DE19850259A1 - Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen durch eine Koordinatenmeßmaschine mit einer elektronischen Datenverarbeitung weist Bauteiltragmittel auf, die ein bestimmtes Bauteil jeweils in reproduzierbarer Lage aufnehmen und die fest mit einem Trägerelement verbunden sind. Die Koordinatenmeßmaschine weist einen in sechs Freiheitsgraden beweglichen Meßarm auf, welcher mit einer lösbaren Verbindung zu dem Trägerelement ausgestattet ist, wobei die Koordinatenmeßmaschine und das Trägerelement eine mobile Einheit bilden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der EP 0 671 602 A2 bekannt. Die genannte Druckschrift beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei der eine Meß­ aufnahme mit definierten Bauteiltragmitteln mehrere, in ihrer Lage zu den Bauteiltragmitteln fest definier­ te Meßpunkte aufweist, mit deren Hilfe zu Beginn einer jeden Messung eine Koordinatenmeßmaschine in ein für das jeweilige Bauteil festes Koordinatensystem einge­ messen werden kann. Damit lassen sich dann bestimmte Meßpunkte auf dem Bauteil bzw. in der Bauteilserie reproduzierbar messen, um Daten für die statistische Prozeßkontrolle (SPC) zu erhalten.

Ein großer Nachteil dieser Vorrichtung ist, daß diese auf einer Meßplatte neben einem Meßarm der Koordina­ tenmeßmaschine aufgebaut werden muß, um sicherzustel­ len, daß der Meßarm und die Meßaufnahme wenigstens während der Messung ihre Lage zueinander nicht verän­ dern. Diese Meßplatte steht im Allgemeinen in einem speziellen, örtlich von der Produktion entfernt lie­ genden Meßraum, zu welchem die Teile zur Vermessung gebracht werden müssen.

Bei der SPC wird jedoch eine Prozeßüberwachung von Bauteilen durchgeführt, bei der jeder einzelne Ab­ schnitt des gesamten Fertigungsprozesses überprüft und dessen Funktionsfähigkeit nachgewiesen werden muß. Hierbei ist es nicht wichtig, möglichst viele Meßpunk­ te exakt zu erfassen, sondern es müssen lediglich die Punkte erfaßt werden, die darüber Auskunft geben, ob die Funktionsfähigkeit des jeweiligen Fertigungsab­ schnitts gegeben ist. Um die SPC in der Praxis sinn­ voll einsetzen zu können, ist es aber notwendig, Mes­ sungen von vielen Bauteilen, möglichst durch den Wer­ ker durchzuführen. Der logistische Aufwand, welcher mit einer Durchführung der Messungen in einem Meßraum verbunden wäre, ist dabei kaum zu bewerkstelligen.

Eine komplette Bemusterung, bei der alle Maße des Bau­ teils überprüft werden müssen, muß vor der eigentli­ chen Prozeßüberwachung durchgeführt werden, wobei hier die Notwendigkeit eines Meßraumes nicht ganz so nach­ teilig ist.

Weiterhin sind die bisher bekannten Meßverfahren nicht in der Lage dem Werker in der Produktion ein eindeuti­ ges Signal zu geben, ob das gefertigte Bauteil gut, Nacharbeit oder Ausschuß ist, da sie nur Meßwerte an­ zeigen, die zuerst verglichen und interpretiert werden müssen.

Zu diesem Zweck werden bisher im Allgemeinen Lehren eingesetzt, die jedoch in der Herstellung, Handhabung und Lagerung sehr aufwendig sind und außerdem keine Aussage über die Funktionsfähigkeit des jeweiligen Fertigungsabschnitts zulassen.

