DE4315161A1

DE4315161A1 - Device for measuring components by means of a feeler (probe)

Info

Publication number: DE4315161A1
Application number: DE19934315161
Authority: DE
Inventors: Gerhard Band; Reinhart Dr Ing Czetto; Claus P Dr Ing Keferstein
Original assignee: Bodenseewerk Geratetechnik GmbH
Current assignee: KEFERSTEIN, CLAUS, DR., 88662 UEBERLINGEN, DE
Priority date: 1993-05-07
Filing date: 1993-05-07
Publication date: 1994-11-10

Abstract

A device for measuring components (16) by means of a feeler (56) consists of the combination of a coordinate measuring machine (12) by means of which a support element (24) can be measurably adjusted in at least one coordinate, and of a calibratable measurement robot (28) which is mounted on the support element (24) which can be adjusted in this way, which robot guides the feeler (56) and is designed as a buckling-arm (folding-arm) robot. <IMAGE>

Description

Technical field

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen von Bauteilen mittels eines Tasters.The invention relates to a device for measuring Components using a button.

Underlying state of the art

Es sind Koordinaten-Meßgeräte bekannt, bei denen ein Trägerglied in drei zueinander senkrechten Koordinatenachsen verstellbar ist. An dem Trägerglied ist ein Taster angebracht. Mittels dieses Tasters werden zu vermessende Bauteile abgetastet, und es werden die Koordinaten der jeweils abgetasteten Punkte gemessen. Das Koordinaten-Meßgerät enthält eine Basis, auf welcher ein Tisch in einer ersten, horizontalen Koordinatenrichtung linear mit hochgenauer Führung verstellbar ist. Die Bewegung des Tisches wird mittels eines z. B. inkrementalen Weggebers genau erfaßt. Ein Ständer ist auf dem Tisch in einer zu der ersten Koordinatenrichtung senkrechten, ebenfalls horizontalen Koordinatenrichtung beweglich geführt. Auch diese Führung ist hochgenau und wird mittels eines Weggebers genau erfaßt. An dem Ständer ist schließlich ein Trägerglied oder eine Pinole in einer dritten, vertikalen Koordinatenrichtung verstellbar. Auch diese Führung ist hochgenau und wird mittels eines Weggebers genau erfaßt. Mit solchen Koordinaten-Meßgeräten können auch recht große Bauteile oder Werkstücke vermessen werden. Die Koordinaten- Meßgeräte können Messungen über einen Bereich von mehreren Metern durchführen. Basis, Tisch und Ständer sind dabei zur Erzielung der erforderlichen Stabilität und Genauigkeit schwere Maschinenteile.Coordinate measuring devices are known in which a Beam member in three mutually perpendicular coordinate axes is adjustable. A button is attached to the support member. This button is used to measure components scanned, and it shows the coordinates of each scanned points measured. The coordinate measuring machine contains a base on which a table in a first, horizontal coordinate direction linear with high accuracy Guidance is adjustable. The movement of the table is by means of a z. B. incremental encoder accurately recorded. A stand is on the table in one to the first coordinate direction vertical, also horizontal coordinate direction flexibly guided. This guidance is also very precise precisely detected by means of a displacement sensor. On the stand is finally a carrier link or a quill in a third, adjustable vertical coordinate direction. This tour too is highly precise and is recorded precisely by means of a position sensor. Such coordinate measuring machines can also be quite large Components or workpieces are measured. The coordinates- Measuring devices can take measurements over a range of several Meters. The base, table and stand are included Achieve the required stability and accuracy heavy machine parts.

Solche Koordinaten-Meßgeräte haben für manche Anwendungen verschiedene Nachteile:Such coordinate measuring machines have for some applications various disadvantages:

Die Meßgeschwindigkeit ist begrenzt. Bei der Einstellung müssen Maschinenteile mit großen Massen beschleunigt und wieder abgebremst werde. Je nach Anwendungsfall müssen mit diesen Maschinenteilen Umwege gefahren werden, um Kollisionen zwischen Werkstück und Taster zu vermeiden.The measuring speed is limited. When hiring machine parts with large masses must be accelerated and slowed down again. Depending on the application, you have to use These machine parts are detoured to avoid collisions between workpiece and probe.

