DE102021125193B4

DE102021125193B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Messvorrichtung für ein Bauteil

Info

Publication number: DE102021125193B4
Application number: DE102021125193.1A
Authority: DE
Inventors: Tim Sterzik
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-09-29
Filing date: 2021-09-29
Publication date: 2023-05-25
Anticipated expiration: 2041-09-30
Also published as: DE102021125193A1

Abstract

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung (10, 20, 30) für ein Bauteil mit den folgenden Merkmalen bereit: Eine Deformation der Messvorrichtung (10, 20, 30) durch das Bauteil wird gemessen; anhand der Deformation werden entsprechende Korrekturmaße berechnet; und die Deformation wird korrigiert, indem die Messvorrichtung (10, 20, 30) nach den Korrekturmaßen eingestellt wird.Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung für ein Bauteil. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium.
Stand der Technik
Bei der Vermessung von Karosserie- oder anderen Bauteilen ist eine wiederholgenaue Positionierung der Bauteile erforderlich. Maßgeblich für die Positionierung ist ein vorgegebenes Aufnahmekonzept. Für die eindeutige Positionierung eines Bauteils im Raum müssen bei biegesteifen Bauteilen sechs, bei biegeschlaffen Bauteilen gar noch mehr Freiheitsgrade gebunden werden, um eine Deformation des Bauteils in der Positionier- und Messvorrichtung zu verhindern.
Bei der Auslegung der Messvorrichtung wird in der Regel eine hinreichende Steifigkeit angestrebt, um zu verhindern, dass ihre Auflagepunkte in Folge des Bauteilgewichtes verschoben werden. Gerade bei wechselnden Bauteilgewichten stellt die Einhaltung dieser Vorgabe gleichwohl eine Herausforderung dar.
So sind Anwendungsfälle bekannt, in denen die Steifigkeitsvorgaben auf Grund komplexer konstruktiver Randbedingungen nicht eingehalten werden können. Wechselnde Bauteillasten bei gleichzeitig sehr engem Bauraum können dazu führen, dass die Messvorrichtung nicht für alle Anwendungsfälle die erforderliche Steifigkeit erfüllen kann.
EP3250884B1 betrifft ein Koordinatenmessgerät mit einem Messsystem zum Vermessen eines Werkstücks, einer Trägerstruktur zum Tragen des Messsystems, einer Grundplatte zum Abstützen des Werkstücks, an der die Trägerstruktur beweglich geführt ist, und zwei Auflagersystemen zum Abstützen der Grundplatte, von denen eines abhängig von der Kraftbeaufschlagung des anderen geregelt wird.
CN 112414652 A beschreibt ein System zur hochpräzisen Messung der statischen Steifigkeit einer Rohkarosserie und ein entsprechendes Testverfahren.
US 10,830,582 B2 offenbart ein Verfahren und System zur Kompensation der Genauigkeitsfehler eines Hexapods.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung für ein Bauteil, eine entsprechende Vorrichtung, ein entsprechendes Computerprogramm sowie ein entsprechendes Speichermedium gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt in ihrer Eignung, die variierenden Steifigkeiten gattungsmäßiger Positionier- und Messvorrichtungen durch Stelleinheiten zu kompensieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So können an den verschieblichen Auflagepunkten der Messvorrichtung piezoelektrische Aktoren zur Rückverschiebung der Auflagepunkte dienen, um als lineare Stellantriebe nach zuvor berechneten Korrekturmaßen die Messvorrichtung einzustellen und so deren Deformation durch das Bauteil zu korrigieren. Durch den Verzicht auf reibende Teile zeichnet sich eine entsprechende Ausführungsform durch ihre hohe Genauigkeit, Verschleißfreiheit und geringe Ansprechzeit aus. Selbst mit - auf Lasten von mehreren Tonnen ausgelegten - Hochlast-Piezoaktoren sind auf diesem Wege Stellwege bis zu 300 µm und Auflösungen im Sub-Nanometerbereich zu erreichen. Im einmal eingestellten, statischen Zustand benötigt die Messeinrichtung zur Korrektur der Deformation dabei keinerlei Energie, während das Bauteil selbst vermessen wird.
Figurenliste
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.

1 zeigt die Verschiebung an definierten Auflagepunkten einer ersten Messvorrichtung im Lastfall.
2 zeigt die entsprechende Verschiebung einer zweiten Messvorrichtung im Lastfall.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung.
4 zeigt eine Einzelheit (31) der Messvorrichtung gemäß 3.

