DE4444787A1 - Vorrichtung zur Vermessung von Werkstücken - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ver­ messung von Werkstücken, insbesondere stangenförmigen Werk­ stücken, mit einer Auflageeinrichtung zur Abstützung und gro­ ben Ausrichtung des Werkstücks, einer Meßeinrichtung zur Er­ fassung der Werkstücklänge und einer Steuerungseinheit mit einer Speichereinrichtung zum Abspeichern der Meßwerte.

Aus der DE 33 18 420 ist eine Vorrichtung zum Vermessen der Länge von Stangen bekannt, die im Rahmen einer automatisier­ ten Lagerverwaltung eingelagert werden. Dabei wird die jewei­ lige Länge der Stangen in einem Lagerverwaltungsrechner abge­ speichert, um für einen späteren Fertigungsauftrag, bei­ spielsweise für eine Bearbeitung in einer Sägemaschine, durch den Lagerverwaltungsrechner selbsttätig ein geeignetes Werk­ stück auswählen zu können, welches in seiner Gesamtlänge den herzustellenden Einzelstücken entspricht. Um die Länge der Stange zu ermitteln, erfaßt eine Längenmeßvorrichtung den Ab­ stand der Stirnseiten des Werkstücks. Diese Längenmeßvorrich­ tung weist einen Anschlag und einen diesem mit Abstand gegen­ überliegenden und relativ zu ihm verfahrbaren Schieber auf, durch den die zu vermessende Stange an den Anschlag geschoben wird. Der sich ergebende Abstand des Schiebers vom Anschlag entspricht der Länge des zu vermessenden Werkstücks und wird dem jeweiligen Werkstück zugeordnet im Lagerverwaltungsrech­ ner abgespeichert.

Hierbei ist es jedoch von Nachteil, daß die Stange zur Ver­ messung in eine definierte Position gebracht werden muß, näm­ lich in Anlage mit dem festen Anschlag, wodurch eine Auflage­ einrichtung, auf der die Stange anliegt, zumindest eine Ver­ schiebung der Stange in Längsrichtung ermöglichen und dement­ sprechend ausgebildet sein muß. Darüber hinaus bietet diese bekannte Vorrichtung keine Möglichkeit zur Querschnittsmes­ sung oder zur Erfassung der Geradheit der Stange, so daß die automatisierte Lagerverwaltung zum einen nicht zwischen Stan­ gen aus Vollmaterial, Hohlprofilen oder eckigen und runden Querschnitten unterscheiden kann und zum anderen auch zu stark verbogene Stangen in den Fertigungsprozeß gelangen kön­ nen, mit denen geforderte Formtoleranzen nicht zu erreichen sind, und die bei Überschreiten von vorgegebenen Grenzwerten beim Einlagern oder bei der Zufuhr zur Trennmaschine Schaden verursachen können.

Ferner ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine Meßrolle auf die Stange gedrückt und zur Ermittlung der Länge der Stange auf dieser abgerollt wird. Gleichzeitig wird dabei über eine NC-Achse die Anstellhöhe der Meßrolle erfaßt und die Dicke des Materials ermittelt. Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß nur die Höhe, nicht jedoch Form und Breite der Stange ermittelt werden können, und daß die Länge der Stange nur mit großer Toleranz zu bestimmen ist, bedingt durch unterschiedliche Materialoberflächen, wie zum Beispiel runde oder flache, glatte oder verzunderte Oberflä­ chen und auch bedingt durch ein Abrollen der Meßrolle am Stangenende beim Übergang von horizontaler in vertikale Bewe­ gung. Die Geradheit der Stange ist mit dieser bekannten Vor­ richtung ebenfalls nicht ermittelbar. Darüber hinaus ist auch bei dieser Vorrichtung die Stange einseitig gegen einen An­ schlag zu schieben, so daß ebenfalls die obenerwähnten Nach­ teile auftreten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu verbessern, derart, daß die Geometrie des Werkstücks für die Auswahl eines Werkstücks für einen bestimmten Fertigungsauftrag hinreichend exakt zu bestimmen ist, wobei das Werkstück zu seiner Vermessung le­ diglich grob in seiner Orientierung auszurichten ist und auf eine exakte Positionierung verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Meßeinrich­ tung eine Sensoreinrichtung zur Erfassung eines Querschnittes und einer Geradheit des Werkstücks aufweist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich demzufolge insbesondere dadurch aus, daß für einen Fertigungsauftrag im Rahmen einer automatisierten Lagerverwaltung das jeweils am besten geeignete Werkstück mit erhöhter Differenziertheit ausgewählt werden kann. Da die einzulagernden Werkstücke nicht nur nach ihrer Länge klassifizierbar, sondern auch nach ihrem Querschnitt und ihrer Geradheit unterscheidbar sind, können Fertigungsaufträge weitgehend selbständig und mit er­ höhter Effizienz abgearbeitet werden. Die in der Speicherein­ richtung zusätzlich zur Werkstücklänge abgespeicherten Meß­ werte, wie Höhe, Breite, runder oder quadratischer Quer­ schnitt sowie Geradheit des Werkstückes und bei Hohlkörpern auch Wandstärke, versetzen die Steuerungseinheit in die Lage, ein geeignetes Werkstück aus dem Lager auszuwählen und der Bearbeitungsmaschine zuzuführen. Fehlerhafte Eingabe von Da­ ten durch den Bediener wird erkannt, bzw. auf eine Eingabe dieser Daten durch den Bediener kann ganz verzichtet werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch ge­ geben, daß die Sensoreinrichtung einen Meßkopf aufweist, der verschieblich auf einer Führungsvorrichtung gelagert und durch eine Antriebseinrichtung verfahrbar ist, und eine Weg­ meßvorrichtung zur Erfassung der Position des Meßkopfes rela­ tiv zu der Führungsvorrichtung vorgesehen ist. Während das Werkstück auf der Auslageeinrichtung in Ruhe bleibt, wird der Meßkopf entlang der Werkstückoberflächen am zu vermessenden Werkstück vorbeigeführt. Die Wegmeßvorrichtung erfaßt dabei den Weg, den der Meßkopf während des Abtastens zurücklegt, und bestimmt auf diese Weise die jeweiligen Geometriedaten wie Werkstücklänge, -breite oder -höhe.