Manche Meßaufgaben können mit den linear beweglichen Maschinenteilen nicht bewältigt werden. Es ist dann erforderlich, einen Rundtisch oder Dreh-, Kipp- oder Schwenkgelenke in das Koordinaten-Meßgerät zu integrieren. Das sind wieder schwere Maschinenteile. Manche Meßaufgaben lassen sich mit den bekannten Koordinaten-Meßgeräten gar nicht lösen.Some measuring tasks can be done with the linearly movable Machine parts can not be mastered. It is then required a rotary table or rotating, tilting or Integrate swivel joints in the coordinate measuring machine. The are heavy machine parts again. Leave some measuring tasks can not be solved with the known coordinate measuring machines.

Beim Einsatz optischer, berührungslos arbeitender Abstands- Sensoren als Taster muß darauf geachtet werden, daß diese Sensoren immer nahezu senkrecht über der zu messenden Oberfläche geführt werden. Beim Messen von Freiformflächen mit solchen Sensoren ist diese Forderung nur schwer oder häufig gar nicht zu erfüllen.When using optical, contactless working distance Sensors as buttons must be ensured that these Sensors always almost vertically above the one to be measured Surface. When measuring free-form surfaces with For such sensors, this requirement is difficult or frequent not to be fulfilled at all.

Es sind andererseits hochpräzise und kalibrierbare Roboter bekannt, die als "Meßroboter" eingesetzt werden können. Solche Roboter weisen mehrere Arme auf, die um Nick- und Rollachsen gegeneinander drehbar gelagert sind. Man nennt diese Bauweise "Knickarmbauweise". Meßroboter unterscheiden sich von üblichen Industrierobotern, die nicht kalibrierbar sind. Die Stellung der verschiedenen Arme werden durch hochgenaue Winkelabgriffe abgegriffen. Aus den Lagewinkeln der verschiedenen Arme kann die Position eines Endeffektors des Roboters, z. B. eines Tastarmes, durch einen Rechner in kartesischen Koordinaten bestimmt werden. Ein Roboter dieser Art kann bis zu sechs Achsen aufweisen. Solche Meßroboter haben nur einen begrenzten Arbeitsbereich. Sie sind zur Vermessung großer Bauteile oder Werkstücke nicht geeignet.On the other hand, they are highly precise and calibratable robots known that can be used as a "measuring robot". Such Robots have several arms that move around pitch and roll axes are rotatably supported against each other. This is called construction "Articulated arm construction". Measuring robots differ from usual Industrial robots that cannot be calibrated. The position of the different arms are made by highly precise angle taps tapped. From the angles of the various arms the position of an end effector of the robot, e.g. B. one Low-touch, through a calculator in Cartesian coordinates be determined. A robot of this type can have up to six Have axes. Such measuring robots have only a limited one Workspace. They are for measuring large components or Workpieces are not suitable.

Disclosure of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Vermessen von Bauteilen mittels eines Tasters zu schaffen, welcheThe invention has for its object a device for To measure components using a button, Which

- allows the measurement of large components or workpieces,
- An increased compared to the prior art Measuring speed allowed,
- is universally applicable and
- It is also possible to reach measuring points that are difficult to touch.

Bei Anwendung von optischen, berührungslos arbeitenden Abstandssensoren als Taster soll es möglich sein, die Abstandssensoren stets im wesentlichen senkrecht über die zu messende Oberfläche zu führen.When using optical, non-contact Distance sensors as buttons should be possible to Distance sensors always essentially perpendicular to the to measure surface.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die Kombination:According to the invention, this object is achieved by Combination:

(a) a coordinate measuring machine through which a Carrier member measurable in at least one coordinate is adjustable and
(b) one held on the support member so adjustable, the Probe of leading, calibratable measuring robot in articulated arm Construction.

Eine solche Vorrichtung gestattet die Vermessung großer Bauteile oder Werkstücke dank des Koordinaten-Meßgerätes. Der Meßroboter gestattet an der jeweiligen Meßstelle eine relativ schnelle Bewegung, da die Arme des Meßroboters eine geringere Masse haben als die schweren Maschinenteile des Koordinaten- Meßgerätes. Aus den sehr genauen Lagekoordinaten, die von dem Koordinaten-Meßgerät geliefert werden, und den ebenfalls sehr genauen Lagekoordinaten des Tasters relativ zu der Basis des Roboters können die Lagekoordinaten des Tasters in einem ausgedehnten Arbeitsbereich mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Der Meßroboter kann auch in das Innere eines Bauteils oder Werkstücks hineingreifen, beispielsweise in das Innere einer Kraftfahrzeug-Karosserie bei der Fertigung von Kraftfahrzeugen. Der Meßroboter kann auch einen optischen Abstandssensor stets im wesentlichen senkrecht zu der zu messenden Oberfläche halten. Die höhere Beweglichkeit des erfindungsgemäßen Systems führt dazu, daß weniger Tasterwechsel erforderlich sind.Such a device allows the measurement of large Components or workpieces thanks to the coordinate measuring machine. Of the Measuring robot allows a relative at the respective measuring point fast movement, because the arms of the measuring robot have a smaller Have mass as the heavy machine parts of the coordinate Measuring device. From the very precise location coordinates, which from the Coordinate measuring device are supplied, and also very exact location coordinates of the button relative to the base of the Robot can position the coordinates of the button in one extensive working area determined with high accuracy become. The measuring robot can also enter the interior of a component or reach into the workpiece, for example inside a motor vehicle body in the manufacture of Motor vehicles. The measuring robot can also be an optical one Distance sensor always substantially perpendicular to the measuring surface. The higher mobility of the system leads to less Button changes are required.

