DE19928518B4

DE19928518B4 - Host-unabhängiger Gelenkarm

Info

Publication number: DE19928518B4
Application number: DE19928518A
Authority: DE
Inventors: Simon Raab
Original assignee: Faro Technologies Inc
Current assignee: Faro Technologies Inc
Priority date: 1998-07-07
Filing date: 1999-06-22
Publication date: 2013-10-10
Anticipated expiration: 2019-06-23
Also published as: GB2339285B; FR2780910B1; DE19928518A1; GB9914717D0; JP2000024972A; FR2780910A1; IT1308735B1; GB2339285A; US5978748A; CA2276581A1; ITTO990519A1

Abstract

Gelenkarm (12, 100) zur Messung von Koordinaten eines Gegenstandes mit einem Stützfuß (14) an einem ersten Ende und einem manuell betätigten Fühlermodul (56) an einem zweiten Ende, einem manuell betätigten mehrgelenkigen Arm mit einer Mehrzahl von Rotationsübertragungsgehäusen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende, von denen jedes einen Freiheitsgrad des Gelenkarms bestimmt, wobei der Gelenkarm dazu ausgebildet ist, die Koordinaten von dem Fühlermodule (56) zugeordneten Punkten in einem dreidimensionalen Raum zu messen, einem Controller (104), der wenigstens einen Prozessor (26) und einen Speicher (28, 32) umfasst, in dem ein ausführbares Prüfprogramm zur Führung der Bedienungsperson durch ein Messprogramm und CAD-Daten des Gegenstands oder eines Teils des Gegenstands als Referenzdaten gespeichert sind, einer Kommunikationseinrichtung (30, 31), die zur Kommunikation zwischen dem Controller (104) und einer externen Einrichtung ausgebildet ist, wobei der Controller und ein User Interface (106) zur Versorgung der Bedienungsperson mit Informationen vorgesehen sind, wobei die externe Einrichtung dazu ausgestaltet ist, das ausführbare Programm zu schaffen, wobei der Controller (104) dazu ausgestaltet ist, das ausführbare Programm von der externen Einrichtung über die Kommunikationseinrichtung (30, 31) hochzuladen, der Controller (104) dazu ausgestaltet ist, das hochgeladene, ausführbare Programm durch den Prozessor (26) auszuführen, und das ausführbare Programm dazu ausgestaltet ist, die am Gegenstand gemessenen Koordinaten mit den Referenzdaten zu vergleichen, wobei der Controller (104) und das User Interface (106) am Gelenkarm (12, 100) befestigt sind ...

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Schwenkarme zum Einsatz in Koordinatenmessmaschinen und insbesondere auf einen Gelenkarm mit einem On-Board Prozessor und einem Display zu einem von einem Host-Computer unabhängigen Betrieb.
Stand der Technik
1 ist eine schematische Darstellung eines konventionellen dreidimensionalen Messsystems, das üblicherweise eine Koordinatenmessmaschine 10 umfaßt, die aus einem manuell bedienbaren, mehrgelenkigen Arm 12, einem Stützfuß oder Ständer 14, einem Controller oder einer seriellen Box 16 und einem Host-Computer 18 aufgebaut ist. Es ist zu erkennen, daß der Gelenkarm 12 elektronisch mit der seriellen Box 16 kommuniziert, die ihrerseits elektronisch mit dem Host-Computer 18 kommuniziert. Weitere Details im Hinblick auf den Aufbau eines bekannten konventionellen dreidimensionalen Messsystems sind aus dem US-Patent 5,402,582 entnehmbar, dessen diesbezüglicher Offenbarungsgehalt hiermit auch zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird.