In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Meßkopf auf einer Längsführung in Längsrichtung der Auflageeinrichtung so­ wie in einer Ebene senkrecht zur Längsführung verschieblich geführt. Der Meßkopf kann dadurch zum einen zur Bestimmung der Länge bzw. der Geradheit des Werkstückes in Werkstück­ längsrichtung an dessen Mantelfläche und zum anderen zur Be­ stimmung des Werkstückquerschnittes in zur Längsrichtung senkrechten Richtungen an der Werkstückstirnfläche vorbeige­ führt werden.

Vorzugsweise weist die Sensoreinrichtung einen Lasersensor auf. Das Abtasten des Werkstücks kann dadurch berührungslos erfolgen. Wenn der Meßkopf an der Werkstückstirnfläche bzw. an dessen Mantelfläche vorbeigeführt wird, erfolgt beim Auf­ treffen des Laserstrahl auf das Material ein erster Signal­ wechsel, der einem Anfang der Werkstückkontur entspricht. Dieser wird wie die folgenden Signalwechsel beim weiteren Vorbeifahren an der Oberfläche des Materials dazu genutzt, den Abstand der Materialoberfläche von dem Meßkopf zu ermit­ teln und die Geometriemaße des Werkstückes zu erfassen.

Die Steuerungseinheit weist entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform eine Auswerteeinheit auf, zur Verknüpfung von Wegmeßdaten der Wegmeßvorrichtung mit Lasermeßstrahlsignalen des Lasersensors zur Bestimmung der Querschnittsmaße und der Geradheit des Werkstücks.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist auch da­ durch gegeben, daß in der Ebene senkrecht zur Längsführung ein Kreuzschlitten mit zwei Linearführungen vorgesehen ist, wobei eine erste der beiden Linearführungen zumindest in Längsrichtung verschieblich an der Längsführung und eine zweite der beiden Linearführungen, auf der der Meßkopf ange­ ordnet ist, an der ersten Linearführung gelagert ist.

Vorzugsweise ist der Meßkopf auf der zweiten Linearführung und/oder die zweite Linearführung auf der ersten Linearfüh­ rung und/oder die erste Linearführung in der zur Längsrich­ tung senkrechten Ebene an der Längsführung verschieblich ge­ führt und durch jeweils eine Antriebseinrichtung verfahrbar.

Der Meßkopf kann dadurch bei einer entsprechenden Abstimmung der einzelnen Antriebseinrichtungen in jeder beliebigen Rich­ tung verfahren werden. Insbesondere ist der Meßkopf des La­ sersensors in einer zur Längsrichtung des Werkstücks senkrech­ ten Ebene in verschiedenen Richtungen verfahrbar, um entspre­ chend einem geeigneten Algorithmus in mehreren Abtastvorgän­ gen, bei denen jeweils ein erster und letzter Signalwechsel zwischen der Werkstückstirnfläche und dem Lasersensor gemes­ sen und lokalisiert werden, die Querschnittsgeometrie des Werkstücks zu erfassen. Neben der Bestimmung der Quer­ schnittsmaße wie Höhe und Breite sind dabei auch eine Unter­ scheidung zwischen Rund- und Flachmaterial bzw. Voll- und Hohlprofilen sowie gegebenenfalls eine Bestimmung der Wand­ stärken des Werkstückes möglich. Bei komplizierteren Quer­ schnittsgeometrien ist durch ein Vergleichen der Meßwerte mit Daten aus einer Profilmaterialdatenbank auch eine differen­ ziertere Bestimmung des Werkstückquerschnittes möglich. Nach dem Abtasten der Werkstückstirnfläche wird der gesamte Kreuz­ schlitten entlang der Längsführung verfahren, um mit dem La­ sersensor die Mantelfläche des Werkstückes in dessen Längs­ richtung abzutasten, um zum einen die Länge des Werkstückes und zum anderen die Geradheit und Schräglage des Werkstückes zu erfassen.

