktlosen Übertragen von Energie und/oder Signalen und/oder Daten zwischen dem Sensor und dem feststehenden Vorrichtungsteil. Die Übertragungseinrichtung besteht aus einem ersten feststehenden Übertragungsteil und einem zweiten Übertragungsteil auf der Seite des schwenkbaren Vorrichtungsteils. Der erste oder der zweite Übertragungsteil kann mindestens eine Lichtquelle, insbesondere eine LED, und der andere der beiden Übertragungsteile kann mindestens einen Photodetektor, insbesondere eine Photovoltaikzelle, aufweisen.
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Die Erfindung soll zu einer Verbesserung beitragen.
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Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Messsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und auch aus der Zeichnung.
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Der Werkstückträger des erfindungsgemäßen Messsystems ist dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens eine mittels Motor bzw. motorisch einstellbare Spanneinrichtung aufweist, mit einem Stellelement und wenigstens einem Motor zum Antrieb des Stellelements, sodass an der betreffenden Spannstelle ein beim Fixieren des Werkstücks erzeugter Verformungs- und/oder Spannungszustand des Werkstücks motorisch einstellbar ist. Ferner ist vorgesehen, dass am Werkstückträger auch wenigstens eine Solarzelle für die Energieversorgung des Motors angeordnet ist.
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Der Werkstückträger des erfindungsgemäßen Messsystems weist bevorzugt mehrere motorisch einstellbare Spanneinrichtungen auf, wobei jede dieser Spanneinrichtungen individuell einstellbar ist. Besonders bevorzugt sind zumindest alle Spanneinrichtungen an den durch die Werkstückkonstruktion vorgegebenen Referenzpunkten (RPS-Punkten) motorisch einstellbar ausgebildet. Für jede motorisch einstellbare Spanneinrichtung ist wenigstens eine Solarzelle vorgesehen. Eine Solarzelle kann aber auch mehrere motorisch einstellbare Spanneinrichtungen versorgen.
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Das Stellelement und der Motor bzw. Aktuator einer motorisch einstellbaren Spanneinrichtung dienen dazu, die Fixierposition bzw. -lage an der betreffenden Spannstelle einstellen bzw. verändern zu können. Das Stellelement und der Motor bilden eine motorisch einstellbare Spannstelle. (Das Stellelement und der Motor haben insbesondere nicht die Funktion, die Spanneinrichtung zu Öffnen oder zu Schließen, wofür vorzugsweise ein separater Mechanismus vorgesehen ist.) Das Stellelement ist bspw. eine Einstellschraube, die mithilfe des Motors gedreht und dadurch axial verschoben werden kann. Das Stellelement kann auch schlittenartig ausgebildet und mithilfe des Motors translatorisch verschoben werden. Ein zeitaufwändiges manuelles Einstellen entfällt. Ferner wird eine Automatisierung des Einstellvörgangs ermöglicht. Der Motor ist vorzugsweise ein Elektromotor, insbesondere ein Schrittmotor. Die Solarzelle (photovoltaische Zelle) ist ein Bauelement, das Licht in elektrische Energie umwandelt. Die von der Solarzelle erzeugte elektrische Energie wird für die Stromversorgung wenigstens eines Motors (Elektromotors) verwendet. Somit handelt es sich quasi um eine solarbetriebene motorisch einstellbare Spanneinrichtung. Der Verkablungsaufwand wird dadurch erheblich reduziert. Insbesondere kann die Solarzelle in direkter Nähe zur Spanneinrichtung bzw. Spannstelle angeordnet werden (s. u.). Lange Verkabelungen, die gegebenenfalls auch zu einer Beschattung des zu messenden Werkstücks führen, entfallen. Ferner werden ein einfacher Auf- und Umbau des Werkstückträgers ermöglicht.
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Bevorzugt weist die motorisch einstellbare Spanneinrichtung auch eine Steuerelektronik für den Motor auf, wobei die Solarzelle dann auch zur Energieversorgung der Steuerelektronik vorgesehen ist.
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Die Solarzelle kann in direkter Nähe zur motorisch einstellbaren Spanneinrichtung bzw. Spannstelle angeordnet sein, worunter insbesondere verstanden wird, dass die Solarzelle einen Abstand von nicht mehr als 100 mm und bevorzugt von nicht mehr als 50 mm zur motorisch einstellbaren Spanneinrichtung aufweist.