Das Trägerglied kann durch das Koordinaten-Meßgerät in drei zueinander senkrechten Koordinaten linear verstellbar sein. Es ist aber je nach Anwendungsfall möglich, das Trägerglied und damit den Meßroboter durch ein entsprechendes Koordinaten- Meßgerät nur in einer Koordinatenrichtung zu verstellen.The support member can by the coordinate measuring machine in three mutually perpendicular coordinates can be linearly adjustable. It is possible depending on the application, the support member and the measuring robot with a corresponding coordinate The measuring device can only be adjusted in one coordinate direction.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are below Reference to the accompanying drawings explained in more detail.

Brief description of the drawings

Fig. 1 ist ein Grundriß einer Vorrichtung zur Vermessung von Karosserieteilen im Fahrzeugbau. Fig. 1 is a plan view of a device for measuring body parts in vehicle construction.

Fig. 2 ist ein Seitenriß der Vorrichtung von links in Fig. 1 gesehen. Fig. 2 is a side elevation of the device seen from the left in Fig. 1.

Fig. 3 ist ein Seitenriß ähnlich Fig. 2 einer Vorrichtung der vorliegenden Art, bei welchem ein Karosserieteil sowohl innen als auch außen vermessen wird. FIG. 3 is a side elevation similar to FIG. 2 of a device of the present type, in which a body part is measured both inside and outside.

Fig. 4 zeigt die verschiedenen Positionen des Meßroboters für den Meßvorgang von Fig. 3. FIG. 4 shows the different positions of the measuring robot for the measuring process from FIG. 3.

Fig. 5 ist ein Grundriß einer Anlage zur Vermessung von Karosserieteilen, bei welcher das Bauteil oder Werkstück von zwei Seiten her durch zwei einander zugewandte Vorrichtungen mit je einem Koordinaten- Meßgerät und einem Meßroboter vermessen wird. Fig. 5 is a plan of a system for measuring body parts, in which the component or workpiece is measured from two sides by two mutually facing devices, each with a coordinate measuring machine and a measuring robot.

Fig. 6 ist eine Vorderansicht der in Fig. 5 oberen Vorrichtung und Fig. 6 is a front view of the upper device in Fig. 5 and

Fig. 7 ist eine zugehörige Seitenansicht von links in Fig. 5 gesehen. FIG. 7 is an associated side view seen from the left in FIG. 5.