Nach einer besonders günstigen Ausführungsform der Erfindung weist die Wegmeßvorrichtung einen ersten Wegmeßsensor zur Er­ fassung der Position der ersten Linearführung relativ zur Längsführung auf, einen zweiten Wegmeßsensor zur Erfassung der Position der zweiten Linearführung und/oder einen dritten Wegmeßsensor zur Erfassung der Position des Meßkopfes relativ zu der zweiten Längsführung. Dadurch sind die Signalwechsel zwischen dem Lasersensor und der Werkstückoberfläche exakt lokalisierbar bzw. kann die Verfahrlänge, innerhalb der ein Signalwechsel erfolgt, genau bestimmt werden, so daß die dar­ aus abgeleiteten Geometriedaten präzise zu berechnen sind. Insbesondere ermöglicht dies, während des Verfahrens des Kreuzschlittens entlang der Längsführung, um die Werkstück­ mantelfläche in Längsrichtung abzutasten, in festgelegten In­ tervallen den Abstand des Meßkopfes von der Materialoberflä­ che zu messen. Die jeweiligen Lasermeßdaten und die zugehöri­ gen Wegmeßdaten werden von der Steuerungseinheit verknüpft, um die Geradheit und die Schräglage des Werkstücks auf der Auflageeinrichtung zu errechnen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, daß die Antriebseinrichtung einen Zahnriementrieb aufweist, an den ein Encoder angekoppelt ist. Die Position des Meßkopfes ist durch den Encoder sehr exakt bestimmbar, so daß der Vermessung des Werkstücks nur eine sehr geringe Feh­ lerhaftigkeit anhaftet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht auch dar­ in, daß in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung eine Knick­ armführung zur Führung des Meßkopfes mit zumindest zwei Knickarmen vorgesehen ist, die auf der Längsführung in Längs­ richtung verschieblich geführt ist, wobei ein erster Knickarm um eine erste, zur Längsrichtung der Auflageeinrichtung pa­ rallele Achse relativ zur Längsführung und ein zweiter Knick­ arm um eine zweite, zur Längsrichtung der Auflageeinrichtung ebenfalls parallele Achse relativ zum ersten Knickarm schwenkbar ist. Eine derartige Knickarmführung erlaubt es, ähnlich wie die obenbeschriebene Kreuzschlittenführung, den Meßkopf in beliebigen Richtungen an der Stirnfläche des Werk­ stücks vorbeizuführen, um die Konturen des Werkstücks zu er­ fassen. Zur Längenmessung und zur Bestimmung der Geradheit des Werkstücks, für die der Meßkopf entlang der Mantelfläche des Werkstücks in dessen Längsrichtung verfahren werden muß, wird die Knickarmführung, nachdem die beiden Knickarme den Meßkopf in die entsprechende Position gebracht haben, auf der Längsführung verfahren. Der Antrieb der beiden Knickarme er­ folgt dabei ähnlich wie bei einem Knickarm-Roboter in den einzelnen Schwenkachsen. Eine Erfassung der Position des Meß­ kopfes erfolgt dabei über Sensoren, die die Winkelstellung der Knickarme zueinander erfassen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Schwenkeinrichtung zum Schwenken des Meßkopfes relativ zu der Führungsvorrichtung vorgesehen. Um während der Vermessung ei­ nes Werkstückes sowohl dessen Stirnfläche als auch dessen Mantelfläche abzutasten, wird der Meßkopf der Sensoreinrich­ tung stets in eine zu dem abgetasteten Oberflächenstück senk­ rechte Position gebracht, so daß ein Signalwechsel zwischen Meßkopf und Werkstückoberfläche optimal erfolgen kann. Durch die Schwenkeinrichtung kann die Führungsvorrichtung konstruk­ tiv sehr einfach gehalten werden, da diese den Meßkopf der Sensoreinrichtung nur an die Raumpunkte zu führen hat und die Orientierung, d. h. die Winkellage des Meßkopfes relativ zu dem Werkstück von der Schwenkeinrichtung eingestellt wird.