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Die Solarzelle kann auch an der motorisch einstellbaren Spanneinrichtung angeordnet sein, d. h., die Solarzelle ist Bestandteil der betreffenden Spanneinrichtung. Dies ermöglicht einen verkabelungsfreien Aufbau und auch einen besonders einfachen Umbau des Werkstückträgers.
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Der Werkstückträger kann ferner wenigstens einen Energiespeicher zur Pufferung der von der Solarzelle erzeugten elektrischen Energie aufweisen. Ein solcher Energiespeicher ist z. B. ein Kondensator, insbesondere ein Superkondensator (Supercap), ein Akkumulator oder dergleichen. Der Energiespeicher kann direkt an bzw. in der motorisch einstellbaren Spanneinrichtung angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße Messsystem (Anlage) für die optische Messung, insbesondere für die optische Koordinatenmessung, wenigstens eines Werkstücks, insbesondere eines Karosserie(bau)teils, umfasst:
- - einen Werkstückträger (s. o.); und
- - ein optisches Messgerät (auch als Messsensor bezeichnet), das eine Lichtquelle, d. h. wenigstens eine Lichtquelle, zur Beleuchtung des am Werkstückträger gehaltenen Werkstücks mit Licht aufweist.
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Das erfindungsgemäße Messsystem ist dazu ausgebildet ist, dass die Solarzelle am Werkstückträger aus dem Licht des Messgeräts bzw. dessen Lichtquelle, bevorzugt nur aus dem Licht des Messgeräts bzw. dessen Lichtquelle, elektrische Energie für die Energieversorgung des Motors, gegebenenfalls auch für die Steuerelektronik, erzeugt bzw. erzeugen kann.
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Bei der Lichtquelle handelt es sich vorzugsweise um einen Projektor und insbesondere um einen Streifenprojektor oder dergleichen. Messgeräte bzw. Messsensoren, welche nach dem Prinzip der Streifenlichtprojektion arbeiten, senden z. B. mittels Mikrospiegel oder mittels DMD (Digital Micromirror Device) erzeugte Lichtstreifen auf das Werkstück bzw. Messobjekt, welche dann von mindestens einer Kamera des Messgeräts bzw. Messsensors wieder aufgenommen und weiterverarbeitet werden.
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Es ist also vorgesehen, die für gewöhnlich starke Lichtquelle bzw. den Projektor des Messgeräts auch dafür zu nutzen, die vorzugsweise in direkter Nähe zur Spannstelle angeordnete Solarzelle zur Versorgung der motorisch einstellbaren Spanneinrichtung mit Licht zu bestrahlen, was zu einer hohen verwertbaren Energiemenge aus der Solarzelle führt. Das optische Messgerät wird damit einem zusätzlichen und bisher nicht genutzten Einsatzbereich zugeführt.
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Zur Steuerung des Motors der motorisch einstellbaren Spanneinrichtung kann ferner eine Informationsübertragung, insbesondere für Steuerungsinformationen, mittels codierter Lichtsignale zwischen dem Messgerät und der Solarzelle vorgesehen sein. Mittels codierter Lichtsignale kann bspw. ein Stellwert für das Stellelement übertragen werden. So können die oben genannten Mikrospiegel eines Projektors auch dazu genutzt werden, bestimmte codierte Lichtsignale auszusenden, die von der als Empfänger fungierenden Solarzelle empfangen werden, sodass die Steuerelektronik daraus Steuersignale bzw. -befehle für den Motor generieren kann.
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Bevorzugt ist das Messgerät bzw. der Messsensor an einem Roboter, insbesondere einem Mehrachsroboter, oder einer sonstigen programmierbaren Handhabungseinrichtung (Manipulator) befestigt, wie bspw. in der
DE 10 2012 024 934 B4 gezeigt. Das Messgerät kann somit programmgesteuert in eine für die Energieausbeute optimale Position und Ausrichtung bzw. Orientierung zur Solarzelle gefahren werden.