Ausführungsformen der Erfindung
1 und 2 illustrieren die Größenordnung der durch das Auflegen jeweils einer Geländelimousine bewirkte Verschiebung anhand zweier herkömmlicher Messvorrichtungen (10, 20) in Unterspanntechnik, deren Eigengewicht jeweils Berücksichtigung findet.
Die in einer Zusammenschau der 3 und 4 erkennbare technische Neuerung sieht vor, die variierenden Steifigkeiten durch Stelleinheiten (32) zu kompensieren. In einem ersten Schritt wird hierzu die Deformation der Messvorrichtung (30) durch die vom Bauteil ausgeübte Gewichtskraft gemessen. Das Bauteil liegt während dieser Messung an definierten Auflagepunkten der Messvorrichtung (30) auf.
In einem zweiten Schritt werden anhand der Deformation entsprechende Korrekturmaße berechnet. Typischerweise umfasst die Deformation eine Verschiebung der Auflagepunkte unter dem zeichnerisch nicht dargestellten Bauteil. In diesem Anwendungsfall handelt es sich beim Korrekturmaß um ein Längenmaß der den 1 und 2 entnehmbaren Größenordnung zwischen 0,4 und 0,6 mm.
In einem dritten Schritt wird die Deformation korrigiert, indem die Messvorrichtung (30) nach den Korrekturmaßen eingestellt wird. Im gegebenen Ausführungsbeispiel etwa würde die Einstellung eine der Verschiebung entgegenwirkende Rückverschiebung der Auflagepunkte um das Längenmaß bedingen.
Derlei Rückverschiebung mag etwa durch piezoelektrische Aktoren, Spindel- oder anderweitige lineare Stellantriebe (32) an den Auflagepunkten erfolgen. Deren Linearbewegung kann im einfachsten Fall ausschließlich - der Schwerkraft entgegengerichtet - längs zur Hochachse der Messeinrichtung erfolgen, um die Gewichtskraft des Bauteiles auszugleichen. Die detaillierte Darstellung gemäß 4 beleuchtet eine entsprechende Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stellantriebes (32). Ebenso kommt indes eine Rückverschiebung wahlweise entlang mehrerer Raumachsen in Betracht, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Also Piezoaktor ist in diesem Zusammenhang jedweder Stellantrieb (32) zu verstehen, welcher den inversen Piezoeffekt nutzt, um durch Anlegen einer elektrischen Spannung die besagte Linear- und insbesondere Hubbewegung auszuführen. Zu denken ist etwa an - mit geeigneten Elektroden versehene - Piezokristalle, polykristalline Werkstoffe oder piezoelektrische Keramiken wie Blei-Zirkonat-Titanat sowie entsprechende etwa in Sandwichbauweise ausgeführte Stapelanordnungen.
Je nach Bauweise der Messvorrichtung (30) stehen die Auflagepunkte mitunter in einer mechanischen Wechselwirkung. Aufgrund dieser werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform das Messen, Berechnen der Korrekturmaße und Einstellen bedarfsweise wiederholt, bis die Deformation der Messvorrichtung (30) vollständig korrigiert ist.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Messvorrichtung (10, 20, 30) für ein Bauteil, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - eine Deformation der Messvorrichtung (10, 20, 30) durch das Bauteil wird gemessen, - anhand der Deformation werden entsprechende Korrekturmaße berechnet und - die Deformation wird korrigiert, indem die Messvorrichtung (10, 20, 30) nach den Korrekturmaßen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Bauteil liegt während des Messens an definierten Auflagepunkten der Messvorrichtung (10, 20, 30) auf und - die Deformation umfasst eine Verschiebung der Auflagepunkte unter dem Bauteil.
Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Korrekturmaße umfassen ein Längenmaß und - das Einstellen umfasst eine der Verschiebung zumindest teilweise entgegengerichtete Rückverschiebung der Auflagepunkte um das Längenmaß.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - die Rückverschiebung erfolgt durch lineare Stellantriebe (32) an den Auflagepunkten.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: - die Stellantriebe (32) umfassen einen Spindelantrieb oder - die Stellantriebe (32) umfassen einen piezoelektrischen Aktor.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eines der folgenden Merkmale: - die Rückverschiebung erfolgt ausschließlich entlang einer Hochachse der Messvorrichtung (10, 20, 30) oder - die Rückverschiebung erfolgt wahlweise entlang mehrerer Raumachsen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Auflagepunkte stehen in einer mechanischen Wechselwirkung und - das Messen, Berechnen der Korrekturmaße und Einstellen werden aufgrund der Wechselwirkung bedarfsweise wiederholt.
Messvorrichtung (10, 20, 30) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - definierte Auflagepunkte für ein zu messendes Bauteil, - Mittel zum Messen der Verschiebung der Auflagepunkte, - Mittel zum Berechnen der entsprechenden Korrekturmaße und - einstellbare Mittel (32) zum Korrigieren der Verschiebung.
Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.