Die Schwenkeinrichtung ermöglicht es in einfacher Weise, die Abtastung der Werkstückstirnfläche und der Werkstückmantel­ fläche in Längsrichtung des Werkstücks mit einer einzigen Sensoreinrichtung bzw. mit einem einzigen Meßkopf durchzufüh­ ren. Es ist jedoch ebenfalls möglich, an der Führungsvorrich­ tung zwei oder allgemein mehrere Meßköpfe anzubringen, um die verschieden orientierten Werkstückoberflächen mit verschiede­ nen Meßköpfen abzutasten.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Meßkopf um drei Achsen schwenkbar. Der Meßkopf ist dadurch auch für komplizierte Werkstückkonturen in eine je­ weils zu den abzutastenden Werkstückoberflächenstücken senk­ rechte Stellung schwenkbar, so daß das Werkstück entlang meh­ rerer Linien abgetastet werden kann.

Die Schwenkeinrichtung weist entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung zwei hintereinander geschaltete Schwenkglieder auf, die jeweils um eine Schwenkachse zwischen zwei Stellun­ gen um 90° schwenkbar sind, wobei die Schwenkglieder derart angeordnet sind, daß die Schwenkachsen der beiden Schwenk­ glieder zueinander senkrecht stehen. Durch eine derartige Hintereinanderschaltung können bei einem ausreichenden Schwenkbereich standardisierte und deshalb billige Schwenk­ glieder verwendet werden, wie zum Beispiel Druckluftstell­ glieder, die bei niedrigem Preis eine ausreichende Genauig­ keit bieten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie­ len und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In diese zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung einer Vorrichtung zur Vermes­ sung von Werkstücken in einer Frontansicht nach ei­ nem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit einer Sen­ soreinrichtung, die auf einer Führungsvorrichtung angeordnet ist, die in verschiedenen Stellungen ge­ zeigt ist, nach dem Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Detaildarstellung einer Schwenkeinrichtung zum Schwenken eines Meßkopfes der Sensoreinrichtung in einer Seitenansicht nach dem Ausführungsbeispiel ge­ mäß Fig. 1,

Fig. 4 eine Detaildarstellung ähnlich Fig. 3 der Schwenk­ einrichtung zum Schwenken des Meßkopfes der Sen­ soreinrichtung in einer weiteren Schwenkstellung des Meßkopfes nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1,

Fig. 5 eine Teildarstellung einer Schwenkeinrichtung zum Schwenken des Meßkopfes der Sensoreinrichtung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Schwenkeinrichtung in verschiedenen Stel­ lungen jeweils in einer Seiten- und Frontansicht dargestellt ist,

Fig. 6 eine schematische, perspektivische Gesamtdarstellung zur Verdeutlichung der Kinematik der Führungsvor­ richtung gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1,

Fig. 7 eine schematische, perspektivische Darstellung zur Verdeutlichung der Kinematik einer Führungsvorrich­ tung einer Vorrichtung zur Vermessung von Werkstüc­ ken nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Er­ findung,

Fig. 8 eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwi­ schen einem Lasermeßstrahl-Signalniveau eines Laser­ sensors und der Position des Lasersensors relativ zu einer Stirnfläche eines Werkstücks für unterschied­ liche Werkstückquerschnitte und zwei verschiedene Stellungen des Lasersensors nach dem Ausführungsbei­ spiel gemäß Fig. 1,

Fig. 9 eine graphische Darstellung ähnlich Fig. 8 des Zu­ sammenhangs zwischen dem Lasermeßstrahl-Signalniveau des Lasersensors und der Position des Lasersensors relativ zur Mantelfläche eines Werkstücks während eines Abtastens des Werkstücks in dessen Längsrich­ tung für zwei verschiedene Positionen des Lasersen­ sors nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs­ gemäßen Vorrichtung zur Vermessung von Werkstücken. Ein Werk­ stück 1 liegt auf einer Auflageeinrichtung 2 auf, die Teil einer Quertransporteinrichtung ist, die hier nicht weiter dargestellt ist. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, umfaßt diese Quertransporteinrichtung Kettenförderstränge 25, die durch ein Ritzel 26 und einen nicht dargestellten Antrieb angetrie­ ben werden. Diese Kettenstränge 25 bilden zusammen mit Aufla­ gebolzen 27 eine Auflagefläche, auf der das Werkstück 1 auf­ liegt. An den Kettenfördersträngen 25 sind Mitnehmerbolzen 28 befestigt, die eine Anlagefläche bilden, an der sich das Werkstück 1 während des Quertransports auf der Quertrans­ porteinrichtung grob ausrichtet. Die Kettenförderstränge 25 und die Mitnehmerbolzen 28 sind bevorzugt zu einer Seite der Quertransporteinrichtung hin dicht angeordnet für kurze Werk­ stücke, wie kurze Stangen oder Reststangen, und haben zum ge­ genüberliegende Ende der Quertransporteinrichtung hin einen zunehmenden Abstand voneinander.

