DE102019125951A1

DE102019125951A1 - Method and device for determining the path accuracy of a stationary processing machine

Info

Publication number: DE102019125951A1
Application number: DE102019125951.7A
Authority: DE
Inventors: Jan Bremer; Max Scheufler
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-09-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2021-04-01
Also published as: WO2021058579A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, welche die Vermessung einer Bahngenauigkeit einer Bearbeitungsmaschine sowie die Erfassung einer Bauteilgeometrie in einer Bearbeitungsmaschine mit verbesserter Genauigkeit ermöglicht.The invention relates to a method and a device which enable the measurement of a path accuracy of a processing machine and the detection of a component geometry in a processing machine with improved accuracy.

Description

Bearbeitungsmaschinen, insbesondere in Form von Industrierobotern und CNC-gesteuerten Maschinen, sind automatisch gesteuerte, reprogrammierbare Maschinen zur Handhabung, Montage oder Bearbeitung von Bauteilen. Zudem sind sie typischerweise in drei oder mehr Achsen programmierbar und bewegungsfähig und weisen in der Regel Kinematiken und/oder Greifsysteme auf, um die räumliche Zuordnung zwischen einem Bauteil und einer Bearbeitungskopf zu erreichen.Processing machines, in particular in the form of industrial robots and CNC-controlled machines, are automatically controlled, reprogrammable machines for handling, assembling or processing components. In addition, they are typically programmable and movable in three or more axes and generally have kinematics and / or gripping systems in order to achieve the spatial association between a component and a machining head.

Die erzielbare Genauigkeit bei der Positionierung von Bauteil und Bearbeitungskopf zueinander ist für viele Anwendungen von zentraler Bedeutung. Insbesondere Anlagen mit großen Bearbeitungsräumen oder mit seriellen Kinematiken sind in ihrer erzielbaren Genauigkeit eingeschränkt, so dass es, beispielsweise bedingt durch Hysterese oder Resonanzen des Bearbeitungskopfes, zu Abweichungen zwischen der programmierten und der gefertigten Geometrie kommen kann.The accuracy that can be achieved when positioning the component and machining head with respect to one another is of central importance for many applications. In particular, systems with large machining areas or with serial kinematics are limited in their achievable accuracy, so that, for example, due to hysteresis or resonance of the machining head, there may be deviations between the programmed and the manufactured geometry.

Bei vielen Verfahren, wie etwa dem Laserauftragsschweißen, der zerspanenden Bearbeitung oder weiteren Depositions-, Trenn- oder Fügeverfahren, ist bezogen auf die Herstellung insbesondere die Genauigkeit während der Bewegung relevant, da die Bahn der Bearbeitungsmaschine direkte Auswirkungen auf das gefertigte Bauteil und seine Qualität hat.In many processes, such as laser deposition welding, machining or other deposition, separating or joining processes, the accuracy during the movement is particularly relevant with regard to production, since the path of the processing machine has a direct impact on the manufactured component and its quality .

Bekannte Verfahren zur Bestimmung der Bahngenauigkeit nutzen hierfür zusätzliche Vorrichtungen, welche die Roboterbewegung erfassen. Hierfür können stationäre Messvorrichtungen, wie beispielsweise ein Lasertracker oder interferometrische Messtechnik, eingesetzt werden, oder Messinstrumente, welche mit dem Roboter mitbewegt werden können, wie beispielsweise eine inertiale Messeinheit.Known methods for determining the path accuracy use additional devices that detect the robot movement. Stationary measuring devices, such as a laser tracker or interferometric measuring technology, or measuring instruments that can be moved with the robot, such as an inertial measuring unit, can be used for this.

Nachteilig bei diesen Systemen sind ihr hoher Anschaffungspreis und der Aufwand der durch die zusätzliche Montage der Messvorrichtung entstehen kann. Des Weiteren werden diese Geräte nur zur Bahnvermessung an der Anlage eingesetzt und bieten keine weitere Funktion.Disadvantages of these systems are their high purchase price and the expense that can arise from the additional installation of the measuring device. Furthermore, these devices are only used for track measurement on the system and do not offer any other functions.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, welches mit einer großen Robustheit eine Messung der Bahngenauigkeit mit einer Vorrichtung, welche auch weitere Funktionalität bietet, parallel zu einem Bearbeitungsprozess oder zwischen Bearbeitungsschritten ermöglicht und eine Analyse, Anpassung oder Regelung derselben erlaubt.The object of the present invention is therefore to provide a method which, with great robustness, enables a measurement of the path accuracy with a device that also offers additional functionality, parallel to a machining process or between machining steps, and allows analysis, adaptation or regulation of the same.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Bahngenauigkeitsbestimmung einer Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung an.This object is achieved by a method for determining the path accuracy of a processing machine according to claim 1 and a device according to claim 10. The dependent claims specify advantageous developments of the method and the device.