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Ein Verfahren zur Einstellung wenigstens einer motorisch einstellbaren Spanneinrichtung an einem Werkstückträger eines erfindungsgemäßen Messsystems kann zumindest folgende Schritte umfassen:
- - Fixieren bzw. Befestigen wenigstens eines zu messenden Werkstücks, insbesondere eine Karosserie(bau)teils, am Werkstückträger, insbesondere durch Schließen der Spanneinrichtungen;
- - Durchführen einer optischen Messung, insbesondere einer optischen Koordinatenmessung, zumindest im Bereich der durch die wenigstens eine motorisch einstellbare Spanneinrichtung gebildeten Spannstelle, wobei die Spannstelle insbesondere an einem Referenzpunkt (RPS-Punkt) des Werkstücks liegt;
- - Ermitteln bzw. Bestimmen der Abweichung an der Spannstelle bzw. an der motorisch einstellbaren Spanneinrichtung, insbesondere durch Vergleich der gemessenen Ist-Lage der Werkstückoberfläche mit einer z. B. aus CAD-Daten vorgegebenen Soll-Lage;
- - Einstellen der motorisch einstellbaren Spanneinrichtung durch motorisches Verstellen des Stellelements, falls an der Spannstelle bzw. an der Spanneinrichtung eine Abweichung ermittelt bzw. berechnet wurde, insbesondere bei geschlossener Spanneinrichtung, wobei die dafür benötigte elektrische Energie von der Solarzelle erzeugt wird bzw. erzeugt und gespeichert wurde, wozu gegebenenfalls noch das Messgerät umpositioniert wird, damit das Licht der Lichtquelle optimal auf die Solarzelle einfällt (gegebenenfalls ist danach noch eine Wartezeit erforderlich, bis ausreichend elektrische Energie zur Verfügung steht).
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Alternativ kann die Einstellung in analoger Weise auch ohne Werkstück erfolgen, indem an der Spanneinrichtung z. B. eine Auflagefläche für das Werkstück am Stellelement gemessen, die Abweichung von einer Soll-Lage ermittelt und dann das Stellelement entsprechend verstellt wird.
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Bevorzugt erfolgt die gesamte Einstellung automatisch, insbesondere mithilfe codierter Lichtsignale, wie oben beschrieben. Nach dem Einstellen kann gegebenenfalls noch eine Kontrollmessung (an der selben Spannstelle) durchgeführt oder weitere Spanneinrichtungen bzw. Spannstellen eingestellt oder direkt mit der eigentlichen Messung begonnen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
- 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Messsystem mit einem Werkstückträger und einem robotergeführten Messgerät.
- 2 zeigt eine mittels Motor bzw. motorisch einstellbare Spanneinrichtung am Werkstückträger der 1.
- 3 veranschaulicht schematisch das Prinzip der Energieversorgung des Motors der Spanneinrichtung aus 2 mittels Solarzelle.
- 4 bis 7 veranschaulichen analog zur 3 weitere Ausführungsmöglichkeiten.
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Das in 1 gezeigte Messsystem 100 zum optischen Messen eines Werkstücks 200 umfasst einen Werkstückträger 110, an dem das zu messende Werkstück 200 in definierter Lage befestigt ist, und ein optisches Messgerät 130, das als Messkopf ausgebildet und an einem Roboter 140 befestigt ist und mithilfe des Roboters 140 relativ zum Werkstückträger 110 bzw. dem daran befestigten Werkstück 200 verfahren werden kann. Das Messgerät 130 weist eine Lichtquelle 135, insbesondere einen Streifenprojektor, auf. Das Werkstück 200 ist mithilfe von Spanneinrichtungen 120 an beispielhaft sieben Spannstellen S fixiert. Das Werkstück 200 ist z. B. ein Karosserieblechteil.
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2 zeigt schematisch eine Spanneinrichtung 120. Die Spanneinrichtung 120 weist einen sogenannten Hebelspanner auf und ist mittels Griff 121 manuell betätigbar. Beim Schließen der Spanneinrichtung 120 wird das Werkstück 200 an der Spannstelle S zwischen einem am Spannarm 122 gehaltenen Spannelement 123 und einem als Auflage dienenden Spannelement 124 eingespannt und dadurch fixiert. Das Spannelement 124 ist als Stellelement ausgeführt. Die Lage des Stellelements 124 ist mittels Elektromotor 125 veränderbar, wie mit dem Doppelpfeil veranschaulicht, sodass die Auflagefläche für das Werkstück 200 entlang der Achse A verstellt werden kann. Dadurch kann an der Spannstelle S der beim Fixieren des Werkstücks 200 erzeugte Verformungs- und/oder Spannungszustand am Werkstück 200 eingestellt werden.