Einen Gelenkarm zur Messung von Koordinaten eines Gegenstandes offenbart ebenfalls die Patentschrift US 5,724,264 A . Dem Gelenkarm zugeordnet und von ihm beabstandet ist ein Controller mit einem Speicher vorgesehen, in welchem ein ausführbares Programm und Referenzdaten gespeichert werden. Der Controller selbst ist dauerhaft mit dem Host Computer verbunden. Das Interface ist nicht am Gelenkarm befestigt. Zwar ist ein „electronic interface” an das Messgerät angekoppelt, jedoch befindet sich dieses Interface im Außengehäuse der Basis. Damit ist es nicht am Gelenkarm befestigt, das heißt an den Elementen, die den Gelenkarm selbst ausmachen, da es eben an seiner Basis befestigt ist. Zudem stellt sich die Frage, ob dieses „electronic interface” überhaupt ein User Interface ist, da hierunter üblicherweise ein Mensch-Maschine Interface verstanden wird. Der Host Computer arbeitet mit dem Interface zusammen, das einen Mikroprozessor umfasst, er wird jedoch nicht im Hinblick auf eine Vielzahl von Gelenkarmen eingesetzt.
Aus der DE 36 07 114 A1 ist eine Messvorrichtung mit einem brückenartig ausgebildeten Koordinatenmessgerät bekannt, das mehrere xyz-Schlitten anstelle einer Vielzahl von Rotationsübertragungsgehäusen verwendet. Ein entfernbares Bedienfeld ist am stationären Teil des Koordinatenmessgerät befestigt, jedoch nicht an dessen beweglichem Teil, der zum Messen der Koordinaten verwendet wird.
Aus der US 5,084,981 A ist ein Tastkopf für eine Koordinatenmesseinrichtung mit am Tastkopf vorgesehenen Mikroprozessor und Speichern bekannt, wobei über ein Display die aktuellen Koordinaten des Tastelements im vom Messsystem aufgespannten Koordinatensystem angezeigt werden.
Derzeit sind Gelenkarme als ein System mit einem Host-Computer und einer Anwendungssoftware ausgebildet. Der Gelenkarm wird üblicherweise eingesetzt, um Punkte auf einem Gegenstand zu messen, und diese gemessenen Punkte werden mit CAD-Daten verglichen, die auf dem Host-Computer gespeichert sind, um zu bestimmen, ob der Gegenstand innerhalb der CAD-Spezifikation liegt. Mit anderen Worten sind die CAD-Daten Referenzdaten, mit denen die tatsächlichen Messungen, die vom Gelenkarm gemacht werden, verglichen werden. Der Host-Computer beinhaltet ebenfalls Anwendungssoftware, die die Bedienungsperson durch den Prüfprozeß leitet. Bei den meisten Gelegenheiten für komplizierte Anwendungen ist diese Ausstattung angemessen, da der Benutzer die dreidimensionalen CAD-Daten auf dem Host-Computer betrachten kann, während er auf komplexe Anweisungen antwortet und komplexe Befehle in der Anwendungssoftware benutzt.
Die derzeitige Anwendungssoftware erlaubt dem Benutzer auch, spezifische Programme oder Befehlsabläufe in einen Lernmodus zu schreiben, die dann durch eine weit weniger trainierte Person in einem Ausführungsmodus benutzt werden, um einen vorab vorgeschriebenen Satz von Messungen an einem Gegenstand durchzuführen. Das Ergebnis ist, daß der endgültige Gebrauch des Gelenkarms so einfach ist, daß ein Monteur oder Mechaniker durch Systemanzeigen der Software instruiert wird, den Messfühler an bekannten Stellen zu positionieren und die dreidimensionalen Daten aufzunehmen. In diesem Fall ist während der Ausführungsphase der Einsatz eines hochleistungsfähigen Host-Computers und einer Anwendungssoftware vollständig unangemessen und verursacht unnötige Kosten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Systeme besteht darin, daß die gemessenen Daten nicht in Realtime mit den Referenzdaten, d. h. CAD-Daten verglichen werden. Da der Gelenkarm 12 keine Verarbeitungsfähigkeiten hat, müssen die gemessenen oder tatsächlichen Daten an den Host-Computer 18 übertragen werden, wo sie dann mit den Referenzdaten, d. h. den CAD-Daten verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Gegenstand die Referenzspezifikationen erfüllt. Falls das Vergleichsergebnis