Eine vorteilhafte Vorrichtung nutzt zudem Sensoren, welche ebenfalls zur maschinenintegrierten Geometrieerfassung von Bauteilen und Qualitätssicherung genutzt werden können.An advantageous device also uses sensors, which can also be used for machine-integrated geometry detection of components and quality assurance.

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren mindestens ein Erfassungsschritt, in welchem Geometriedaten eines Objektes mit mindestens einem Sensor erfasst werden. Die Geometriedaten eines Objektes sind dabei Daten, welche beispielsweise die dreidimensionale Geometrie eines Objektes in einem geeigneten, kartesischen Koordinatensystem beschreiben. Die Geometriedaten, welche von dem mindestens einen Sensor in dem mindestens einen Erfassungsschritt registriert werden, sind zur Digitalisierung eines Bauteils verwendbar.According to the invention, the method comprises at least one acquisition step in which geometric data of an object are acquired with at least one sensor. The geometry data of an object are data which describe, for example, the three-dimensional geometry of an object in a suitable Cartesian coordinate system. The geometry data that are registered by the at least one sensor in the at least one detection step can be used to digitize a component.

In dem Erfassungsschritt werden erfindungsgemäß den erfassten Geometriedaten Zeit-und Ortskoordinaten, ein Koordinatentupel, eindeutig zugewiesen. Das heißt, jedem Koordinatentupel wird pro Erfassungsschritt genau ein Geometriedatensatz, welcher von dem mindestens einen Sensor erfasst wird, zugeordnet. Die Ortskoordinaten können die Ortskoordinaten sein, die von einer Kinematik der Bearbeitungsmaschine, an den Achsen der Maschine angebrachten Sensoren oder von einem weiteren Messgerät zur Positionserfassung, vorteilhafterweise der Maschinensteuerung und ihrer Antriebsregler, ausgegeben werden.In the acquisition step, according to the invention, time and location coordinates, a coordinate tuple, are uniquely assigned to the acquired geometric data. That is to say, exactly one geometry data record, which is recorded by the at least one sensor, is assigned to each coordinate tuple for each recording step. The location coordinates can be the location coordinates that are output by kinematics of the processing machine, sensors attached to the axes of the machine, or by another measuring device for position detection, advantageously the machine control and its drive controller.

Der Erfassungsschritt kann simultan zu einem Bearbeitungsschritt und/oder einem Vermessungsvorgang eines Bauteils in Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden. Ein Vorteil der simultanen Durchführung beider Schritte ist eine Zeitersparnis. Dass der Erfassungsschritt zeitgleich zu dem Bearbeitungsschritt ausgeführt wird, ist jedoch nicht zwingend. Ebenso ist es möglich, dass der Erfassungsschritt vor oder nach dem Bearbeitungsschritt durchgeführt wird, das heißt zeitlich vor- oder nachgeschaltet ist.The acquisition step can be carried out simultaneously with a processing step and / or a measurement process of a component in the processing machine. One advantage of performing both steps simultaneously is that it saves time. However, it is not essential that the acquisition step is carried out at the same time as the processing step. It is also possible for the acquisition step to be carried out before or after the processing step, that is to say it takes place before or after it.

Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren außerdem einen Berechnungsschritt, welcher nach dem mindestens einen Erfassungsschritt ausgeführt wird. In dem Berechnungsschritt wird für jedes der Koordinatentupel eine Relativposition zwischen dem mindestens einen Objekt und dem mindestens einen Sensor berechnet. Erfindungsgemäß erfolgt die Berechnung mittels der im vorhergehenden Schritt erfassten Geometriedaten und/oder Referenzdaten, welche Geometriedaten sind, die für das mindestens eine Objekt bereits bekannt sind, also vorliegen.According to the invention, the method also includes a calculation step which is carried out after the at least one acquisition step. In the calculation step, a relative position between the is for each of the coordinate tuples calculated at least one object and the at least one sensor. According to the invention, the calculation is carried out using the geometry data and / or reference data acquired in the previous step, which are geometry data that are already known for the at least one object, that is to say are present.

Das Verfahren umfasst erfindungsgemäß weiterhin einen Auswertungsschritt, in welchem auf Grundlage von in einem vorherigen Schritt berechneten Relativpositionen eine Auswertung von Istwerten einer Bahn der Bearbeitungsmaschine durchgeführt wird. Istwerte sind dabei, im Unterschied zu Sollwerten, die Werte die tatsächlich von der Bearbeitungsmaschine angefahren wurden.According to the invention, the method further comprises an evaluation step in which an evaluation of actual values of a path of the processing machine is carried out on the basis of relative positions calculated in a previous step. In contrast to setpoint values, actual values are the values that were actually approached by the processing machine.

