DE20022222U1

DE20022222U1 - Messvorrichtung zum Vermessen eines Werkstückes

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Publication number: DE20022222U1
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Authority: DE
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Current assignee: Individual
Priority date: 2000-08-29
Filing date: 2000-08-29
Publication date: 2001-05-23
Anticipated expiration: 2010-08-30

Description

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Messvorrichtung zum Vermessen eines Werkstückes

Eine Messvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruch 1 besitzt als Kernstück ein Bildverarbeitungssystem, durch welches der Schatten eines Werkstückes, z. B. Metallteiles auf einem flächigen Lichtempfänger abgebildet wird. Der Lichtempfänger besteht aus einer großen Anzahl von Empfängerelementen, welche elektrische Signale erzeugen, die von der Heiligkeit der empfangenen Lichtstrahlen abhängen. Da die Elemente in einer Fläche angeordnet sind, wird das Bild des Werkstückes in einzelne Bildpunkte zerlegt. Mittels des Bildverarbeitungsprogramms können sodann in einem Rechner Punkte mit bestimmten Helligkeitswerten definiert und festgestellt werden, ob und in welcher Form derartige Punkte bzw. Ansammlungen derartiger Punkte vorhanden sind und/oder welchen Abstand derartige Punkte voneinander oder von anderen Bildpunkten oder Ansammlungen von Bildpunkten haben.

Auf diese Weise kann die Form eines Werkstückes bestimmt und vermaßt werden. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass das Werkstück jeweils in einer bestimmten Position und Lage dem Bildverarbeitungssystem vorgelegt wird. Die erforderlichen Positions- und/oder Lageänderungen des Werkstückes müssen dabei von Hand durchgeführt werden, wobei zur Erzielung genauer Messungen auch eine genaue Einjustierung von Position und Lage des Werkstückes erforderlich ist.

Dieses Ausrichten und Einjustieren des Werkstückes ist so zeitaufwendig, dass die Messvorrichtung zur Qualitätskontrolle nur begrenzt, d. h, außerhalb des normalen Produktionsganges und insbesondere stichprobenweise einsetzbar ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Messvorrichtung so auszugestalten, dass die hohe Arbeitsgeschwindigkeit handelsüblicher Bildverarbeitungssysteme zu einer lückenlosen Qualitätskontrolle mechanischer Teile mit Überwachung einer Vielzahl von Messparametern genutzt werden kann.

Dadurch wird es z. B. möglich, bei Präzisionsteilen, z. B. elektrischen Kontakten, die äußeren Abmaße, das Vorhandensein von Löchern, den Durchmesser und die Lage von Löchern und die dreidimensionalen Abmessungen lückenlos zu registrieren und Fehlteile lückenlos auszusondern.

Während es bisher üblich war, das Werkstück in eine Halteeinrichtung z. B. einzuklemmen, ist nach der Erfindung die Hebeeinrichtung der Kopf eines Handhabungsgerätes (Roboter), welches es erlaubt, den Kopf mit mehreren Freiheitsgraden zu bewegen. Der Kopf ist z. B. in :··.:·· .··..·..·. ."..". .":.":·": : : ·:

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vertikaler Richtung, in horizontaler Richtung, mit horizontaler oder vertikaler Neigung und durch Drehung um seine Achse beweglich. Mit dieser bevorzugten Ausführung mit fünf Freiheitsgraden, wird es möglich, eine große Zahl von Messparametern des Werkstückes zu erfassen. Da das Handhabungsgerät zur Erzeugung der möglichen Bewegungen des Kopfes mit Antrieben ausgestattet ist, welche nach einem Computerprogramm steuerbar sind, können die Bewegungen des Werkstückes sehr schnell hintereinander durchgeführt und die jeweils gewünschten Positionen und Lagen sehr schnell und genau angefahren werden.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt aber darin, dass eine Koordinierung der den Roboter steuernden Positionsprogramme mit den das Bildverarbeitungssystem steuernden Bildverarbeitungsprogrammen durch das übergeordnete Messprogramm erfolgt. In dem Messprogramm wird festgelegt und gespeichert, welche Messungen an einem bestimmten Werkstück durchgeführt werden sollen, welche Positionen und Lagen für die jeweilige Messaufgabe von dem Werkstück angefahren werden müssen und welche der in dem Bildverarbeitungsprogramm definierten Messaufgaben durchzuführen ist.

Dieses übergeordnete Messprogramm wird vorzugsweise in dem Bildverarbeitungsrechner niedergelegt. Der Bildverarbeitungsrechner ist sodann mit dem Rechner des Roboters verbunden und ruft in Abhängigkeit von der vorgegebenen Messaufgabe über das Messprogramm zum einen das Positionsprogramm und zum anderen das Bildverarbeitungsprogramm auf.

