DE29808194U1

DE29808194U1 - Vorrichtung zur berührungslosen Dimensionsvermessung von Gegenständen

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Publication number: DE29808194U1
Application number: DE29808194U
Authority: DE
Original assignee: HECHT ELECTRONIC AG
Current assignee: HECHT ELECTRONIC AG
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1998-07-16
Anticipated expiration: 2008-05-07

Description

HECH-O4gDE
•06. Mai 1998

BESCHREIBUNG

Vorrichtung zur berührungs losen Dimensions vermessung von

Gegenständen 05

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungs losen Dimensionsvermessung von Gegenständen, insbesondere von Spitzenenden bei Beton- und Stahlbetonrohren.

STAND DER TECHNIK

Im Abwassersystem werden häufig Betonrohre eingesetzt, die als Fertigbetonrohre ausgebildet sind und vor Ort verlegt werden. Dabei wird der eine Endbereich eines Rohres in den anderen Endbereich des benachbarten Rohres unter Einsatz von Dichtungsmitteln eingesteckt. Dies erfordert, daß der Außendurchmesser des einzusteckenden Endbereichs relativ genau hergestellt werden muß, da auf der Baustelle keine Korrekturen des Außendurchmessers vorgenommen werden können. Man ist bestrebt, bereits im Herstellwerk im Rahmen der Produktionslinie derartige sogenannte Spitzenenden von Betonrohren genau zu vermessen. Dies wird seither von Hand durchgeführt und ist daher sehr aufwendig, was einer wirtschaftlichen Herstellung von qualitätsgarantierten Betonrohren entgegensteht.

0 Es ist weiterhin bekannt, das Lichtschrankenprinzip einzusetzen, um bestimmte technische Meß- und Auswertungsvorgänge auszulösen bzw. abzuschließen.

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06. Mai 1998

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Von dem genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe bzw. das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung zur berührungslosen Vermessung von Gegenständen, insbesondere von Spitzenenden bei Beton- und Stahlbetonrohren, anzugeben, die einen einfachen und robusten Aufbau besitzt und somit auch innerhalb einer Produktionslinie eines Fertigungsunternehmens mit rauhem Betrieb problemlos eingesetzt werden kann, die eine automatische Messung und Auswertung ermöglicht und die eine Umsetzung einer hohen Meßgenauigkeit gewährleistet. Dabei soll die Vorrichtung einfach und kostengünstig zu bauen sein und auch für die besonders rauhen Einsatzbedingungen, beispielsweise innerhalb eines Betonwerkes, geeignet sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen 0 Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet mit folgenden Merkmalen, die in Kombination miteinander zusammenwirken: mit einem Tragrahmengestell, einer über eine Drehachse drehbar an dem Tragrahmengestell angelenkten linearen Meßachseneinheit, einer auf der Meßachseneinheit verschieblich angeordneten Schlitteneinheit, einem quer zur Meßachseneinheit angeordneten, an der Schlitteneinheit befestigten Meßquerarm , einem jeweils am Ende des Meßquerarms angeordneten vorspringenden ersten bzw. zweiten Ausleger, wobei am ersten Ausleger ein Sendemodul und am zweiten Ausleger ein Empfangsmodul oder umgekehrt angeordnet ist und ein Gegenstand zum Vermessen zwischen Sende- und Empfangsmodul bringbar ist, einer Steuereinrichtung, die

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über Antriebsaggregate die Verschiebung des Schlittens des Meßquerarms und die jeweils vorgebbare Drehung der Meßachseneinheit steuert, und einer Auswerteinheit, die die Y-Positionen des Meßquerarms während des Meßvorgangs bei jeweils fester Drehstellung der Meßachseneinheit anhand des Vorhanden- bzw. NichtVorhandenseins eines Signals an dem Empfangsmodul auswertet und das zu der jeweiligen Drehstellung der Meßachseneinheit gehörende Maß des zu vermessenden Gegenstandes berechnet und weiterbearbeitet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, daß die Drehachse mittig an der Meßachseneinheit angeschlossen ist.

Eine hinsichtlich des konstruktiven Aufbaus und kompakter Bauweise besonders vorteilhafte Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß der Meßquer arm rechtwinklig an der Meßachseneinheit angeordnet ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist das Tragrahmengestell über einen Schlitten linear verschieblich an einer Führungsachseneinheit angeordnet, so daß die Ausleger des Meßquerarms jeweils problemlos in den Bereich des zu messenden Gegenstands verbracht werden können.