Da pro Erfassungsschritt den erfassten Geometriedaten Zeit- und Ortskoordinaten eindeutig zugewiesen werden, die Geometrie des Werkstücks also schrittweise erfasst wird, ergibt sich der Vorteil, dass die Bahn des Sensors sowohl zeit- als auch ortsaufgelöst nachverfolgt werden kann. Die Relativbewegung der Anlage wird also nicht über einen Vergleich mit einer einzigen Aufnahme der Gesamtgeometrie ermittelt, sondern durch einen Vergleich der einzelnen Erfassungsabschnitte, d.h. der pro Erfassungsschritt erfassten Geometriedaten, mit den entsprechenden Bauteilabschnitten der Referenzgeometrie.Since time and location coordinates are clearly assigned to the acquired geometry data for each acquisition step, i.e. the geometry of the workpiece is acquired step-by-step, there is the advantage that the path of the sensor can be tracked both in terms of time and location. The relative movement of the system is therefore not determined via a comparison with a single recording of the overall geometry, but rather by comparing the individual detection sections, i.e. the geometry data recorded per detection step, with the corresponding component sections of the reference geometry.

Vorteilhafterweise ist das Verfahren so gestaltet, dass nach dem Auswertungsschritt ein Fusionsschritt durchgeführt. Dieser Fusionsschritt umfasst, dass eine Sensorfusion durchgeführt wird. Hierfür können vorzugsweise die Daten bezüglich der Geometrie mit Daten kombiniert werden, welche von mehreren oder sämtlichen Sensoren während des Verfahrens erfasst wurden. Die Begriffe Sensorfusion und Sensordatenfusion sind dabei gleichbedeutend zu verstehen und werden im Folgenden synonym verwendet.The method is advantageously designed in such a way that a fusion step is carried out after the evaluation step. This fusion step includes that a sensor fusion is carried out. For this purpose, the data relating to the geometry can preferably be combined with data which were recorded by several or all sensors during the method. The terms sensor fusion and sensor data fusion are to be understood as synonymous and are used synonymously in the following.

Vorzugsweise können die durch mehrere oder sämtliche Sensoren erfasste Daten Daten umfassen, welche es ermöglichen Positionsdaten eines Bearbeitungskopfes und/oder einer Bearbeitungsmaschine zu berechnen. Ebenso können die durch mehrere oder sämtliche Sensoren erfassten Daten teilweise durch eine Inertialmesseinheit und/oder teilweise durch einen Lasertracker erfassbar sein.The data acquired by several or all sensors can preferably include data which make it possible to calculate position data of a processing head and / or a processing machine. Likewise, the data captured by several or all sensors can be partially captured by an inertial measuring unit and / or partially by a laser tracker.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die durch mehrere oder sämtliche Sensoren erfassten Daten zumindest teilweise durch eine Maschinensteuerung oder eine Auswertung der Antriebssteuerungsdaten der Bearbeitungsanlage erfassbar sind.In a further embodiment of the method it can be provided that the data recorded by several or all sensors can be recorded at least partially by a machine control or an evaluation of the drive control data of the machining system.

Ein Vorteil einer Sensordatenfusion ist, dass eine Verbesserung der Genauigkeit der Berechnung der Bahn erreicht wird. Beispielsweise kann eine Inertialmesseinheit prozessnah an einem Bearbeitungskopf angeordnet sein, und dessen Bewegung gesondert erfassen. Anschließend können beispielsweise Schwingungsfrequenzen in den im Auswertungsschritt gewonnenen Daten einer mechanischen Schwingung des Bearbeitungskopfes zugeordnet werden. Auf diese Weise kann in diesem Fall die Quelle für die Schwingungsfrequenz in den Daten identifiziert werden und zu einer Verbesserung der ermittelten Bahngenauigkeit genutzt werden. Zusätzlich erlaubt die Erfassung der Schwingungsherkunft und Schwingungsmoden eine Kompensation der durch die Schwingungen in einem Erfassungsschritt überlagerten und im Stand der Technik nicht bestimmbaren Schwingungsbewegungen des Geometriesensors.An advantage of a sensor data fusion is that an improvement in the accuracy of the computation of the path is achieved. For example, an inertial measuring unit can be arranged close to the process on a machining head and record its movement separately. Then, for example, vibration frequencies in the data obtained in the evaluation step can be assigned to a mechanical vibration of the machining head. In this way, in this case, the source for the oscillation frequency can be identified in the data and used to improve the path accuracy determined. In addition, the detection of the origin of the oscillation and the oscillation modes allows compensation of the oscillation movements of the geometry sensor which are superimposed by the oscillations in a detection step and which cannot be determined in the prior art.