Das Bildverarbeitungssystem benutzt vorzugsweise Lichtsender im Bereich des sichtbaren Lichtes. Es kann sich z. B. um Laser- oder Infrarotsender handeln. Sofern eine Fokussierung der Lichtstrahlen erfolgt, wird die mittels des Positionsprogramms angefahrene Position und Lage des Werkstückes auch dem Bildverarbeitungsprogramm zur lageabhängigen Korrektur der Messwerte vorgegeben. Bevorzugt ist allerdings, dass der Lichtsender ein Feld paralleler Strahlen erzeugt. Diese Strahlen sollten möglichst gleiche Intensität haben, damit gewährleistet werden kann, dass sich Punkte gleicher Helligkeit auch entsprechen. Es ist jedoch auch möglich, durch eine entsprechende Programmierung im Bildverarbeitungsprogramm bestimmte Grenzen der Grauabstufungen vorzusehen und die Bildpunkte entsprechend ihrer Lage im Graubereich als entweder eindeutig schwarz oder eindeutig weiß zu bewerten.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.

In der Figur Ist ein Bildverarbeitungssystem 1 dargestellt. Dieses System besteht aus einem Lichtsender, welcher parallele Strahlen 6 aussendet. Im Strahlungsbereich ist der Lichtempfänger 3 angeordnet. Der Lichtempfänger 3 weist eine fotoempfindliche Fläche, bestehend

aus einer Vielzahl einzelner lichtempfindlicher Dioden dar. Die Ausgangssignale dieser Dioden werden einem Computer, PC 4 zugeführt. In diesem PC 4 ist ein Bildverarbeitungsprogramm gespeichert. Durch das Bildverarbeitungsprogramm werden die Ausgangssignale der elektrischen Elemente des Lichtempfängers 3 in einzelne Bildpunkte umgesetzt, die z. B. an einem Bildschirm sichtbar gemacht werden können. Durch das Bildverarbeitungsprogramm können ferner solche Punkte, die im Graubereich liegen, eindeutig dem Wert schwarz oder weiß zugeordnet werden. Dadurch entsteht ein eindeutiges Bild des Werkstükkes 7. Der Computer 4 weist eine hier nicht dargestellte Eingabeeinrichtung auf, z. B. Tastatur. Über die Tastatur kann die Art der Auswertung des erzeugten Bildes bzw, der Punkte vorgegeben werden. Es kann z. B. eingegeben werden, dass Punkte im Grenzbereich zwischen schwarzen Punkten und weißen Punkten, welche auf einer geraden Linie liegen, als Bezugslinie gelten und dass der kürzeste, d. h. senkrechte Abstand der nächstgelegenen weißen Bildpunkte von dieser Bezugslinie festgestellt werden soll. Ebenso kann einprogrammiert werden, dass die Anhäufung weißer Punkte ermittelt wird. Eine solche Anhäufung weißer Punkte in einem Feld schwarzer Punkte stellt ein Loch dar, dessen Durchmesser und/oder Lage ermittelt werden kann.

Das Werkstück 7 wird von einer Halteeinrichtung &dgr; festgehalten. Dabei handelt es sich um zwei translatorisch, z. B. mittels Gewindespindel 9 bewegbaren Backen, zwischen denen das Werkstück 7 eingeklemmt werden kann. Durch Motor 10 kann die Gewindespindel im Sinne des Spannens oder Entspannens angetrieben werden. Die Halteeinrichtung 8 ist Bestandteil eines Kopfes 11. Dieser Kopf 11 ist in dem Endarm 12 eines Handhabungsgerätes 13 drehbar (Pfeil 14) gelagert. Der Endarm 12 ist in Gelenk 15 des Zwischenarmes 16 und der Zwischenarm 16 in dem Gelenk 17 des Sasisarmes 18 schwenkbar gelagert. Der Basisarm 18 wiederum ist in einem Schwenkgelenk 19 im Ständer 20 gelagert. Der Ständer 20 ist in der Basis 21 wiederum drehbar (Pfeil 22) gelagert.

Zur Drehung bzw. Schwenkung der Arme und des Ständers dienen -hier nicht im einzelnen dargestellte-Antriebe, vorzugsweise Elektromotoren, Pneumatikzylinder oder dergleichen. Diese Antriebe werden durch den Positionierungsrechner 23 aufgerufen. Der Positionierungsrechner enthält ein Positionierungsprogramm 24. Durch dieses Positionierungsprogramm können die von dem Werkstück bzw. der Halteeinrichtung anfahrbaren unterschiedlichen Positionen und Lagen des Werkstücks und die hierfür erforderlichen Schwenk- und Drehbewegungen hinsichtlich Art und Größe/Dauer gespeichert werden.