Die Quertransporteinrichtung ist Teil eines Fördersystems, durch das die Werkstücke, insbesondere die Stangen, von einem Lager zu einer Bearbeitungsmaschine transportiert werden und nach erfolgter Bearbeitung, beispielsweise auf einer Säge, zumindest teilweise, nämlich die Reststücke, die auf der Säge abgetrennt wurden, wieder ins Lager zurücktransportiert wer­ den.

Um die Geometrie des Werkstücks zu erfassen, ist eine Meßein­ richtung vorgesehen, die allgemein mit der Bezugsziffer 3 be­ zeichnet ist. Die Meßeinrichtung 3 umfaßt dabei eine Sen­ soreinrichtung 4, die relativ zu dem auf der Auflageeinrich­ tung 2 ruhenden Werkstück 1 verschieblich ist, um die Ober­ fläche des Werkstücks 1 abzutasten. Die Sensoreinrichtung wird gemäß dem Ausführungsbeispiel durch einen Lasersensor 4 gebildet, der einen Meßkopf 5 aufweist, der einen Laserstrahl 29 aussendet und mit diesem die Werkstückoberfläche abtastet.

Der Meßkopf 5 ist verschieblich auf einer Führungsvorrichtung gelagert, die allgemein durch die Bezugsziffer 6 gekennzeich­ net ist. Diese Führungsvorrichtung 6 weist eine Längsführung 9 auf, die die Auflageeinrichtung 2 in deren Längsrichtung, d. h. in Längsrichtung des Werkstückes 1 überspannt und an La­ gerstreben 30 starr befestigt ist, die ihrerseits beidseitig der Auflageeinrichtung 2 in geeigneter Weise verankert sind.

Die Führungsvorrichtung 6 umfaßt weiterhin zwei Linearführun­ gen 12, 13, die an der Längsführung 9 verschieblich gelagert und miteinander über einen Kreuzschlitten 10, wie aus Fig. 2 ersichtlich, verbunden sind. An einer ersten der beiden Linearführungen, die mit der Bezugsziffer 12 bezeichnet ist, ist ein Führungsschlitten 31 starr befestigt, der auf der Längsführung 9, die durch ein im wesentlichen rechteckiges Profil gebildet wird, verschieblich gelagert ist und dement­ sprechend die erste Linearführung 12 entlang der Längsführung 9 verschieblich führt.

Wie in Fig. 1 zu sehen, ist die erste Linearführung 12 durch eine Antriebseinrichtung 7 entlang der Längsführung 9 ver­ fahrbar. Die Antriebseinrichtung umfaßt dabei einen Zahnrie­ mentrieb, an den ein Encoder zur genauen Erfassung der Posi­ tion der Linearführung 12 relativ zur Längsführung 9 angekop­ pelt ist.

Wie in Fig. 2 zu sehen, ist an der ersten Linearführung 12 der Kreuzschlitten 10 gelagert, derart, daß der Kreuzschlit­ ten 10 entlang der ersten Linearführung 12 quer zur Längs­ richtung des Werkstücks 1 verschieblich ist. Eine An­ triebseinrichtung 32 ist über einen Zahnriementrieb mit dem Kreuzschlitten 10 verbunden, um diesen entsprechend einem Steuersignal zu verfahren. Ein Encoder 15 ist an die An­ triebseinrichtung 32 angekoppelt, um die exakte Position des Kreuzschlittens 10 relativ zur ersten Linearführung 12 zu er­ fassen.

Der Kreuzschlitten führt in einer zur Verschieberichtung ent­ lang der ersten Linearführung 12 senkrechten Richtung eine zweite Linearführung 13 verschieblich, die folglich sowohl horizontal, nämlich zusammen mit dem Kreuzschlitten 10 ent­ lang der ersten Linearführung 12, als auch vertikal ver­ schieblich ist. Zur vertikalen Verschiebung relativ zum Kreuzschlitten 10 ist eine weitere Antriebseinrichtung 14 vorgesehen, die einen Zahnriementrieb sowie einen daran ange­ koppelten Encoder 8 aufweist, der die exakte Position der zweiten Linearführung 13 relativ zum Kreuzschlitten 10 er­ faßt.

Neben der horizontalen und vertikalen Verschiebbarkeit in ei­ ner Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Auflageeinrichtung 2, d. h. der Längsachse des stangenförmigen Werkstücks 1, ist die zweite Linearführung 13 aufgrund der verschiebbaren Lage­ rung der ersten Linearführung 12 auch parallel zur Längsachse des Werkstücks 1, die in Fig. 2 senkrecht zur Zeichenebene steht, verschiebbar, so daß der Meßkopf 5 des Lasersensors 4, der auf der zweiten Linearführung 13 angeordnet ist, entlang beliebiger Raumkurven, insbesondere entlang beliebig gerich­ teter Geraden verfahrbar und an der Oberfläche des Werkstücks 1 entlangführbar ist.