Vorteilhafterweise kann in dem Verfahren der mindestens eine Erfassungsschritt auch vor oder nach dem Bearbeitungsschritt der Bearbeitungsmaschine durchgeführt werden. Dabei kann der Sensor in einer voreilhaften Ausführung am Bearbeitungskopf der Maschine angebracht sein oder durch eine geeignet ausgeführte Schnittstelle in kurzer Zeit automatisiert zur benötigten Position verfahren oder angebracht werden.In the method, the at least one acquisition step can advantageously also be carried out before or after the processing step of the processing machine. The sensor can be attached to the machining head of the machine in an advanced design or it can be automatically moved or attached to the required position in a short time through a suitably designed interface.

Das Objekt, zu welchem Referenzgeometriedaten bereits bekannt sind, kann bevorzugt ein Bauteil oder ein geometrisches Element der Bearbeitungsmaschine sein. Es ist ebenso möglich, dass nur zu einem Bereich des Bauteils Referenzgeometriedaten vorliegen.The object for which reference geometric data is already known can preferably be a component or a geometric element of the processing machine. It is also possible that reference geometry data are only available for one area of the component.

Geeigneterweise ist mindestens einer der Sensoren als Laserlinienscanner und/oder Lasertriangulationsscanner ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist einer der Sensoren basierend auf optischer Kohärenztomographie zur Erfassung Abständen zu einer Geometrie. Dieser Sensor kann dabei vorteilhafterweise durch geeignete optische Elemente umfassend um den Bearbeitungspunkt den Abstand messen, beispielsweise auf einer kreisförmigen Erfassungsgeometrie, oder linienförmig analog zur Erfassungsgeometrie eines Laserlinienscanners.At least one of the sensors is suitably designed as a laser line scanner and / or laser triangulation scanner. In a further advantageous embodiment of the invention, one of the sensors is based on optical coherence tomography for detecting distances to a geometry. This sensor can advantageously measure the distance around the processing point by means of suitable optical elements, for example on a circular detection geometry, or linearly analogous to the detection geometry of a laser line scanner.

Bevorzugterweise umfasst das Verfahren ebenfalls, dass im Auswertungsschritt auf Grundlage der Auswertung der Bahnbewegung relativ zu der erfassten Referenzgeometrie in einem Erfassungsbereich des Sensors Abweichungen zwischen Soll- und Istwerten einer Bahn des geometrieerfassenden Sensors berechnet werden. Die berechneten Abweichungen der Bahn des geometrieerfassenden Sensors können zur Berechnung einer Kompensation für die Auswertung der Geometrieerfassung eines zu erfassenden Bauteils in einem anderen Erfassungsbereichs des Sensors verwendet werden. Vorteilhafterweise können zusätzliche Sensordaten, zum Beispiel in Form von Daten eines Inertialsensors oder die Daten einer anderen Datenquelle einzeln oder in Form von Sensorfusion zur Kompensation verschiedener Fehler genutzt werden.Preferably, the method also includes that in the evaluation step on the basis of the evaluation of the path movement relative to the recorded reference geometry in a detection area of the sensor, deviations between setpoint and actual values of a path of the geometry-detecting sensor are calculated. The calculated deviations in the path of the geometry-detecting sensor can be used to calculate a compensation for evaluating the geometry detection of a component to be detected in another detection area of the sensor. Advantageously, additional sensor data, for example in the form of data from an inertial sensor or the data from another data source, can be used individually or in the form of sensor fusion to compensate for various errors.

Durch die Berücksichtigung der Kompensation bei der Auswertung kann vorteilhafterweise die Genauigkeit der Geometrieerfassung eines unbekannten Bauteils verbessert werden.By taking the compensation into account in the evaluation, the accuracy of the geometry detection of an unknown component can advantageously be improved.

Der Vorteil der in den vorhergehenden Absätzen beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens ist, dass ein unbekanntes Bauteil und ein Objekt, dessen Geometriedaten bereits als Referenzdaten vorliegen, vom mindestens einen Sensor pro Erfassungsschritt parallel erfasst werden können und so die Genauigkeit der Geometrieerfassung eines zu erfassenden, unbekannten Bauteils erhöht wird.The advantage of the embodiment of the method described in the preceding paragraphs is that an unknown component and an object whose geometry data are already available as reference data can be recorded in parallel by at least one sensor per recording step and thus the accuracy of the geometry recording of an unknown component to be recorded is increased.