In dem Bildverarbeitungsrechner 4 ist ferner ein Programm 25 gespeichert, das im Rahmen dieser Erfindung als Messprogramm bezeichnet ist. Dieses Programm 25 dient der Koordinierung des Bildverarbeitungsprogramms 5 und des Positionierungsprogramms 24. Während

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durch das Bildverarbeitungsprogramm 5 die unterschiedlichen Messaufgaben eingespeichert und durch das Positionierprogramm 24 die unterschiedlichen Positionen und Lagen des Werkstückes gespeichert sind, werden durch das Programm 25 und die Eingabeeinrichtung des Rechners 4 unterschiedliche Messaufgaben bzw. die Sequenz unterschiedlicher Messaufgaben als Programmschritte eines Messauftrages eingespeichert und jedem dieser Programmschritte eine zuvor definierte, in dem Positionierungsprogramm abgelegte Position und Lage des Messstücks, Werkstücks gespeichert.

Durch diese Automatisierung der einem Werkstück zugeordneten Einzelmessungen, die neben der Positionierung und Lagegebung des Werkstückes auch das Aufgreifen des Werkstückes z. B. aus einer Werkzeugmaschine oder einem Behälter erfasst, wird es möglich, auch in einer Massenfertigung eine lückenlose Qualitätskontrolle jedes Werkstückes durch Erfassen einer Vielzahl von Messparametern in Sekundenschnelle durchzuführen und auf diese Weise zu gewährleisten, dass eventueller Ausschuss sofort ausgeschieden wird. Auf diese Weise können z. B. elektrische oder elektronische Kontakte ohne nachträgliche Sichtkontrolle aus der Fertigung sofort der Verpackung zugeführt werden.

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Bezugszeichen

1. Bild Verarbeitungssystem

2. Lichtsender

3. Lichtempfänger

4. Computer, PC

5. Bildverarbeitungsprogramm

6. Strahlen 6

7. Werkstückes

3. Haiteeinrichtung &dgr; bewegbaren Backen

9. Gewindespindel 9

10. Motor 10 11.Kopfes11

12. Endarm 12

13. Handhabungsgerätes

14. Pfeil 14

15. Gelenk 15

16. Zwischenarmes

17. Gelenk 17

18. Basisarmes

19. Schwenkgelenk

20. Ständer 20

21. Basis 21

22. Pfeil 22

23. Positionierungsrechner

24. Positionierungsprogramm

25. Programm 25 Messprogramm

Claims

1. Meßvorrichtung zum Vermessen eines Werkstücks hinsichtlich mehrerer Meßparameter, bestehend aus

- einem Bildverarbeitungssystem mit Lichtsender und einem flächigen Lichtempfänger, durch welchen die auf die Fläche des Lichtempfängers auftreffenden Lichtstrahlen des Lichtsenders in einzelne Bildpunkte zerlegt werden

- einer Halteeinrichtung zum Halten und zum Positionieren des Werkstücks zwischen dem Lichtsender und dem Lichtempfänger,

- einem programmierbaren Bildverarbeitungsprogramm, in welchem bestimmte Meßaufgaben mit den durchzuführenden Längenmessungen und den Bildpunkten, welche die zu messenden Längen charakterisieren, niedergelegt und über einen mit dem Lichtempfänger verbundenen Rechner aufrufbar sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Halteeinrichtung zum Halten und zum Positionieren des Werkstücks der Kopf eines Handhabungsgerät mit Antrieben ist, durch welche die Halteeinrichtung mit mehreren Freiheitsgraden beweglich ist,

- daß die Antriebe über ein Positionsprogramm steuerbar sind, in welchem Positionierungsaufgaben mit den zugehörigen Positionen und Lagen der Halteeinrichtung und des darin eingespannten Werkstücks gespeichert und festgelegt sind,

- und daß über eine Eingabeeinrichtung und einen Rechner sowie ein darin gespeichertes Meßprogramm das Bildverarbeitungsprogramm und das Positionsprogramm miteinander derart verbunden sind, daß mittels der Eingabeeinrichtung aus dem Bildverarbeitungsprogramm eine der darin niedergelegten Meßaufgaben und aus dem Positionsprogramm die zugehörige Positionierungsaufgabe aufgerufen und durchgeführt wird.

2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß dem Handhabungsgerät und dem Bildverarbeitungssystem jeweils ein Rechner (Positionierungsrechner und Bildverarbeitungsrechner) zugeordnet ist, und daß vorzugsweise das Meßprogramm in dem Bildverarbeitungsrechner gespeichert ist.

3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Handhabungsgerät mit Antrieben und Gelenken derart ausgerüstet ist, daß es eine Positionierung und Lagebestimmung des Werkstücks mit 5 Freiheitsgraden gestattet.

4. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender ein Feld paralleler Strahlen, vorzugsweise paralleler Strahlen gleicher Intensität erzeugt.