Die Vorrichtung mit dem Sendemodul und dem Empfangsmodul arbeitet bevorzugt als hochgenaue Laser-Lichtschranke. Dadurch ist auch eine hohe Exaktheit bei dunklen Materialien oder spiegelnden Flächen vorhanden. Eine derartige Sensorik hat keine Temperaturdrift und ist weitestgehend unempfindlich gegen Verschmutzung. Es läßt sich eine besonders hohe Maßauflösung erzielen und die maximale Meßfehlergröße deutlich reduzieren.

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Besonders vorteilhaft ist es, daß die Steuereinrichtung über ein Antriebsaggregat auch die X-Position des Tragrahmengestells steuert, wobei es weiterhin vorteilhaft ist, die Steuer- und Auswerteinrichtung programmierbar auszubilden, so daß beliebige Winkelpositionen, in denen gemessen wird, eingegeben werden können und insgesamt die Anlage den jeweiligen vorgegebenen Bedingungen anpaßbar ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann problemlos eine produktbegleitende Messung von beispielsweise Beton- und Stahlbetonrohren durchgeführt werden. Diese Maschine wird hierbei in die Produktionslinie integriert und erlaubt eine äußerst präzise und genaue Vermessung des Spitzenendes von Rohren. Durch den Einsatz dieser Vorrichtung ist eine komplette Messung und Dokumentation der Produktion gewährleistet, was insbesondere hinsichtlich auf die hohen Anforderungen an die Qualitätssicherung von großer Wichtigkeit ist.

Die Vorrichtung mißt vollautomatisch die jeweiligen Außenabmessungen in der jeweils vorgebbaren Winkelstellung der Meßachseneinheit. Bevorzugt wird die Messung unter drei verschiedenen Winkeln durchgeführt und mit dem jeweiligen Sollwert verglichen. Durch die Messung von drei Maßen kann eine Ovalitat an Rohren sicher erkannt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Messung in beliebig vielen Positionen der Meßachseneinheit durchzuführen.

Ein besonders großer Vorteil ergibt sich aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch die Einfachheit der

Vorgehensweise bei der Maßabnahme. Zur Vermessung muß das Rohr nur ungefähr im Bereich der Vorrichtung positioniert werden. Eine Zentrierung der Maschine zum Rohr ist nicht erforderlich, was den gesamten Meßvorgang erheblich 35

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vereinfacht. Die Maßabnahme erfolgt berührungslos und verschleißfrei. Dabei können relativ kurze Zeiten für die Dauer der Vermessung umgesetzt werden.

Weitere Aus führungs formen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkmale sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbeispiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung sowie vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur berührungslosen Vermessung von Gegenständen eines Rohres mit Steuer- und Auswerteinrichtung und 25

Fig. 2 schematische Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 1 in Pfeilrichtung I.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Die in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Vorrichtung 10 zum berührungslosen Vermessen von Gegenständen, insbesondere Spitzenenden von Rohren 11, besitzt ein Tragrahmengestell 12, das über einen unterseitig

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angeordneten Schlitten 14 auf einer Führungseinheit 16 lineargeführt ist - in Fig. 1 mit X-Achse bezeichnet.

Sowohl in Längsrichtung und in Querrichtung ist das Tragrahmengestell 12 aus Profilen aufgebaut, die dreieckförmig angeordnet sind, so daß eine hohe Steifigkeit des gesamten Tragrahmengestells 12 erzielt wird. Im oberen Endbereich des Tragrahmengestells 12 ist konstruktiv eine Drehachse 18 umgesetzt, wobei die Drehachse 18 im wesentlichen parallel zur X-Achse der Führungseinheit 16 vorhanden ist. An diese Drehachse 18 ist mittig eine geradlinige Meßachseneinheit 20 angeschlossen, die dadurch in Pfeilrichtung D drehbar ist. Das Tragrahmengestell 12 kann auch einen geometrischen Aufbau mit hoher Steifigkeit besitzen.