So kann es in dem pro Erfassungsschritt erfassten Erfassungsabschnitt zwei Erfassungsbereiche geben, die beispielsweise zwei benachbarte Bereiche eines Werkstücks erfassen. Der eine Bereich weist ein geometrisches Element auf, welches als Referenzgeometrie dient, und zu dem angrenzenden Bereich liegen keine Daten bezüglich der Geometrie vor. Mit den berechneten Abweichungen zwischen den erfassten Daten im Bereich der Referenzgeometrie und den Referenzdaten können die erfassten Daten im unbekannten Bereich des Bauteils korrigiert werden.Thus, in the detection section detected per detection step, there can be two detection areas which, for example, detect two adjacent areas of a workpiece. One area has a geometric element which serves as reference geometry, and no data relating to the geometry are available for the adjacent area. With the calculated deviations between the recorded data in the area of the reference geometry and the reference data, the recorded data can be corrected in the unknown area of the component.

In dem Auswertungsschritt kann so in den erfassten Daten des unbekannten Bereichs des Bauteils die Abweichung der Sensorbahn kompensiert werden. Folglich wird die Genauigkeit der Geometriedaten erhöht und Fehler in der Geometrieerfassung reduziert.In the evaluation step, the deviation of the sensor path can thus be compensated for in the recorded data of the unknown area of the component. As a result, the accuracy of the geometry data is increased and errors in the geometry acquisition are reduced.

In einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Verfahren einen weiteren Geometrieerfassungsschritt, welcher die in einem vorherigen Erfassungs- und Auswertungsschritt gewonnenen Daten für die Bauteildigitalisierung des im vorhergehenden Erfassungsschritt erfassten Objekts und/oder eines weiteren Objekts genutzt werden. Die gewonnen Daten umfassen dabei vorzugsweise die Geometriedaten des zu erfassenden Objekts und/oder die Kompensation der Abweichungen zwischen Sollwerten und Istwerten einer Bahn des Sensors zur Bauteildigitalisierung.In an additional advantageous embodiment, the method includes a further geometry acquisition step, which the data obtained in a previous acquisition and evaluation step are used for component digitization of the object acquired in the previous acquisition step and / or a further object. The data obtained preferably include the geometric data of the object to be detected and / or the compensation of the deviations between setpoint values and actual values of a path of the sensor for component digitization.

In dem Fall, dass die gewonnenen Daten Geometriedaten des zu erfassenden Objektes aufweisen, umfasst das Verfahren vorteilhafterweise, dass die Geometriedaten in nachfolgenden Erfassungsschritten erneut erfasst werden und in darauf folgenden Auswertungsschritten als Referenzgeometrie verwendet werden können.In the event that the data obtained have geometry data of the object to be detected, the method advantageously includes that the geometry data are recorded again in subsequent detection steps and can be used as reference geometry in subsequent evaluation steps.

Die im Berechnungsschritt berechnete Relativbewegung eignet sich außerdem vorteilhafterweise für eine Kalibrierung der Bearbeitungsmaschine. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich Informationen über systeminhärente Abweichungen zu erlangen und diese bei der Steuerung der Bearbeitungsmaschine zu berücksichtigen.The relative movement calculated in the calculation step is also advantageously suitable for calibrating the processing machine. In this way it is possible, for example, to obtain information about system-inherent deviations and to take these into account when controlling the processing machine.

Vorteilhafterweise können die im Berechnungsschritt gewonnenen Daten auch genutzt werden, um Informationen über einen Erhaltungszustand unterschiedlicher Komponenten der Bearbeitungsmaschine zu erhalten. Diese Informationen erlauben es vorzugsweise sich andeutende Defekte einzelner Komponenten frühzeitig zu erkennen.The data obtained in the calculation step can advantageously also be used to obtain information about a state of preservation of different components of the processing machine. This information preferably makes it possible to identify defects in individual components at an early stage.

Erfindungsgemäß wird außerdem eine Vorrichtung zur Vermessung einer Bahngenauigkeit einer Bearbeitungsmaschine sowie zur Vermessung von Bauteilgeometrien angegeben, welche mindestens einen Sensor zum Erfassen einer Geometrie eines Bauteils, einen Bearbeitungskopf, eine Bewegungsmechanik und eine Steuerungseinheit umfasst. Erfindungsgemäß ist diese Anzeigevorrichtung eingerichtet, ein wie vorstehend beschrieben ausgestaltetes Verfahren auszuführen.According to the invention, a device for measuring a path accuracy of a processing machine and for measuring component geometries is also specified, which comprises at least one sensor for detecting a geometry of a component, a processing head, a movement mechanism and a control unit. According to the invention, this display device is set up to carry out a method configured as described above.