Der Meßkopf 5 ist, wie in Fig. 1 und 2 sowie dem Kinematik­ schema nach Fig. 6 ersichtlich, über eine Schwenkeinrichtung 19 mit einem unteren Ende der zweiten Linearführung 13 ver­ bunden. Die Schwenkeinrichtung 19 schwenkt den Meßkopf 5 re­ lativ zu der zweiten Linearführung 13 derart, daß der aus dem Meßkopf 5 austretende Laserstrahl 29 senkrecht auf die je­ weils abzutastende Werkstückoberfläche trifft.

Die Meßeinrichtung 3 zeichnet sich, wie in Fig. 6 zu sehen ist, insbesondere dadurch aus, daß der Meßkopf 5 der Sen­ soreinrichtung 4 dreiachsig verfahrbar und darüber hinaus dreiachsig schwenkbar ist, so daß sowohl eine Stirnfläche 32 als auch eine Mantelfläche 33 des Werkstücks 1 durch den ei­ nen Meßkopf 5 abgetastet werden kann.

Die Vermessung des Werkstückes 1 erfolgt gemäß einem geeigne­ ten Regelschema, nach dem der Meßkopf 5 an den verschiedenen Oberflächen des Werkstücks 1 vorbeigeführt wird.

Ein sehr wichtiger Aspekt für eine automatisierte Ein- und Auslagerung der Werkstücke ist es, die Querschnittsgeometrie des Werkstückes 1 zu erfassen. Dazu wird die Sensoreinrich­ tung 4 zunächst in einer Grundstellung an einem Ende der Auf­ lageeinrichtung 2 außerhalb eines Kollisionsbereiches mit dem Werkstück 1 positioniert, d. h. die erste Linearführung 12 wird entlang der Längsführung 9 soweit in Längsrichtung, die in Fig. 6 als X-Richtung gekennzeichnet ist, verschoben, daß der Meßkopf 5 vor der Stirnfläche 32 des Werkstücks 1 vorbei­ geführt werden kann.

Die Schwenkeinrichtung 19 schwenkt hierzu den Meßkopf 5 in eine Position senkrecht zur Stirnfläche 32, d. h. derart, daß der von dem Meßkopf 5 ausgehende Laserstrahl 29 parallel zur Längsrichtung x verläuft.

In einem folgenden Schritt wird der Meßkopf 5 parallel zur Auflagefläche, auf der das Werkstück 1 aufliegt, an der Werk­ stückstirnfläche vorbeigeführt, indem der Kreuzschlitten 10 mit der daran gelagerten zweiten Linearführung 13 entlang der ersten Linearführung 12 in Y-Richtung (gemäß Fig. 6) verfah­ ren wird. Dabei kommt es zu einem Auftreffen des Laserstrahls 29 auf die Werkstückstirnfläche 32 und zu einem Signalwechsel zwischen dem Werkstück 1 und dem Meßkopf 5. Dies führt, wie in Fig. 8 ersichtlich ist, zu einer Änderung im Signalniveau des Lasersensors 4 während des Vorbeiführens des Meßkopfes 5. Ein erster Signalwechsel bedeutet dementsprechend den Beginn einer Werkstückkontur, während ein letzter Signalwechsel, der einem Abfall im Signalniveau entspricht, das Ende der Kontur markiert. Während der Meßkopf 5 an dem Werkstück 1 vorbeige­ führt wird, erfaßt eine entsprechende Wegmeßvorrichtung, die im Falle des Verschiebens in Y-Richtung der Encoder 15 bil­ det, die jeweilige Position des Meßkopfes 5, bei der eine Än­ derung im Signalniveau erfolgt.

Die erfaßten Wegmeßdaten werden in einer Auswerteeinheit ei­ ner Steuerungseinheit, die in den Figuren nicht dargestellt ist, mit den Lasermeßstrahlsignalen des Lasersensors 4 ver­ knüpft. Auf diese Weise errechnet die Steuerungseinheit zu­ nächst die Mitte (bezogen auf die Y-Richtung) der Werkstück­ stirnfläche 32.

Im nächsten Schritt wird der Meßkopf 5 durch die zuvor ermit­ telte Mitte vertikal an der Werkstückstirnfläche 32 vorbeige­ führt, indem die zweite Linearführung 13 relativ zu dem in diesem Falle feststehenden Kreuzschlitten 10 verfahren wird. In Verbindung mit dem Encoder 8, der die Stellung der zweiten Linearführung 13 erfaßt, kann von der Steuerungseinheit in diesem Verfahrschritt die Werkstückhöhe berechnet werden.