Preferred embodiments of the invention

In Fig. 1 und 2 ist mit 10 eine Basis eines Koordinaten- Meßgerätes 12 bezeichnet. Auf der Basis 10 erstreckt sich eine Führung 14 in einer ersten, horizontalen Koordinatenrichtung, von links nach rechts in Fig. 1. Die Führung 14 erstreckt sich längs eines Transportbandes, mittels dessen ein zu vermessender Karosserieteil 16 an die Vorrichtung herangeführt wird. Die Basis ist ein schwerer und stabiler Maschinenteil, der auf einem (nicht dargestellten) Fundament sitzt. Auf der Führung 14 sitz ein Tisch 18. Der Tisch 18 ist durch Antriebsmittel längs der Führung 16 verstellbar. Die Bewegung des Tisches 18 längs der Führung 16 wird durch einen inkrementalen Weggeber in bekannter Weise hochgenau abgegriffen. Der Tisch 18 weist seinerseits eine lineare Führung 20 auf. Die Führung 20 erstreckt sich in einer zweiten, ebenfalls horizontalen Koordinatenrichtung, nämlich von oben nach unten in Fig. 1, senkrecht zu der ersten Koordinatenrichtung, also der Richtung der Führung 14. Auf dem Tisch 18 sitzt ein Ständer 22. Der Ständer 22 ist auf der Führung 20 durch Antriebsmittel gegenüber dem Tisch in der zweiten Koordinatenrichtung verstellbar. Die Bewegung des Ständers 22 gegenüber dem Tisch 18 wird ebenfalls durch einen inkrementalen Weggeber hochgenau abgegriffen. An dem Ständer 22 ist ein Trägerglied oder eine Pinole 24 in einer Führung 26 höhenverstellbar geführt. Die Führung 26 erstreckt sich in einer dritten, zu den beiden anderen senkrechten, vertikalen Koordinatenrichtung. Die Führung 26 ist am besten aus Fig. 6 ersichtlich.In Fig. 1 and 2 is referred to a coordinate measuring device 12 having a base 10. On the base 10 , a guide 14 extends in a first, horizontal coordinate direction, from left to right in FIG. 1. The guide 14 extends along a conveyor belt, by means of which a body part 16 to be measured is brought up to the device. The base is a heavy and stable machine part that sits on a foundation (not shown). A table 18 sits on the guide 14 . The table 18 is adjustable along the guide 16 by drive means. The movement of the table 18 along the guide 16 is tapped with high precision in a known manner by an incremental displacement sensor. The table 18 in turn has a linear guide 20 . The guide 20 extends in a second, likewise horizontal coordinate direction, namely from top to bottom in FIG. 1, perpendicular to the first coordinate direction, that is to say the direction of the guide 14 . A stand 22 sits on the table 18 . The stand 22 is adjustable on the guide 20 by drive means opposite the table in the second coordinate direction. The movement of the stand 22 relative to the table 18 is also picked up very precisely by an incremental displacement sensor. On the stand 22 , a support member or a quill 24 is guided in a guide 26 adjustable in height. The guide 26 extends in a third, perpendicular to the other two, vertical coordinate direction. The guide 26 is best seen in FIG. 6.

In dem Trägerglied sitzt ein Meßroboter 28. Der Meßroboter 28 weist einen Sockel 30 auf. An dem Sockel 30 ist ein Arm 32 um eine Achse 34 schwenkbar gelagert. Der Arm 32 ist durch einen Stellmotor 36 verschwenkbar. Die Winkellage wird durch einen Winkelgeber 38 hochgenau abgegriffen. An dem Arm 32 ist ein Arm 40 um eine Achse 42 schwenkbar gelagert. Der Arm 40 ist durch einen Stellmotor 44 verschwenkbar. Die Winkellage wird durch einen Winkelgeber 46 hochgenau abgegriffen. An dem Arm 40 ist wiederum ein Arm 48 um eine Achse 50 schwenkbar gelagert. Der Arm 48 ist durch einen Stellmotor 52 verschwenkbar. Die Winkellage wird durch einen Winkelgeber 54 hochgenau abgegriffen. An dem Arm 48 sitzt ein Taster 56.A measuring robot 28 is seated in the carrier member. The measuring robot 28 has a base 30 . An arm 32 is pivotally mounted on the base 30 about an axis 34 . The arm 32 can be pivoted by a servomotor 36 . The angular position is tapped very precisely by an angle encoder 38 . An arm 40 is pivotally mounted on the arm 32 about an axis 42 . The arm 40 can be pivoted by a servomotor 44 . The angular position is tapped very precisely by an angle encoder 46 . An arm 48 is in turn pivotally mounted on the arm 40 about an axis 50 . The arm 48 can be pivoted by a servomotor 52 . The angular position is tapped very precisely by an angle encoder 54 . A button 56 sits on the arm 48 .

Der Taster ist ein berührungsloser optischer Abstandssensor. Der Taster 56 beobachtet die Lage einer zu messenden Oberfläche relativ zu einem vor dem Taster 56 liegenden Punkt 58. Der Meßroboter 28 wird in Abhängigkeit von dem Signal des Tasters 56 so gesteuert, daß der Punkt 58 auf der zu messenden Oberfläche liegt. The button is a non-contact optical distance sensor. The button 56 observes the position of a surface to be measured relative to a point 58 located in front of the button 56 . The measuring robot 28 is controlled in dependence on the signal of the button 56 so that the point 58 lies on the surface to be measured.

In Fig. 2 ist mit 60 der Bereich bezeichnet, der von dem Ende des Armes 48 erreicht werden kann.In Fig. 2, 60 denotes the area which can be reached from the end of the arm 48 .