Da Lehren keine konkreten Meßwerte ermitteln können, sondern nur zwischen innerhalb und außerhalb der Tole­ ranz zu unterscheiden helfen, geben sie dem Werker zwar eine Hilfestellung bei seiner Qualitätsentschei­ dung, können aber keine Meßdaten für die SPC liefern. Da sowohl das Messen als auch das Lehren Nachteile mit sich bringen und es bei weitem zu aufwendig wäre beide Verfahren für eine große Anzahl an Bauteilen parallel durchzuführen, findet die SPC noch nicht in dem Umfang statt, in dem sie seitens des Qualitätsmanagements sinnvoll wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist direkt an der Produk­ tionsstätte der Bauteile die Prozeßmerkmale zu prüfen und konkrete Meßwerte anzugeben und die darüber hinaus dem Werker eine Auskunft über das Bauteil in der für ihn gewohnten, von den Lehren bekannten Form liefert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kenn­ zeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Dadurch, daß die Koordinatenmeßmaschine, insbesondere ein manuell geführter Meßarm der Koordinatenmeßmaschi­ ne, direkt mit dem Trägerelement fest aber lösbar, z. B. durch Verschrauben oder durch eine magnetische Halterung, verbunden wird, entsteht eine mobile, leicht zu transportierende Einheit, mit auf das jewei­ lige Bauteil abgestimmten Bauteiltragmitteln.

Diese Einheit läßt sich als "messende Meßaufnahme" direkt neben der Produktionsstelle der zu vermessenden Teile positionieren, so daß ohne großen logistischen Aufwand die Erfassung von Meßwerten einer großen An­ zahl an Bauteilen für die statistische Prozeßkontrolle (SPC) durch den Werker möglich ist. Die mit einer elektronischen Datenverarbeitung verbundene Koordina­ tenmeßmaschine speichert und verarbeitet die erfaßten Meßwerte und gibt dem Werker abschließend eine Aus­ kunft über die Qualität des Bauteils. Die Daten können dann direkt ausgewertet oder einer externen elektroni­ schen Datenverarbeitung der SPC zugeführt werden.

Die Koordinatenmeßmaschine bzw. deren Meßarm und die Meßaufnahme sind dabei so fest miteinander verbunden, daß auch die in der Fertigung auftretenden Schwingun­ gen und Stöße, z. B. in einem Pressenwerk, die Messung nicht nachteilig beeinflussen. Dies haben Versuche der Erfinder ergeben. Dazu reicht es aus, die Vorrichtung in besonders vorteilhafter Art und Weise auf einem einfachen luftbereiften Wagen zu installieren, auf dem sie zu den entsprechenden Produktionsstätten gebracht werden kann.

Durch die Möglichkeit den Meßarm mit der Meßaufnahme fest und lösbar zu verbinden, erhält man die Option mit einem Meßarm mehrere auf das jeweilige Bauteil abgestimmte Meßaufnahmen bestücken zu können. Man ist damit in der Lage mit nur einem Meßarm und mehren Meß­ aufnahmen je Fertigungsabschnitt eine vergleichsweise kostengünstige "flächendeckende" SPC aufzubauen.

In einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausgestal­ tung übernimmt die elektronische Datenverarbeitung die komplette Benutzerführung des Anlagenbedieners, z. B. des Werkers vor Ort. Durch eine graphische Darstellung des Bauteils wird dem Bediener gezeigt, an welchen Meßpunkt er den hier manuell geführten Meßarm der Ko­ ordinatenmeßmaschine zu bewegen hat. Die graphische Darstellung führt den Bediener so durch die komplette Messung und kann ihm anschließend durch eine Art Am­ pelsignal mitteilen, ob das Teil gut (grün) oder Aus­ schuß (rot) ist. Dabei ist es ausreichend wenn der Werker mit dem Meßtaster des Meßarms den zu messenden Punkt durchfährt, die Koordinatenmeßmaschine bzw. de­ ren elektronische Datenverarbeitung löst dann die Er­ fassung des Meßpunktes automatisch aus.

