DE4304991C1 - Vorrichtung zur Vermessung der Lage und Orientierung von großflächigen Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vermessung der Lage und Orientierung von großflächigen Werkstücken zuein­ ander, insbesondere von in einer Ebene oder winklig zuein­ ander zu verbindenden Stahlplatten im Schiffsbau.

Beispielsweise im Schiffsbau ist es üblich, großflächige Stahlplatten zu verwenden, die in geeigneter Weise mitein­ ander verbunden und aneinander befestigt werden müssen. Da­ bei werden derzeit gewalzte Profile mit mehreren Millime­ tern Toleranz eingesetzt. Zur Positionierung der Bauteile wird eine manuelle Vermessung durchgeführt, z. B. mit Hilfe von Stahlband und/oder Streichmaß. Eine solche Vermessung in der Fertigung ist sehr zeitaufwendig und mit großen To­ leranzen behaftet, was entsprechend nachteilig ist.

Zukünftig werden zur Rationalisierung Bauteile mit geringen Toleranzen im 1/10 mm-Bereich benutzt, deren Sollmaße durch Positioniermarken definiert sind. Maßfehler und logistische Merkmale werden mittels eines aufgebrachten Bar- oder Dot- Codes jeder Kante zugeordnet.

Aus der DE 33 42 403 A1 und der DE 25 31 682 A1 sind je­ weils optische Meßanordnungen bekannt, die zur Erfassung der Lage von Gegenständen bzw. zur Erfassung vereinzelter Werkstücke ausgebildet sind. Diese Meßanordnungen eignen sich jedoch nicht zur Vermessung der Lage von großflächigen Werkstücken zueinander.

Darüber hinaus sind aus DE 39 15 587 C1 und DE 37 19 766 C2 optische Anordnungen zur Erfassung und Erkennung von Meß­ marken bekannt, die zur Bestimmung der Lage von Farbauszü­ gen zueinander auf Druckbögen ausgelegt sind, wobei die in der DE 39 15 587 C1 beschriebene Vorrichtung als aufsetzba­ res Handmeßgerät ausgebildet sein kann. Auch diese opti­ schen Anordnungen sind jedoch nicht zur Lagevermessung von großflächigen Werkstücken geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, die sowohl die Vermessung der Maßtoleranzen einzelner derarti­ ger großflächiger Werkstücke als auch die Bestimmung der Lage von mehreren derartigen Werkstücken zueinander und die Erfassung des aufgebrachten Codes durch einfaches manuelles Aufsetzen der Vorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung der eingangs be­ zeichneten Art gelöst durch ein Gehäuse mit mehreren Anle­ geflächen, die etwa parallel zu vorgegebenen, aneinander­ stoßenden Ebenen der zu verbindenden Werkstücke, die in ei­ ner Ebene oder winklig angeordnet sein können, ausgerichtet sind, wobei innerhalb des Gehäuses wenigstens eine Kamera zur Vermessung von auf den benachbarten Werkstückflächen randseitig angeordneten Meßmarken angeordnet ist, deren Strahlengang über innerhalb des Gehäuses angeordnete opti­ sche Abbildungseinrichtungen derart ausgerichtet ist, daß dieser durch eine Austrittsfläche des Gehäuses den Flächen­ bereich der Meßmarken abdeckt.

Mit der Erfindung wird ein Handgerät zur Verfügung ge­ stellt, das zum einen die Vermessung der Maßtoleranzen ein­ zelner Bauteile, zum anderen auch die Bestimmung der Lage von bis zu drei Bauteilen zueinander ermöglicht. Darüber hinaus ist es möglich, in Abhängigkeit von der Ausgestal­ tung der Meßmarken an den Bauteilen die aufgebrachten Codes durch einfaches manuelles Aufsetzen der Vorrichtung zu er­ fassen. Das Handgerät kann dabei auf einfache Weise auf­ grund der Ausbildung des Gehäuses mit entsprechenden Anle­ geflächen in den Verbindungsbereich zweier Bauteile ge­ bracht und entsprechend angelegt werden, wobei dann von der Kamera über die entsprechenden optischen Abbildungseinrich­ tungen die Position der Meßmarken ermittelt und entspre­ chend ausgegeben wird, so daß dann eine exakte Positionie­ rung der Bauteile zueinander möglich ist. Durch Aufsetzen auf ein Bauteil mit einer Anlegefläche wird dabei eine Be­ zugsebene definiert. Dabei können Bauteile, die in einer Ebene liegen oder annähernd senkrecht aufeinanderstehen, mit derselben Vorrichtung ohne optische oder mechanische Veränderungen an der Vorrichtung exakt vermessen werden. Ebenso können Maßtoleranzen einer Platte durch Lagebestim­ mung einer Marke bezüglich der dazugehörigen Kante ermit­ telt werden.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die optischen Abbildungseinrichtungen einen prismatischen Körper mit Spiegelflächen aufweisen, der zen­ tral im Strahlengang der Kamera und zentral zwischen zwei symmetrisch zueinander angeordneten Spiegeln angeordnet ist, derart, daß der Strahlengang der Kamera durch den prismatischen Körper geteilt und durch die Spiegel jeweils teilweise so abgelenkt wird, daß sich die optischen Achsen der beiden Teilstrahlengänge außerhalb der Austrittsfläche des Gehäuses kreuzen. Mit dieser besonders bevorzugten Aus­ gestaltung ist es möglich, nur eine Kamera einzusetzen und gleichwohl aufgrund der Ausgestaltung der Abbildungsein­ richtungen Bauteile exakt vermessen zu können, die in einer Ebene liegen oder auch annähernd senkrecht aufeinanderste­ hen, wobei die ebene oder senkrechte Stellung anhand der Orientierung der Marken zueinander automatisch erkannt wird.

Zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, daß die Anle­ geflächen mit Aufsetzmarkierungen und/oder Peilkanten ver­ sehen sind, wodurch das exakte Aufsetzen der Vorrichtung auf die Bauteile unterstützt wird.

Weiterhin ist vorgesehen, daß die Kamera mit einer geeigne­ ten elektronischen Datenverarbeitung verbunden ist. Dabei ist diese Datenverarbeitung bevorzugt mit einer Software ausgestattet, die durch Ermittlung der perspektivischen Verzeichnung das Lesen eines gleichzeitig, beispielsweise zur Kennzeichnung aufgebrachten Codes (z. B. Dot- oder Bar- Code) aus nicht konstantem Abstand und unter nicht konstan­ ten Winkeln ermöglicht.

Besonders bevorzugt ist die Kamera als CCD-Kamera ausgebil­ det. Selbstverständlich sind natürlich auch andere geeigne­ te Kameras einsetzbar.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung bei­ spielsweise näher erläutert. Diese zeigt in jeweils stark vereinfachter Darstellung in

Fig. 1 in einem Schnitt eine erfindungsgemäße Vorrichtung und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Fig. 1.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Vermessung der Lage und Orientierung von großflächigen Werkstücken zueinander ist in der Zeichnung allgemein mit 1 bezeichnet. Diese Vorrichtung weist zunächst ein Gehäuse 2 auf, das mit Anlegeflächen 3, 4, 4a und 5 versehen ist, wobei die Anlegeflächen 4, 4a dazu dienen, die Vorrichtung auf eine ebene Fläche aufzusetzen, d. h. in den Verbindungsbereich zweier in einer Ebene rand­ seitig miteinander zu verbindender Werkstücke 6 bzw. 7. Die beiden Anlegeflächen 3 und 5 sind im Winkel zueinander ange­ ordnet, im speziellen Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 im rechten Winkel zueinander, derart, daß sie in den Eckver­ bindungsbereich zwischen zwei Werkstücken eingesetzt werden können, die zueinander senkrecht anzuordnen sind.

Innerhalb des Gehäuses 1 ist eine CCD-Kamera 8 angeordnet, deren Strahlengang mit 9 angedeutet ist. Im Abstand von der Kamera 8 ist zentral in deren Strahlengang 9 ein prismati­ scher Körper 10 im Gehäuse 2 angeordnet, dessen Prismenflä­ chen 11 als Spiegel ausgebildet sind. Dies führt entspre­ chend zu einer Aufteilung des Strahlenganges 9 der Kamera 8 in zwei gleichgroße Teilstrahlengänge 12 und 13, deren Randstrahlen in der Zeichnung angedeutet sind.

Der prismatische Körper 10 ist zentral zwischen zwei symme­ trisch zueinander angeordneten Spiegeln 14, 15 angeordnet, die so ausgerichtet sind, daß Teilstrahlengänge 12′, 13′ derart reflektiert werden, daß diese aus z. B. durch planpa­ rallele Platten 18 gebildete transparente Austrittsflächen aus dem Gehäuse 2 austreten. Dabei ist die Anordnung der optischen Abbildungseinrichtungen 10, 14 und 15 so getrof­ fen, daß sich die optischen Achsen der zwei Teilstrahlen­ gänge 12′, 13′ zwischen einer Objektebene E1 und einer Ob­ jektebene E2 kreuzen. Dabei stellt die Objektebene E1 die­ jenige Ebene dar, in der ebene Bauteile 6 und 7 miteinander zu verbinden sind, während die Objektebene E2 diejenige Ebene darstellt, in der senkrecht stehende Bauteile mitein­ ander verbunden sind.

Die Bauteile bzw. Werkstücke 6 und 7 sind randseitig mit Meßmarken 17 versehen, die beispielsweise als Dreiecke aus­ gebildet sein können. Diese Meßmarken können zusätzlich mit einem auf gebrachten Code zur Kennzeichnung versehen sein, z. B. mit einem Dot- oder Bar-Code. Diese Codes können bei­ spielsweise die Sollmaße des betreffenden Bauteiles enthal­ ten oder sonstige zusätzliche Identifikationsmerkmale.