nicht günstig ausfällt, muß die Bedienungsperson benachrichtigt werden und der Gegenstand benötigt unter Umständen zusätzliche Messungen. Diese Kommunikation hin und her zwischen Gelenkarm und Host erzeugt unnötige Verzögerungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die oben angesprochenen und weiteren Nachteile und Unzulänglichkeiten des Standes der Technik werden überwunden oder verringert durch einen vom Host unabhängigen Gelenkarm gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Gelenkarm umfaßt einen On-Board Controller, der eines oder mehrere ausführbare Programme speichert, die den Benutzer mit Anweisungen (z. B. Prüfprozeduren) versehen und die die CAD Daten speichern, die als die Referenzdaten dienen. Die tatsächliche Messung kann mit den Referenzdaten verglichen werden und der Benutzer kann unmittelbar über eine tatsächliche Messung informiert werden, die außerhalb des Toleranzbereichs liegt. Der Controller ist dazu ausgestaltet, das hochgeladene, ausführbare Programm mittels des Prozessors unabhängig von einer externen Einrichtung auszuführen, die mit einer Mehrzahl von ausführbaren Programmen mit einer Mehrzahl von Gelenkarmen kommunizieret. Zusätzlich zu den hochqualitativen Messungen, die infolge der Anordnung von User Interface und Controller am Gelenkarm bereits ermöglicht werden, kann jetzt ein derartiger Gelenkarm unabhängig arbeiten und mit dem Host Computer nur von Zeit zu Zeit kommunizieren, um Daten oder ausführbare Programme zu übertragen. Das am Gelenkarm angeordnete User Interface unterstützt eine derartige von einem Host Computer unabhängige Einheit, in dem es den Benutzer mit dem ebenfalls am Gelenkarm angeordneten Controller vollständig durch das Messverfahren führt, sodass es nicht mehr erforderlich ist, einen Host unmittelbar mit dem Gelenkarm zu verbinden.
Die oben angesprochenen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nun anhand der folgenden Beschreibung und Zeichnungen näher erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines bekannten Koordinatenmessmaschinen-Systems,
2 eine perspektivische Ansicht eines Gelenkarms gemäß der vorliegenden Erfindung und
3 ein schematisches Blockdiagramm eines Abschnitts des Gelenkarms.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
2 ist eine perspektivische Ansicht eines allgemein mit 100 bezeichneten Gelenkarms gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Gelenkarm 100 umfaßt eine Mehrzahl von Rotationsübertragungsgehäusen ähnlich zu denen, wie sie im US-Patent 5,402,582 beschrieben sind. Jedes Übertragungsgehäuse erzeugt einen Freiheitsgrad des Gelenkarms 100, um es dem Gelenkarm 100 zu ermöglichen, Punkte in einem dreidimensionalen Raum zu messen. Der Gelenkarm 100 umfaßt ein Fühlerende 102 mit einem Fühler/Schaltermodul 56, wie es ebenfalls im US-Patent 5,402,582 beschrieben ist. Das Fühler/Schaltermodul 56 erlaubt die Befestigung einer Vielzahl von Fühlern und umfaßt die Schalter 150, 152. Ein Anschlußelement 154 ist im Fühler/Schaltermodul 56 für den Anschluß optionaler Elektronik vorgesehen.
Der Gelenkarm 100 umfaßt einen On-Board Controller 104, der unmittelbar am Gelenkarm 100 befestigt ist. Der Controller 104 kann permanent oder lösbar am Gelenkarm 100 befestigt sein. Der Controller 104 kann unter Einsatz einer Vielzahl bekannter Techniken am Gelenkarm lösbar befestigt sein. So kann der Controller 104 eine Magnetbasis haben, die an einer metallischen Oberfläche des Gelenkarms 100 oder eines anderen Gegenstandes befestigt wird. Nach einer anderen Ausführungsform kann der Controller 104 und der Arm 100 miteinander zusammenwirkende, haken- und schleifenartige Gewebe (wie z. B. Klettbänder) aufweisen. Bei einer weiteren Ausführungsform wird ein bekanntes federclipartiges Befestigungsmittel zur lösbaren Befestigung des Controllers 104 am Gelenkarm 100 verwendet.