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Für die Energieversorgung des Motors 125 ist wenigstens eine am Werkstückträger 110 angeordnete Solarzelle C vorgesehen, die sich insbesondere in direkter Nähe zur Spanneinrichtung 120 befindet. Dies ist in 3 gezeigt. Über die Solarzelle C im Bereich der Spannstelle kann insbesondere das Licht L aus der Lichtquelle 135 des Messgeräts 130 zur Energieversorgung des Motors 125 und einer Steuerelektronik 126 verwendet werden. D. h., die für das motorische Verstellen des Stellelements 124 benötigte Energie wird von der Solarzelle C bereitgestellt. Die Solarzelle C und die Verkabelung können am Werkstückträger 110 befestigt werden. Bevorzugt wird eine kleine und leistungsfähige Solarzelle C mit hohem Wirkungsgrad verwendet, sodass die Messung des Werkstücks 200 nicht beeinträchtigt wird.
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4 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit mit einem elektrischen Energiespeicher B. Damit wird einerseits eine zeitliche Entkopplung ermöglicht. Andererseits kann für den Betrieb des Motors 125 temporär mehr elektrische Energie bereit gestellt werden als unmittelbar von der Solarzelle C geliefert werden kann. Der Energiespeicher B kann auch in die Solarzelle C oder die Spanneinrichtung 120 integriert sein, wodurch Störkonturen vermieden werden.
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5 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der die Solarzelle C, der Energiespeicher B, die Steuerelektronik 126 und der Motor 125 zusammengefasst bzw. integriert ausgebildet sind. Die Solarzelle C kann z. B. direkt am bzw. auf einem Gehäuse der Spanneinrichtung 120 befestigt sein. Durch die Integration der Bauelemente entfällt eine äußere Verkabelung. Ferner wird ein besonders einfacher Auf- und Umbau des Werkstückträgers 110 ermöglicht, da praktisch alle Funktionen in der Spanneinrichtung 120 integriert bzw. zusammengefasst sind.
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6 zeigt eine Ausführungsmöglichkeit, bei der die Steuerelektronik 126 für den Motor 125 drahtlos, z. B. mittels Bluetooth oder WLAN, mit einer Steuereinrichtung 150 des Messsystems 100 kommuniziert. Auf diese Weise kann die Steuerelektronik 126 Steuerungsinformationen (zur Einstellung des Stellelements 124) von der Steuereinrichtung 150 empfangen. Ergänzend können auch Informationen an die Steuereinrichtung 150 übertragen werden, z. B. Statusinformationen über die aktuelle Position des Stellelements 124 oder eine Fertigmeldung zu einem Stellvorgang. Somit sind überhaupt keine Kabelzuleitungen zu der betreffenden Spanneinrichtung 120 erforderlich, d. h., die motorisch einstellbare Spanneinrichtung 120 arbeitet kabellos bzw. ohne externe Verkabelung.
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7 zeigt eine, Ausführungsmöglichkeit, bei der die Steuerungsinformationen für den Motor 125 kabellos mittels codierter Lichtsignale K zwischen dem Messgerät 130 und der Solarzelle C übertragen werden. Das Messgerät 130 bzw. dessen Lichtquelle 135 wird dabei nicht nur für die Energieübertragung (zur Solarzelle C), sondern auch für die Übertragung von Steuerungsinformationen bzw. Steuersignalen genutzt, wobei dies auch simultan erfolgen kann (das Licht L/K enthält dann z. B. einen Grundanteil für die Energieversorgung und einen codierten Wechselanteil für die Signalübertragung). Die Solarzelle C kann, insbesondere auch gleichzeitig, elektrische Energie aus dem Licht L erzeugen und die codierten Lichtsignale K empfangen. Diese Möglichkeit der Informationsübertragung eignet sich insbesondere dann, wenn der Einsatz von Funktechnologie aus technischen Gründen oder aus Sicherheitsgründen nicht möglich ist.