Wird, wie aus Fig. 1 hervorgeht, die Vorrichtung 1 auf den Verbindungsbereich zwischen zwei in einer Ebene zu verbin­ denden Bauteile 6 und 7 aufgesetzt, so erfassen die Teil­ strahlengänge 12′ und 13′ vollständig den Bereich der bei­ den Meßmarken 17 der Werkstücke 6 und 7. Die Positionierung dieser Meßmarken zueinander wird dann entsprechend über die Abbildungseinrichtungen 14, 15 und 10 von der Kamera 8 er­ faßt und anschließend in einer mit einer geeigneten Soft­ ware ausgerüsteten Einrichtung ausgewertet, d. h. es wird festgestellt, ob sich die beiden Marken bereits in exakter Ausrichtung zueinander befinden oder ob noch eine Abwei­ chung gegeben ist. Ist dies der Fall, so wird eine entspre­ chende Information ausgegeben, worauf dann die Bauteile nachjustiert bzw. entsprechend positioniert werden können. Anschließend kann dann eine neue Vermessung durchgeführt werden.

Aufgrund der Ausbildung und Anordnung der optischen Abbil­ dungseinrichtungen 14, 15 und 10 ist es erkennbar auch mög­ lich, zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Bauteile zu vermessen, wobei von diesen Bauteilen nur die jeweiligen, mit 17′ bezeichneten Meßmarken dargestellt sind. Durch ge­ eignete Software ist es dann möglich, aufgrund der Posi­ tionsaufnahme der betreffenden Meßmarken 17′ deren Winkel­ ausrichtung und Positionierung festzustellen und aus auszuge­ ben, worauf dann eine entsprechende Korrektur durchgeführt werden kann.

Im Verbindungsbereich der beiden Anlegeflächen 4, 4a kann ei­ ne Aufsetzmarkierung 16 vorgesehen sein, die das Aufsetzen der Vorrichtung 1 auf die Bauteile 17 erleichtert (Fig. 1). Ferner können auch Peilkanten 20, 20a vorgesehen sein (Fig. 2).

Wird durch drei zueinander annähernd senkrecht angeordnete Platten eine Ecke gebildet, kann durch Anlegen der Peilkan­ te 20 an eine der drei Platten (Bauteile) die Lage der bei­ den anderen anhand deren Meßmarken festgestellt und ausge­ geben werden, worauf dann eine entsprechende Korrektur durchgeführt werden kann.

Im Strahlengang 12′ bzw. 13′ kann vor dem Spiegel 14 bzw. 15 als Gehäuseabschluß jeweils auch noch die erwähnte plan­ parallele Platte 18 angeordnet sein (Fig. 1). Darüber hin­ aus kann im Gehäuse auch noch eine Beleuchtung 19 vorgese­ hen sein.

Natürlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind möglich, ohne den Grundgedanken zu ver­ lassen. So können selbstverständlich die optischen Abbil­ dungseinrichtungen 14, 15 und 10 anders ausgebildet sein, sofern entsprechende Strahlengänge verwirklicht werden kön­ nen. Es kann auch vorgesehen sein, daß anstelle einer Kame­ ra 8, deren Strahlengang dann entsprechend aufgeteilt wird, zwei Kameras eingesetzt werden, wobei dann eine entspre­ chend geeignete Software zur Verknüpfung in der zugeordne­ ten elektronischen Datenverarbeitung erforderlich ist und dgl. mehr.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Vermessung der Lage und Orientierung von großflächigen Werkstücken zueinander, insbesondere von in einer Ebene oder winklig zueinander zu verbindenden Stahl­ platten im Schiffsbau, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (2) mit mehreren Anlegeflächen (3, 4, 5), die et­ wa parallel zu vorgegebenen, aneinanderstoßenden Ebenen der zu verbindenden Werkstücke, die in einer Ebene oder winklig angeordnet sein können, ausgerichtet sind, wobei innerhalb des Gehäuses (2) wenigstens eine Kamera (8) zur Vermessung von auf den benachbarten Werkstückflächen (6, 7) randseitig angeordneten Meßmarken (17, 17′) angeordnet ist, deren Strahlengang über innerhalb des Gehäuses (2) angeordnete optische Abbildungseinrichtungen (10, 14, 15) derart ausge­ richtet ist, daß dieser durch eine Austrittsfläche (16) des Gehäuses (2) den Flächenbereich der Meßmarken (17, 17′) ab­ deckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Abbildungseinrichtungen einen prismati­ schen Körper (10) mit Spiegelflächen (11) aufweisen, der zentral im Strahlengang (9) der Kamera (8) und zentral zwi­ schen zwei symmetrisch zueinander angeordneten Spiegeln (14, 15) angeordnet ist, derart, daß der Strahlengang (9) der Kamera (8) durch den prismatischen Körper (10) geteilt und durch die Spiegel (14, 15) jeweils teilweise so abge­ lenkt wird, daß sich die optischen Achsen der beiden Teil­ strahlengänge (12′, 13′) außerhalb der Austrittsfläche (16) des Gehäuses (2) kreuzen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlegeflächen (3, 4, 4a, 5) mit Aufsetzmarkierungen (16) und/oder Peilkanten (20, 20a) versehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (8) mit einer geeigneten elektronischen Da­ tenverarbeitung verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Kamera (8) als CCD-Kamera ausgebildet ist.