Der Controller 104 speichert eines oder mehrere ausführbare Programme und die Referenzdaten (d. h. CAD-Daten). Die Referenzdaten können ein vollständiges CAD-File entsprechend dem vollständigen zu vermessenden Gegenstand oder nur Teile der CAD-Daten sein. Wie unten im Detail beschrieben wird, umfaßt der Controller einen Prozessor, der ausführbare Programme ausführt und den Benutzer durch ein User Interface 106 mit Display 108 und Lautsprecher 110 mit Systemanzeigen versieht. Das Display 108 kann ein LCD-Bildschirm sein oder kann weniger komplex durch eine Serie von LEDs gebildet werden. Der Lautsprecher 110 kann den Benutzer mit hörbaren Informationen von Ereignissen versehen, wie z. B. daß ein Übertragungsgehäuse jenseits des vorbestimmten Grenzbereichs rotiert wird. Das User Interface 106 kann vom Gelenkarm 100 abnehmbar sein und der Arm 100 kann einen Anschluß zur Verbindung des abgenommenen User Interface 106 mit dem Gelenkarm 100 umfassen. Die oben hinsichtlich des Controllers 104 beschriebenen Befestigungsvorrichtungen können ebenso zur lösbaren Befestigung des User Interface 106 am Gelenkarm 100 eingesetzt werden. Weitere Details des User Interface finden sich in der US-Patentanmeldung Serial No. 09/108,290 mit dem Titel ”Display Device for a Coordinate Measuring Machine”, angemeldet am 01. Juli 1998 sowie aus der parallelen deutschen Patentanmeldung, deren diesbezüglicher Inhalt hiermit auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. In 2 sind der Controller 104 und das User Interface 106 als gesonderte Einheiten dargestellt. Controller 104 und User Interface 106 können jedoch in eine gemeinsame Einheit kombiniert werden, die entweder permanent oder lösbar am Gelenkarm 100 befestigt ist.
3 zeigt in einem Blockdiagramm den Controller 104, das Fühler/Schaltermodul 56 und das User Interface 106. Der Controller 104 umfaßt einen Mikroprozessor 26 und eine RAM 28 zum Speichern von Bedienungsanweisungen, die vom Mikroprozessor 26 durchgeführt werden. Ein oder mehr ausführbare Programme können in der RAM 28 gespeichert werden. Ein beispielhaftes ausführbares Programm ist ein Prüfprotokoll, das den Benutzer durch ein Prüfverfahren leitet. Es versteht sich von selbst, daß andere ausführbare Programme (Kalibrierungsprogramme, Diagnostizierprogramme, usw.) in der RAM 28 gespeichert werden können. Der Benutzer kann ein bestimmtes ausführbares Programm aus einem Menü auswählen, das auf dem Display 108 dargestellt wird.
Eine Kommunikationseinrichtung 30 (z. B. ein universeller asynchroner Receiver/Transmitter) ermöglicht die Kommunikation vom Controller 104 zu außen stehenden Einrichtungen wie z. B. zu einem Host Computer. Das erlaubt das Laden von ausführbaren Programmen in den Controller 104 durch die Kommunikationseinrichtung 30. Ergänzend können die aktuellen Messdaten und die Ergebnisse der Vergleiche der aktuellen Daten mit Referenzdaten zum Host heruntergeladen und gespeichert werden. Ein Speicher 32 speichert Programminstruktionen und Parameter des Gelenkarms permanent. Eine programmierbare Verknüpfungsschaltung CPLD 36 (lattice complex programmable logic) und ein zugehöriger EEPROM (elektrisch löschbarer programmierbarer read only Speicher) 34 ist ebenfalls im Controller 104 enthalten. Die CPLD 36 umfaßt eine Verbindungslogik zwischen den Komponenten des Controllers 104. Die speziellen Speichereinheiten gemäß 3 sind beispielhaft und es versteht sich von selbst, daß eine Vielzahl von Speicherkonfigurationen eingesetzt werden kann.