Vorteilhafterweise ist mindestens einer der Sensoren ein Laserlinienscanner. Es ist weiterhin möglich, dass mindestens einer der Sensoren prozessnah am Bearbeitungskopf vorgesehen ist. So kann vorteilhafter einer der Sensoren als Intertialmesseinheit ausgestaltet sein. Die Inertialmesseinheit ist vorteilhafterweise am Bearbeitungskopf vorgesehen.At least one of the sensors is advantageously a laser line scanner. It is also possible for at least one of the sensors to be provided on the machining head close to the process. Thus, one of the sensors can advantageously be designed as an inertial measuring unit. The inertial measuring unit is advantageously provided on the machining head.

Die Anordnung eines Sensors prozessnah am Bearbeitungskopf ermöglicht es Daten über Bewegung des Bearbeitungskopfes so erfassen. So eignet sich eine inertiale Messeinheit um Beschleunigungs-, Geschwindigkeits-, und Ortsdaten des Bearbeitungskopfes entlang einer Bahn des Bearbeitungskopfes zu bestimmen.The arrangement of a sensor close to the process on the machining head enables data on the movement of the machining head to be recorded. An inertial measuring unit is suitable for determining acceleration, speed and location data of the machining head along a path of the machining head.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist mindestens einer der Sensoren beweglich relativ zu der Bearbeitungsmaschine.In a further advantageous embodiment of the device, at least one of the sensors is movable relative to the processing machine.

Das zu dem Verfahren Beschriebene gilt für die Anzeigevorrichtung analog.What has been described for the method applies analogously to the display device.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen dabei gleiche oder entsprechende Merkmale. Die in den Beispielen beschriebenen Merkmale können darüberhinaus unabhängig von den entsprechenden Beispielen realisiert werden und zwischen verschiedenen Beispielen kombiniert werden.In the following, the invention will be explained by way of example with reference to a few figures. The same reference symbols denote the same or corresponding features. The features described in the examples can also be implemented independently of the corresponding examples and combined between different examples.

Es zeigt

1 eine beispielhafte Vorrichtung, die eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen,
2 eine weitere Anordnung eines Bauteils auf einem Maschinentisch,
3 eine weitere beispielhafte Anordnung mehrerer Objekte auf einem Maschinentisch.

It shows

1 an exemplary device which is set up to carry out the method according to the invention,
2 another arrangement of a component on a machine table,
3 Another exemplary arrangement of several objects on a machine table.

1 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung, mit welcher sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen lässt. Ein Werkstück 3 ist auf einem Maschinentisch 1 der Bearbeitungsmaschine 10 angeordnet. Ein Ende eines Roboterarms 8 ist relativ zum Maschinentisch 1 in den 3 Raumrichtungen beweglich und an einem anderen Ende stationär gelagert. An dem beweglichen Ende des Roboterarms 8 ist ein Bearbeitungskopf 6, mit welchem das Werkstück 3 bearbeitet werden kann, schwenkbar angeordnet. An dem Bearbeitungskopf 6 ist ein Sensor 2 vorgesehen, welcher eine Geometrie des Werkstücks 3 in einem Erfassungsabschnitts 5, welcher im Wesentlichen in einer Ebene liegt, erfasst. 1 shows an exemplary device with which the method according to the invention can be carried out. One workpiece 3 is on a machine table 1 the processing machine 10 arranged. One end of a robotic arm 8th is relative to the machine table 1 Movable in the 3 spatial directions and mounted stationary at another end. At the moving end of the robot arm 8th is a machining head 6th with which the workpiece 3 can be edited, arranged pivotably. At the processing head 6th is a sensor 2 provided which a geometry of the workpiece 3 in a detection section 5 , which lies essentially in one plane.

In 2 ist eine weitere beispielhafte Anordnung eines Werkstücks 3 auf einem Maschinentisch 1 dargestellt. Ein Sensor 2 zur Bauteildigitalisierung ist als Laserlinienscanner ausgestaltet und weist einen Laser 2a und einen Photodetektor 2b auf. Der vom Laser emittierte Strahl weist in einer Ebene orthogonal zu einer Ausbreitungsrichtung im Wesentlichen ein linienförmiges Strahlprofil auf. Das Licht wird vom Werkstück 3 und vom Maschinentisch 1 reflektiert und kann vom Detektor 2b detektiert werden.In 2 is another exemplary arrangement of a workpiece 3 on a machine table 1 shown. One sensor 2 for component digitization is designed as a laser line scanner and has a laser 2a and a photodetector 2 B on. The beam emitted by the laser essentially has a linear beam profile in a plane orthogonal to a direction of propagation. The light comes from the workpiece 3 and from the machine table 1 reflected and can from the detector 2 B can be detected.