Obwohl gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 die zweite Linearführung 13 relativ zu dem Kreuzschlitten 10 und der ersten Linearführung 12 verfahren wird, ist es jedoch ebenso möglich, die zweite Linearführung relativ zum Schlit­ ten 10 feststehend auszuführen und die Sensoreinrichtung 4 zusammen mit der Schwenkeinrichtung 19 entlang der zweiten Linearführung 13 zu verfahren. Eine derartige Ausführung der Linearführungen ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. In ähnlicher Weise ist es selbstverständlich ebenso möglich, die Verschiebbarkeit der Führungsvorrichtung in Y-Richtung durch eine entsprechende Verschiebbarkeit der ersten Linearführung 12 relativ zur Längsführung 9 zu gewährleisten. Der Führungs­ schlitten 31 ist in diesem Fall ein Kreuzschlitten.

Nach der Bestimmung der Werkstückhöhe wird der Meßkopf 5 auf halber Werkstückhöhe ein zweites Mal in Y-Richtung an der Werkstückstirnfläche 32 vorbeigeführt, um eine Werkstückbrei­ te zu erfassen. Diese wird entsprechend der obenbeschriebenen Art und Weise von der Steuerungseinheit aus den Lasermeß­ strahlsignalen in Verbindung mit den Wegmeßdaten des Encoders 15 berechnet.

Es ist darauf hinzuweisen, daß durch das Abtasten der Werk­ stückstirnfläche 32 im Falle von Hohlmaterial ebenfalls die Wandstärke berechnet werden kann. Darüber hinaus kann die Steuerungseinheit entsprechend einer in einer Speicherein­ richtung abgespeicherten Auswertelogik, wie in Fig. 8 ge­ zeigt, zwischen Rund- und Flachmaterial unterscheiden. Im Un­ terschied zu Flachmaterial sind bei Rundmaterial die Eckbe­ reiche zwischen der Auflagefläche, die die Kettenfördersträn­ ge 25 und die Auflagerbolzen 27 bilden, und der Anlagefläche, die die Mitnehmerbolzen 28 bilden, nicht mit Material ausge­ füllt. Wird der Meßkopf 5 beispielsweise von der Anlagefläche der Mitnehmerbolzen 28 beginnend auf einer Höhe unterhalb oder oberhalb der halben Werkstückhöhe horizontal in Y- Richtung an der Werkstückstirnfläche 32 vorbeigeführt, dann erfolgt ein erster Signalwechsel zwischen dem Meßkopf 5 und dem Werkstück 1 erst in einem gewissen Abstand von der Anla­ gefläche der Mitnehmerbolzen 28. Die Steuerungseinheit er­ kennt dementsprechend, daß es sich bei dem Werkstück 1 um Rundmaterial handelt. Andere Verfahrwege sind möglich, um zwischen Rund- und Flachmaterial zu unterscheiden.

Ferner kann für ein Werkstück, das eine komplizierte und un­ regelmäßige Geometrie besitzt, durch eine Vielzahl von Ab­ tastvorgängen parallel zur Auflagefläche, d. h. in Y-Richtung bzw. parallel zur Anlagefläche, d. h. in Z-Richtung eine Viel­ zahl von Meßdaten erhalten werden, die durch einen Vergleich mit Musterdaten, die in der Speichereinrichtung in Form einer Profilmaterialdatenbank abgespeichert sind, eine exakte Be­ stimmung des jeweiligen Profiles des Werkstücks ermöglichen.

Nachdem die Sensoreinrichtung 4 den Querschnitt des Werk­ stücks 1 erfaßt hat, schwenkt die Schwenkeinrichtung 19 den Meßkopf 5 in Z-Richtung, so daß der vom Meßkopf 5 ausgehende Laserstrahl 29 parallel zur Z-Richtung gemäß Fig. 6 verläuft, und die erste Linearführung 12 und die zweite Linearführung 13 positionieren den Meßkopf 5 in Y-Richtung mittig über dem Werkstück 1. Der Meßkopf 5 wird in der beschriebenen Stellung in Längsrichtung über das Werkstück 1 geführt, indem die er­ ste Linearführung 12 entlang der Längsführung 9 in X-Richtung verfahren wird. Der an den Zahnriementrieb der Antriebsein­ richtung 7 angekoppelte Encoder erfaßt während des Verschie­ bens in X-Richtung die Positionen des Meßkopfes 5, an denen ein erster und letzter Signalwechsel erfolgen. Die Steue­ rungseinheit berechnet aus den entsprechenden Lasermeßstrahl­ signalen und Wegmeßdaten die Länge 1 des Werkstückes 1.