In einer weiteren, besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung weist das Trägerelement drei in ihrer Lage zu dem Adapterteil, auf welches der Meßarm aufge­ setzt werden kann, definiert angeordnete Referenzpunk­ te auf. Nach der Montage des Meßarms auf dem Adapter­ teil der Meßaufnahme kann der Meßarm über diese drei Referenzpunkte, die in besonders vorteilhafter Weise als negative Kegel ausgebildet sind, in das Koordina­ tensystem der jeweiligen Meßaufnahme eingemessen wer­ den. Eine Feineinmessung erfolgt dann für jedes Bau­ teil, indem das Bauteilkoordinatensystem erst nach dem Messen der ersten sechs Meßpunkte festgelegt wird. Diese sechs Meßpunkte, welche nach Möglichkeit charak­ teristische Bauteilbereiche des ersten Fertigungs­ schritts erfassen sollten, werden dann als Ausgangsko­ ordinatensystem für die SPC verwendet. So läßt sich feststellen, ob z. B. das Koordinatensystem der vom zweiten Fertigungsschritt bestimmten Meßpunkte gegen­ über dem des ersten Fertigungsschritts verschoben ist. Die Qualität und Funktionsfähigkeit der einzelnen Fer­ tigungsschritte kann damit geprüft und dokumentiert werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildun­ gen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus dem nachfolgend anhand der Zeichnung prinzip­ mäßig dargestellten Ausführungsbeispiel.

Die einzige Figur zeigt eine Vorrichtung zur Vermes­ sung von Bauteilen in einer stark schematisierten Dar­ stellung.

Die Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen besteht aus einer Koordinatenmeßmaschine 1 und der eigentli­ chen Meßaufnahme 2 mit ihrem Trägerelement 3, hier insbesondere aus einem Aluminium-Wabenmaterial, den Bauteiltragmitteln 4 und einem Adapter 5, auf welchem ein Meßarm 6 der Koordinatenmeßmaschine 1 lagedefi­ niert aber lösbar befestigt werden kann. Statt dem im dargestellten Ausführungsbeispiel verwendeten Alumini­ um-Wabenmaterial kann das Trägerelement 3 auch aus jedem anderen Material bestehen, welches bezogen auf seine Größe sehr stabil ist. Beispiele hierfür können Alu-Guß, Alu-Platten, Stahlrohrrahmen, Holzplatten sein.

Das Trägerelement 3 Weist drei Referenzmeßpunkte 7 auf, die in der geometrischen Form von negativen Ke­ geln ausgeführt sind. Der Meßarm 6 der Koordinatenmeß­ maschine 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbei­ spiel manuell geführt und weist einen Meßtaster 8 an seinem äußersten Ende auf. Außerdem weist die Koordi­ natenmeßmaschine 1 neben dem Meßarm 6 noch eine elek­ tronische Datenverarbeitung 9 auf. Selbstverständlich können die Koordinatenmeßmaschine 1 und die elektroni­ sche Datenverarbeitung 9 als integrierte Einheit aus­ gebildet sein oder auch aus mehreren miteinander ver­ bundenen Einzelapparaten bestehen.

Alles zusammen ist auf einem luftbereiften Wagen 10 (nur angedeutet) positioniert und kann so leicht vor Ort in die Produktion bewegt werden, um hier produ­ zierte Bauteile 11 direkt zu vermessen. Dabei können einerseits Daten für die statistische Prozeßkontrolle (SPC) gewonnen werden und gleichzeitig ist eine Aussa­ ge über die Maßhaltigkeit des Bauteiles 11 bezüglich seiner vorgegebenen Fertigungstoleranz möglich.

Für jedes zu vermessende Bauteil 11 bzw. jede Bauteil­ serie muß eine eigene Meßaufnahme 2 angefertigt wer­ den. Wechselt nun die Fertigung auf die Produktion eines anderen Bauteiles 11, kann während der Umrüstung der jeweiligen Maschine auch die nun benötigte Meßauf­ nahme 2 bereitgestellt werden. Zu Beginn der Messung wird der Meßarm 6 auf dem Adapter 5 der Meßaufnahme 2 befestigt. Über die drei Referenzmeßpunkte 7, welche mit dem Meßtaster 8 des Meßarms 6 abgetastet werden, läßt sich mit dem Meßarm 6 ein für die jeweilige Meß­ aufnahme 2 definiertes Koordinatensystem für die Koor­ dinatenmeßmaschine 1 erfassen.