Wie in 3 dargestellt, kann der Controller auch ein Netzwerk Interface 31 (z. B. eine Ethernet-Karte) aufweisen, um dem Controller 104 die Kommunikation über ein Netzwerk wie z. B. ein Local Area Network (LAN) zu ermöglichen. Das Netzwerk dient als Kommunikationspfad und führt keine Funktionen durch, die mit dem konventionellen, oben beschriebenen Host Computer assoziiert sind. Ein konventioneller Host Computer würde das Messverfahren steuern, während das Netzwerk lediglich ein Kommunikationspfad für den Betrieb wie das Laden ausführbarer Programme in den Controller 104 oder das Herunterladen von tatsächlichen Messdaten und den Ergebnissen der Vergleiche zwischen den tatsächlichen Daten mit den Referenzdaten ermöglicht.
Die Bedienung des Gelenkarms 100 wird nun beschrieben. Anfangs werden die ausführbaren Programme, die auf dem Host Computer vorliegen oder geschaffen wurden und die Referenzdaten im Controller 104 durch die Kommunikationseinrichtung 30 gespeichert. Der Bediener wählt ein bestimmtes ausführbares Programm wie z. B. ein Prüfverfahren aus. Das Display 108 zeigt dann dem Benutzer die vorbestimmten Messpunkte am Gegenstand an. Der Mikroprozessor 26 vergleicht die tatsächlichen Daten mit den Referenzdaten, wenn die tatsächlichen Daten ermittelt werden oder nachdem ein vollständiger Satz von tatsächlichen Daten ermittelt wurde. Nachdem die tatsächlichen Daten mit den Referenzdaten verglichen wurden, kann dann der Benutzer über irgendwelche Messpunkte am Gegenstand benachrichtigt werden, die nicht mit den Referenzdaten zusammenpassen. Ergänzende Messungen können durchgeführt werden und/oder der Gegenstand kann als außerhalb der Spezifikation liegend bestimmt werden.
Das Speichern der ausführbaren Programme und der Referenzdaten am Gelenkarm und die Ausstattung des Gelenkarms mit einem Controller 104, der in der Lage ist, die Programme zu implementieren, reduziert die Kosten für den Benutzer erheblich. In konventionellen Systemen ist jeder Gelenkarm von einem Host Computer begleitet. Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Benutzer einen Host Computer zur Durchführung komplexer Aufgaben wie z. B. zur Erstellung der Anwendungsprogramme kaufen, die dann auf verschiedene Gelenkarme geladen werden können. Das verringert den Bedarf nach vielfachen Host Computern und reduziert damit die Kosten.

Claims

Gelenkarm (12, 100) zur Messung von Koordinaten eines Gegenstandes mit einem Stützfuß (14) an einem ersten Ende und einem manuell betätigten Fühlermodul (56) an einem zweiten Ende, einem manuell betätigten mehrgelenkigen Arm mit einer Mehrzahl von Rotationsübertragungsgehäusen zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende, von denen jedes einen Freiheitsgrad des Gelenkarms bestimmt, wobei der Gelenkarm dazu ausgebildet ist, die Koordinaten von dem Fühlermodule (56) zugeordneten Punkten in einem dreidimensionalen Raum zu messen, einem Controller (104), der wenigstens einen Prozessor (26) und einen Speicher (28, 32) umfasst, in dem ein ausführbares Prüfprogramm zur Führung der Bedienungsperson durch ein Messprogramm und CAD-Daten des Gegenstands oder eines Teils des Gegenstands als Referenzdaten gespeichert sind, einer Kommunikationseinrichtung (30, 31), die zur Kommunikation zwischen dem Controller (104) und einer externen Einrichtung ausgebildet ist, wobei der Controller und ein User Interface (106) zur Versorgung der Bedienungsperson mit Informationen vorgesehen sind, wobei die externe Einrichtung dazu ausgestaltet ist, das ausführbare Programm zu schaffen, wobei der Controller (104) dazu ausgestaltet ist, das ausführbare Programm von der externen Einrichtung über die Kommunikationseinrichtung (30, 31) hochzuladen, der Controller (104) dazu ausgestaltet ist, das hochgeladene, ausführbare Programm durch den Prozessor (26) auszuführen, und das ausführbare Programm dazu ausgestaltet ist, die am Gegenstand gemessenen Koordinaten mit den Referenzdaten zu vergleichen, wobei der Controller (104) und das User Interface (106) am Gelenkarm (12, 100) befestigt sind, das am Gelenkarm (12, 100) befestigte User Interface (106) Mittel zur Benachrichtigung der Bedienungsperson über einen Unterschied zwischen den am Gegenstand gemessenen Koordinaten und den Referenzdaten aufweist, der Controller dazu ausgestaltet ist, das hochgeladene, ausführbare Programm mittels des Prozessors (26) unabhängig von der externen Einrichtung auszuführen, und die externe Einrichtung dazu ausgestaltet ist, eine Mehrzahl von ausführbaren Programmen mit einer Mehrzahl von Gelenkarmen (12, 100) zu kommunizieren.
Gelenkarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das User Interface (106) ein Display (108) umfaßt.
Gelenkarm nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (108) eine LCD-Anzeige (Flüssigkristallanzeige) ist.
Gelenkarm nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Display (108) wenigstens eine lichtaussendende Diode (LED) umfaßt.
Gelenkarm nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das User Interface (106) einen Lautsprecher (110) aufweist.
Gelenkarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das User Interface (106) lösbar am Gelenkarm (12, 100) befestigt ist.
Gelenkarm nach einem der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (104) ein Netzwerk Interface (31) aufweist.
Gelenkarm nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (104) lösbar am Gelenkarm (12, 100) befestigt ist.
Gelenkarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Controller (104) vom User Interface (106) getrennt ist.
Verfahren zur Bedienung eines Gelenkarms (12, 100) zur Messung der Koordinaten eines Gegenstandes mit den Schritten: Zuordnen eines User Interface (106) zur Versorgung der Bedienungsperson mit Informationen zum Gelenkarm (12, 100), Versehen des Gelenkarms mit einer Mehrzahl von Rotationsübertragungsgehäusen, von denen jedes einen Freiheitsgrad des Gelenkarms bestimmt, Ermöglichen einer Kommunikation zwischen dem Controller (104) und einer externen Einrichtung mittels einer Kommunikationseinrichtung (30, 31), Erzeugen eines ausführbaren Programms in der externen Einrichtung, Hochladen des ausführbaren Programms von der externen Einrichtung durch die Kommunikationseinrichtung (30, 31), Speichern des ausführbaren Programms in einem Speicher (28, 32) des Controllers (104) als ausführbares Prüfprogramm zur Führung der Bedienungsperson durch ein Messprogramm, Speichern von CAD-Daten des Gegenstands oder eines Teils des Gegenstands als Referenzdaten im einem Speicher (28, 32) des Controllers (104) und Ausführen des ausführbaren Programms, um eine Bedienungsperson durch das Prüfprogramm für das Messprogramm zu führen und mit Anweisungen zur Aufnahme der tatsächlichen Messungen des Gegenstandes zu versehen, wobei das im Controller (104) gespeicherte ausführbare Programm die am Gegenstand gemessenen Koordinaten mit den Referenzdaten vergleicht, Befestigen des Controllers (104) und des User Interface (106) am Gelenkarm (12, 100), Benachrichtigen der Bedienungsperson über einen Unterschied zwischen den am Gegenstand gemessenen Koordinaten und den Referenzdaten über das User Interface (106) am Gelenkarm, Ausführen des hochgeladenen, ausführbaren Programms durch den Prozessor (26) unabhängig von der externen Einrichtung, wobei die externe Einrichtung eine Mehrzahl von ausführbaren Programmen an eine Mehrzahl von Gelenkarmen (12, 100) kommuniziert.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichern des ausführbaren Programmes das Speichern einer Vielzahl von ausführbaren Programmen in den Controller (104) umfasst.