Fig. 3 veranschaulicht, wie ein Meßroboter 28 der beschriebenen Art ein Bauteil, hier einen Karosserieteil 16 sowohl innen als auch außen zu vermessen gestattet, wobei das Trägerglied 24 längs der Bahn 26 auf- und abbewegt wird. In der oberen Stellung mißt der Meßroboter 28 die obere Außenfläche des Karosserieteils 16. In der mittleren Stellung greift der Meßroboter in den Innenraum des Karosserieteils 16 und mißt die inneren Oberflächen. In der untersten Stellung greift der Meßroboter unter den Karosserieteil 16 und mißt die Unterseite des Karosserieteils 16. Mit 62 ist ein Teil des Förderbandes bezeichnet. Fig. 3 illustrates how a sensing robot 28 of the type described a component, here a vehicle body part 16 both inwardly and outwardly as allowed to be measured, wherein the support member 24 up along the track 26 and is moved up. In the upper position, the measuring robot 28 measures the upper outer surface of the body part 16 . In the middle position, the measuring robot reaches into the interior of the body part 16 and measures the inner surfaces. In the lowest position, the measuring robot reaches under the body part 16 and measures the underside of the body part 16 . With 62 a part of the conveyor belt is designated.

Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, kann der Sockel 30 des Meßroboters 28 gegenüber dem Trägerglied 24 begrenzt auf das Werkstück zu oder von dem Werkstück wegbewegt werden. Dadurch ist eine Erweiterung des von dem Meßroboter 28 erfaßten Raumbereichs möglich, ohne jedesmal die schweren Maschinenteile des Ständers bewegen zu brauchen. In Fig. 4 ist der Hub durch die Strecke 64 dargestellt. Im übrigen entspricht die Ausführung Fig. 3 im wesentlichen der Ausführung von Fig. 1 und 2. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie dort.As can be seen from FIGS. 3 and 4, the base 30 of the measuring robot 28 can be moved towards or away from the workpiece relative to the carrier member 24 . This makes it possible to expand the area covered by the measuring robot 28 without having to move the heavy machine parts of the stand each time. In Fig. 4 the stroke through the route 64 is shown. Incidentally, the embodiment 3 is substantially equal to 1. The embodiment of FIG. 2 and corresponding parts are provided with the same reference numerals.

Fig. 5 bis 7 zeigen eine Ausführung, bei welcher zwei Vorrichtungen zum Vermessen von Bauteilen mittels eines Tasters einander gegenüberliegend und einander zugewandt zu beiden Seiten eines Förderbandes angeordnet sind, das einen Karosserieteil 16 herangeführt hat. Jede der Vorrichtungen enthält in der beschriebenen Weise ein Koordinaten-Meßgerät 12A und 12B und einen Meßroboter 28A bzw. 28B. Wie aus Fig. 7 ersichtlich ist, tastet jeder der beiden Meßroboter 28A und 28 B den Karosserieteil 16 sowohl oben auf der Außenseite, innen und unten auf der Außenseite ab. Die beiden Meßroboter sind in der ersten Koordinatenrichtung gegeneinander versetzt angeordnet. Fig. 5 to 7 show an embodiment in which two devices for measuring components by means of a button opposite to each other and facing each other of a conveyor belt are arranged on both sides, which has brought a body part 16. In the manner described, each of the devices contains a coordinate measuring machine 12 A and 12 B and a measuring robot 28 A or 28 B. As can be seen from FIG. 7, each of the two measuring robots 28 A and 28 B probes the body part 16 both above on the outside, inside and down on the outside. The two measuring robots are arranged offset from one another in the first coordinate direction.

Claims

1. Device for measuring components ( 16 ) by means of a button ( 56 ), characterized by the combination:

(a) a coordinate measuring device ( 12 ), by means of which a carrier member ( 24 ) is measurably adjustable in at least one coordinate and
(b) a calibrated measuring robot ( 28 ) mounted on the thus adjustable support member ( 24 ) and guiding the probe ( 56 ), in an articulated arm design.

2. Device according to claim 1, characterized in that the carrier member ( 24 ) by the coordinate measuring device ( 12 ) is linearly adjustable in three mutually perpendicular coordinates.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that a base ( 30 ) of the measuring robot ( 28 ) relative to the carrier member ( 24 ) in the direction of the workpiece ( 16 ) or away from this can be linearly moved back and forth.

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that two coordinate measuring devices ( 12 A, 12 B), each with a measuring robot ( 28 A, 28 B) are arranged facing each other on both sides of a conveyor belt for measuring a between component or workpiece ( 16 ) arranged on them from both sides.