In jedem der Erfassungsschritte werden Daten bezüglich einer Geometrie des Bauteils 3 von dem Sensor 2 erfasst. Dabei wird das Bauteil, welches auf einer Bewegungsmechanik angeordnet ist, relativ zum Sensor schrittweise in eine Richtung entlang einer Achse der Bewegungsmechanik verschoben. Das heißt, dass ein vom Sensor erfasster Erfassungsabschnitt in jedem Schritt Daten zu einem Bereich des Bauteils registriert, welcher im Vergleich zum vorherigen Schritt entlang der Achse verschoben ist. Jedem der Datensätze wird dabei eindeutig Koordinaten, welche die Bewegungsmechanik ausgibt, sowie ein Zeitstempel zugeordnet.In each of the acquisition steps, data relating to a geometry of the component are obtained 3 from the sensor 2 detected. In this case, the component which is arranged on a movement mechanism is displaced step by step relative to the sensor in a direction along an axis of the movement mechanism. This means that in each step a detection section detected by the sensor registers data on a region of the component which is displaced along the axis compared to the previous step. Each of the data records is uniquely assigned coordinates, which are output by the movement mechanics, as well as a time stamp.

In dem gezeigten Beispiel kann durch schrittweises Verfahren entlang der X-Achse die komplette Geometrie des Werkstücks erfasst werden. Die Nut auf der linken Seite dient in diesem Beispiel als Referenzgeometrie, d.h. Daten bezüglich ihrer Geometrie sind bekannt. Die Bearbeitung der rechten Seite des Werkstücks durch einen Bearbeitungskopf, wie er in 1 dargestellt ist, kann jeweils vor dem schrittweisen Erfassen der Geometrie erfolgen. Nachdem alle Erfassungsschritte durchgeführt worden sind und das Bauteil fertig bearbeitet wurde, folgt der Berechnungsschritt. In dem Berechnungsschritt wird für jeden, pro Erfassungsschritt aufgenommenen Geometriedatensatz die Berechnung einer Relativposition zwischen den erfassten Daten der Nut, welche als Referenzgeometrie dient, und den Referenzdaten berechnet.In the example shown, the complete geometry of the workpiece can be recorded by moving it step-by-step along the X-axis. In this example, the groove on the left serves as reference geometry, ie data relating to its geometry are known. The machining of the right side of the workpiece by a machining head as shown in 1 is shown, can be done before the step-by-step acquisition of the geometry. After all acquisition steps have been carried out and the component has been finished, the calculation step follows. In the calculation step, the calculation of a relative position between the recorded data of the groove, which serves as reference geometry, and the reference data is calculated for each geometry data record recorded per recording step.

Dadurch, dass jedem Datensatz eindeutige Koordinaten zugewiesen sind und die Abweichung zwischen Referenz- und erfassten Daten der Referenzgeometrie für jeden Schritt berechnet wird, kann in einem Auswertungsschritt eine Bahn des Werkstücks relativ zum Sensor berechnet werden.Because each data record is assigned unique coordinates and the deviation between reference and recorded data of the reference geometry is calculated for each step, a path of the workpiece relative to the sensor can be calculated in an evaluation step.

Durch Berücksichtigung der berechneten Sensorbahn relativ zur Nut, kann daher in einem erfindungsgemäßen Verfahren die Genauigkeit der Geometrieerfassung des bearbeiteten, rechten Bereichs des Bauteils verbessert werden.By taking into account the calculated sensor path relative to the groove, the accuracy of the geometry detection of the machined right area of the component can therefore be improved in a method according to the invention.

3 zeigt eine weitere beispielhafte Anordnung die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist. Neben einem Werkstück 3 ist ein Objekt mit einem dreieckigen Querschnitt als Referenzgeometrie auf einem Maschinentisch 1 angeordnet. Beide Objekte werden von einem Erfassungsabschnitt 5 eines geometrieerfassenden Sensors 2 erfasst. Der Sensor 2 ist neben einem Bearbeitungskopf 6 angeordnet. Ebenfalls am Bearbeitungskopf angeordnet ist eine inertiale Messeinheit 7. 3 shows a further exemplary arrangement which is suitable for carrying out the method according to the invention. Next to a workpiece 3 is an object with a triangular cross-section as reference geometry on a machine table 1 arranged. Both objects are covered by one detection section 5 a geometry sensing sensor 2 detected. The sensor 2 is next to a machining head 6th arranged. An inertial measuring unit is also arranged on the machining head 7th .