Dann kann das jeweilige Bauteil 11 auf den Bauteil­ tragmitteln 4 angebracht werden, welche das Bauteil 11 lagedefiniert aufnehmen. Das Bauteil 11 kann während der Messung mit bekannten Spannmitteln (nicht darge­ stellt) auf den Bauteiltragmitteln 4 fixiert werden, so daß das Bauteil 11 sich während der Messung nicht verschieben kann.

In der elektronischen Datenverarbeitung 9 der Koordi­ natenmeßmaschine 1 muß lediglich ein Meßprogramm für das jeweilige Bauteil 11 gestartet werden, welches den Bediener der Vorrichtung 1 graphisch von Meßpunkt zu Meßpunkt des Bauteils 11 führt. Das dafür erforderlich Programm wird von der Qualitätssicherung zuvor gemäß eines Meßplans für das jeweilige Bauteil erstellt.

Im Rahmen der SPC ist es sinnvoll an dem Bauteil 11 die ersten sechs Meßpunkte so auszuwählen, daß diese aus dem ersten Fertigungsschritt des Bauteils 11 stam­ men. Anhand dieser ersten sechs Meßpunkte kann die elektronische Datenverarbeitung 9 dann ein gegenüber den Referenzpunkten 7 gegebenenfalls leicht korrigier­ tes Koordinatensystem des Bauteils 11 bzw. des Bau­ teils 11 nach dem ersten Fertigungsschritt errechnen. Ausgehend von diesem Koordinatensystem werden mit dem Meßtaster 8 die weiteren Meßpunkte unter Anleitung der graphischen Benutzerführung durch die elektronische Datenverarbeitung 9 von dem Werker gemessen.

Die elektronische Datenverarbeitung 9 errechnet dann anhand der gemessenen Punkte ein Ergebnis bezüglich der Fertigungsqualität des jeweiligen Bauteils 11, welches dem Werker in der Art einer Ampel angezeigt wird. Die Farbe Grün steht dabei für "alles in Ord­ nung", Rot deutet auf Ausschuß bzw. ein Problem in einem der Fertigungsschritte hin. Zusätzlich werden die Daten für die SPC gespeichert und einer statisti­ schen Auswertung zugeführt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen durch eine Koordinatenmeßmaschine mit einer elektroni­ schen Datenverarbeitung und mit Bauteiltragmit­ teln, die ein bestimmtes Bauteil jeweils in repro­ duzierbarer Lage aufnehmen und die fest mit einem Trägerelement verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinatenmeßmaschine (1) einen in sechs Freiheitsgraden beweglichen Meßarm (6) aufweist, welcher eine lösbare Verbindung mit dem Trägerele­ ment (3) aufweist, wobei die Koordinatenmeßmaschi­ ne und das Trägerelement (3) eine mobile Einheit bilden.

2. Vorrichtung zur Vermessung von Bauteilen nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) ein Adapterteil (5) zur po­ sitionsgenauen Befestigung des Meßarms (6) auf­ weist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) drei in ihrer geometrischen Anordnung zu dem Adapterteil (5) definiert ange­ ordnete Referenzpunkte (7) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzpunkte (7) in der geometrischen Form negativer Kegel ausgeführt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) aus einem wabenartigen Mate­ rial besteht.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wabenartige Material aus Leichtmetall besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerelement (3) auf einem luftbereiften Wa­ gen (10) montierbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (11) mit bekannten Spannmitteln auf den Bauteiltragmitteln (4) des Trägerelements (3) fixierbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfolge der zu messenden Punkte durch die elektronische Datenverarbeitung (9) vorgebbar ist, daß die elektronische Datenverarbeitung (9) den Bediener über eine graphische Benutzeroberfläche zu dem nachfolgenden Meßpunkt führt, und daß nach dem letzten der zu messenden Punkte ein Quali­ tätsergebnis in der Art einer Lehre darstellbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß durch die elektronische Datenverarbeitung (9) die ermittelten Meßwerte speicherbar und statistisch auswertbar sind.