Bei der Meßachseneinheit 2 0 handelt es sich um eine Linearachse, auf der ein über eine Schlitteneinheit 3 0 linearverschieblicher Meßquerarm 22 rechtwinklig zur Achse der Meßachseneinheit 20 montiert ist. Die Verschieberichtung des Meßquerarms 22 entlang der Achse der Meßachseneinheit 2 0 ist in Fig. 1 mit dem Pfeil Y gekennzeichnet.

An beiden Enden des Meßquerarms 22 ist jeweils ein erster Ausleger 24 bzw. zweiter Ausleger 26 im wesentlichen rechtwinklig vorspringend angeschlossen. An den Spitzen des ersten Auslegers 24 ist ein Sendemodul und auf der Spitze des gegenüberliegenden zweiten Auslegers 26 ist entsprechend ein Empfängermodul montiert. Der Meßquerarm 22, die beiden 0 Ausleger 24, 2 6 und das Sende- und Empfängermodul bilden

praktisch eine Gabel-Lichtschranke. Beim Sendemodul wird ein hochfokussierter Laserstrahl verwendet und das Empfängermodul ist als laserempfindliches Fotoelement ausgebildet, dem eine Blende vorgeschaltet ist. 35

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In Fig. 1 ist weiterhin eine Steuer- und Auswerteinheit 40, 50 schematisch dargestellt, die über nicht dargestellte Antriebsaggregate die Bewegung der Vorrichtung in X-Achsenrichtung, Y-Achsenrichtung bzw. Linearbewegungen dieser Achsen bzw. die Drehbewegung D um die Achse 18 steuert. Die Antriebsaggregate sind bevorzugt als elektrische Antriebe ausgebildet, können jedoch auch mit einem anderen Medium angetrieben werden. Die Steuer- und Auswerteinheit 40, 50 ermöglicht einen vollautomatisch programmgesteuerten Ablauf der Vermessung.

Über eine Eingabeeinheit 44 kann die Steuer- und Auswerteinheit 40, 50 mit vorgegebenen Daten programmiert werden. An die Steuer- und Auswerteinheit 40, 50 ist weiterhin eine Speicher- und/oder Anzeigeeinheit 42 angeschlossen, die den jeweiligen Meßvorgang protokolliert. Dabei können für jedes Meßrohr die Meßdaten ausgedruckt werden und/oder über eine Schnittstelle an einen anderen Rechner übertragen werden.

Eine Vermessung läuft nun wie folgt ab. Zunächst wird der auf der Meßachseneinheit 20 linearverschieblich (Y-Achse) angeordnete Schlitten 3 0 auf Objekthöhe positioniert. Nun wird der Schlitten 14 entlang der X-Achse der Führungseinheit 16, der sich zuvor in hinterster Ruhestellung befunden hat, nach vorne in Richtung Objekt vorgefahren, bis der Laserstrahl das Objekt 11 erkennt, das heißt eine Unterbrechung des Laserstrahls zwischen dem Sendemodul und dem Empfangsmodul stattfindet. Dann erfolgt eine vorgegebene definierte Verschiebung nochmals in Richtung der X-Achse, und zwar so weit in das Objekt hinein, wie es benutzerseitig gewünscht wird. Diese Position bestimmt den Querschnitt des Objekts 11, der vermessen werden soll. Anschließend wird der Schlitten 14 in dieser 5 Position festgesetzt. Dann wird der Meßquerarm 22 nach unten

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bewegt (Y-Achse) , und zwar genau so weit, bis das Empfangsmodul meldet, ein Lasersignal zu empfangen. Diese Y-Position wird in der Auswerteinheit 50 gespeichert. Dann fährt der Meßquerarm 22 zum gegenüberliegenden Endbereich des Rohres 11, und zwar wiederum genau so weit, bis wiederum das Empfangsmodul meldet, ein Lasersignal zu empfangen. Auch diese Y-Position des Meßquerarms 22 wird von der Auswerteinheit 50 gespeichert. Aus beiden gespeicherten Y-Positionen läßt sich der Außendurchmesser des Rohres 11 in der dargestellten Position der Meßachseneinheit 2 0 sehr genau erfassen. Im nächsten Schritt wird nunmehr die Meßachseneinheit 20 um die Drehachse 18 um ein vorgegebenes Winkelmaß über die Steuereinheit 40 und ein entsprechendes Antriebsaggregat gedreht und in dieser zweiten Position fixiert. Dann erfolgt wiederum die Feststellung der beiden Y-Werte durch Verfahren des Meßquerarms 22 in der oben genannten Art und Weise. Die dargestellten Messungen können praktisch unter jedem beliebigen Winkel am Objekt durchgeführt werden, so daß sich die Genauigkeit des tatsächlich vorhandenen Durchmessers über den Umfang verteilt beliebig oft feststellen läßt. In der Regel sind bei Rohren zur zuverlässigen Erkennung einer Ovalisierung drei Messungen ausreichend, die in einem jeweils um 120° (Altgrad) verschiedenen Drehwinkel D durchgeführt werden.