Die Anbringung der inertialen Messeinheit in der in 3 dargestellten Vorrichtung hat den Vorteil, dass während der Bearbeitung des Werkstücks Positions- und Bewegungsdaten des Bearbeitungskopfes aufgezeichnet werden. Diese können dann in einem Fusionsschritt, nach Berechnung einer Sensorbahn relativ zu der Referenzgeometrie 4 in einem Auswertungsschritt, mit den Daten der Sensorbahn fusioniert werden.The installation of the inertial measuring unit in the in 3 The device shown has the advantage that position and movement data of the machining head are recorded while the workpiece is being machined. These can then be performed in a fusion step after calculating a sensor path relative to the reference geometry 4th in an evaluation step, with the data of the sensor path are fused.

Beispielsweise kann die berechnete Sensorbahn auf Grund der Anordnung des Sensors 2 am Bearbeitungskopf Schwingungen des Bearbeitungskopfes enthalten. Diese können durch die Sensorfusion mit den Daten der inertialen Messeinheit kompensiert werden, beispielsweise durch Anwendung einer Filterfunktion, welche die von der inertialen Messeinheit gemessenen Schwingungsfrequenzen des Bearbeitungskopfes aus den Daten der Sensorbahn filtert. Folglich kann so die Genauigkeit einer Geometrieerfassung erhöht werden.For example, the calculated sensor path can be based on the arrangement of the sensor 2 contain vibrations of the machining head on the machining head. These can be compensated for by the sensor fusion with the data of the inertial measuring unit, for example by using a filter function which filters the vibration frequencies of the processing head measured by the inertial measuring unit from the data of the sensor path. Consequently, the accuracy of a geometry acquisition can be increased in this way.

Claims

Method for measuring a path accuracy of a processing machine, wherein in at least one acquisition step geometric data of at least one object by means of at least of a sensor for component digitization are recorded, with the data recorded in each recording step being uniquely assigned time and location coordinates, and the recording step can be carried out simultaneously with a processing step of the processing machine, in a calculation step for each of the assigned time and location coordinates a relative position between the at least one object for which reference data with regard to the recorded geometry are already known, and the at least one sensor is calculated using the data recorded in the previous step and the already known reference data, and in an evaluation step an evaluation of actual values using the relative positions calculated in the previous step a path of the processing machine is carried out.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that, after the evaluation step, a sensor fusion is carried out in a fusion step, with data recorded by several or all sensors being combined.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the data recorded by several or all sensors include data which allow calculations of position data of a machining head and / or a movement mechanism.

Method according to one of the Claims 2 to 3 , characterized in that the data recorded by several or all sensors can be partly recorded by an inertial measuring unit.

Method according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that the data captured by several or all sensors can be at least partially captured by a laser tracker.

Method according to one of the Claims 2 to 5 , characterized in that the data recorded by several or all sensors can at least partially be recorded by the machine control.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the recording step is carried out after or before the processing step of the processing machine.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the object for which the reference data of the geometry is available is a component or a geometric element of the processing machine.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor is designed as a laser line scanner and / or as a laser triangulation scanner.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the evaluation step by evaluating the path movement relative to a reference geometry recorded in the recording step in a detection area of the sensor, a compensation of deviations between setpoint values and actual values of a path of the sensor for the evaluation of geometric data of one in another Detection area lying to be detected component is calculated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in a further geometry acquisition step, the geometry data of the component to be acquired and / or the deviation between setpoint values and actual values of a path of the sensor for component digitization for the component digitization of the first Step detected object and / or another object can be used, with in particular the geometry data of the component to be detected detected in the previous detection step and calculated with increased accuracy in the evaluation step are recorded again in subsequent detection steps and used as reference geometry in subsequent evaluation steps.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the relative movement calculated in the calculation step is used to calibrate the processing machine and / or to obtain information about a state of preservation of machine components.

Device for processing components, which comprises at least one sensor for detecting a geometry of a component, a processing head, a movement mechanism and a control unit, and wherein a method can be carried out with the device, with data relating to a geometry of at least one object using in at least one detection step of the at least one sensor for component digitization are detected and the detection step can be carried out simultaneously with a processing step of the processing machine, in at least one calculation step a relative movement between the at least one object, with reference data relating to the detected geometry of the at least one object being already known, and the at least a sensor using the data acquired in the previous step and the already known reference data is calculated, and an evaluation of actual values of a path of the processing machine is carried out in an evaluation step by means of the relative movement calculated in the previous step.

Device according to the preceding claim, wherein at least one of the sensors is a laser line scanner.

Device according to one of the Claims 13 or 14th , at least one of the sensors being provided on the machining head close to the process.

Device according to one of the Claims 13 to 15th , wherein at least one of the sensors is movable relative to the processing machine.

Device according to one of the Claims 13 to 16 , wherein at least one of the sensors is an intertial measuring unit, which is preferably provided on the machining head.

Device according to one of the Claims 13 to 17th , wherein the acquisition step precedes or follows a processing step of the processing machine.