Als besonderer Vorteil ist hervorzuheben, daß die Lage des zu vermessenden Objektes innerhalb des Arbeitsbereiches der Maschine (Abstand zwischen dem ersten Ausleger 24 und dem zweiten Ausleger 26) nahezu beliebig ist. Beispielsweise bei runden Rohren muß die Meßachse nicht auf das Rohr zentriert werden. Die Meßgenauigkeit der Vorrichtung ist praktisch ausschließlich von der Meßgenauigkeit der Linearachsen (X, Y) abhängig, welche Genauigkeit durch Verwendung einer ausreichend steifen Konstruktion in sehr hohem Maße 5 umgesetzt werden kann.

Claims

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-1-ANSPRÜCHE

01) Vorrichtung (10) zur berührungs losen Dimensionsvermessung von Gegenständen, insbesondere von Spitzenenden bei Beton- und Stahlbetonrohren (11) mit

- einem Tragrahmengestell (12),

- einer über eine Drehachse (18) drehbar (D) an dem Tragrahmengestell (12) angelenkten linearen Meßachseneinheit (20),

- einer auf der Meßachseneinheit (20) verschieblich (Y) angeordneten Schlitteneinheit (30) ,

- einem quer zur Meßachseneinheit (20) angeordneten, an der Schlitteneinheit (30) befestigten Meßquerarm (22), - einem jeweils am Ende des Meßquerarms (22) angeordneten vorspringenden ersten bzw. zweiten Ausleger (24, 26), wobei am ersten Ausleger (24) ein Sendemodul und am zweiten Ausleger (26) ein Empfangsmodul oder umgekehrt angeordnet ist und ein Gegenstand zum Vermessen zwischen Sende- und Empfangsmodul bringbar ist,

- einer Steuereinrichtung (40), die über Antriebsaggregate die Verschiebung (Y) des Schlittens (30) des Meßquerarms (22) und die jeweils vorgebbare Drehung (D) der Meßachseneinheit (20) steuert, und - einer Auswerteinheit (50), die die Y-Positionen des Meßquerarms (22) während des Meßvorgangs bei jeweils fester Drehstellung der Meßachseneinheit (20) anhand des Vorhanden- bzw. NichtVorhandenseins eines Signals an dem Empfangsmodul auswertet und das zu der jeweiligen Drehstellung der Meßachseneinheit (20) gehörende Maß des zu vermessenden Gegenstandes berechnet und weiterbearbeitet .

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02) Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Speichereinheit und/oder Anzeigeeinheit (42) vorhanden ist, auf der die Auswerteinrichtung (50) die vorhandenen und berechneten Daten speichert und/oder bzw. anzeigt.

03) Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (18) mittig an der Meßachseneinheit (20) angeschlossen ist.

04) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßquerarm (22) rechtwinklig an der Meßachseneinheit (20) angeordnet ist.

05) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Tragrahmengestell über eine Schlitteneinheit (14) linearverschieblich (X) an einer Führungsachseneinheit (16) angeordnet ist.

06) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das Sendemodul als Laserstrahlmodul und das Empfangsmodul 0 als Fotoelement ausgebildet ist.

07) Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung über ein Antriebsaggregat die X-Position des Tragrahmengestells (12) steuert.

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08) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Auswerteinrichtung (40; 50) programmierbar ausgebildet ist.

09) Vorrichtung nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, daß der Laserstrahl des Sendemoduls als hochfokussierter Laserstrahl ausgebildet ist.

10) Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß dem Empfangsmodul eine Blende, insbesondere mit einem Blendendurchmesser von ca. 0, 5 mm (Millimeter) , vorgeschaltet ist.

11) Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß daß das Tragrahmengestell (12) und/oder die Meßachseneinheit (20) und/oder der Meßquerarm (22) als Aluminiumprofil ausgebildet ist.