Während des Verfahrens in X-Richtung wird in festgelegten In­ tervallen der jeweilige Abstand des Meßkopfes 5 von der Ober­ fläche des Werkstücks 1 gemessen, um die Geradheit und eine Schräglage des Werkstücks in der Ebene X-Z zu bestimmen. Die Steuerungseinheit verknüpft dazu mit der Auswerteeinheit die jeweils erfaßten Abstände mit den zugehörigen Wegmeßdaten, die durch den an die Antriebseinrichtung 7 angekoppelten En­ coder bestimmt werden, und berechnet daraus, wie in Fig. 8 gezeigt, die Winkellage und die Biegung der abgetasteten Man­ tellinie des Werkstücks, die der Schräglage und der Geradheit des Werkstücks in der Ebene X-Z entsprechen. Es ist darauf hinzuweisen, daß für eine derartige Messung der Geradheit des Werkstückes 1 insbesondere der portalartige Aufbau der Füh­ rungsvorrichtung 6 mit der Längsführung 9 und den beiden Li­ nearführungen 12 und 13 sowie die direkt an die Zahnriemen­ triebe angekoppelten Encoder zur direkten Wegmessung für eine hohe Genauigkeit der Messung besonders vorteilhaft sind.

In einem nächsten Schritt schwenkt die Schwenkeinrichtung 19 den Meßkopf 5 in Y-Richtung, d. h. derart, daß der vom Meßkopf 5 ausgehende Laserstrahl 29 in Y-Richtung verläuft, und die erste Linearführung 12 und die zweite Linearführung 13 posi­ tionieren den Meßkopf 5 seitlich des Werkstücks 1 auf halber Höhe des Werkstücks 1. Der Meßkopf 5 wird in dieser Stellung in X-Richtung an dem Werkstück 1 vorbeigeführt, um entspre­ chend der obenbeschriebenen Art und Weise die Geradheit und Schräglage der Stange in der Ebene X-Y zu erfassen.

Die Schwenkeinrichtung 19 zum Schwenken des Meßkopfes 5 weist, wie in Fig. 3 und 4 zu sehen, zwei hintereinander ge­ schaltete Schwenkglieder 20 und 21 auf, die jeweils um eine Schwenkachse γ und δ zwischen zwei Stellungen um 90° schwenkbar sind. Ein erstes der beiden Schwenkglieder 20 ist mittels eines Halterbügels 34 mit einem unteren Ende der zweiten Linearführung 13 starr verbunden. Ein erster Stellring 35 des ersten Stellgliedes 20 ist um 90° um die Schwenkachse γ dreh­ bar. Ein zweites der beiden Stellglieder 21 ist mit einem Haltebügel 36 mit dem ersten Stellglied 35 starr verbunden, so daß das zweite Stellglied 21 durch das erste Stellglied 20 um die Schwenkachse 7 geschwenkt werden kann. Das zweite Stellglied 21 besitzt einen zweiten Stellring 37, an dem über einen Meßkopfhalter 38 der Meßkopf 5 der Sensoreinrichtung 4 befestigt ist. Die Hintereinanderschaltung der beiden Schwenkglieder 20 und 21, die beispielsweise über Preßluft oder auch durch Drehfeldmagnete betätigbar sein können, ist der Meßkopf 5 um zwei Achsen schenkbar. Diese Lösung zeichnet sich insbesondere durch ihre Einfachheit aus, wobei trotzdem ausreichende Genauigkeit sichergestellt ist. Ebenso möglich ist es jedoch, den Meßkopf 5 dreiachsig schwenkbar zu lagern.

In Fig. 5 ist eine zu den Fig. 3 und 4 alternative Ausfüh­ rungsform der Schwenkeinrichtung 19 dargestellt, bei dem zwei hintereinander geschaltete Schwenkglieder 20a und 21a ein Dreh-Schwenk-Gelenk bilden, derart, daß ein Verdrehen eines zweiten der beiden Schwenkglieder 21a relativ zu einem ersten Schwenkglied 20a gleichzeitig ein Verschwenken des zweiten Schwenkgliedes 21a relativ zu dem ersten Schwenkglied 20a um eine zur Drehachse senkrechte Achse bewirkt. Das erste Schwenkglied 20a ist drehbar an einer Halterplatte 39 gela­ gert, die wiederum starr mit einem unteren Ende der zweiten Linearführung 13 verbunden ist.

Mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Vorrichtung lassen sich Werkstücke sehr unterschiedli­ cher Größe mit hoher Genauigkeit vermessen. So können bei­ spielsweise, wie in Fig. 5 angedeutet, Stangen mit einer Län­ ge von 800 mm bis zu einer maximalen Länge c von 6600 mm auf die Auflageeinrichtung 2 aufgelegt und mit einer maximalen Ungenauigkeit von 1 mm vermessen werden. Hierfür beträgt die Auflagelänge d ebenfalls 6600 mm. Die Höhe e des Werkstücks sowie dessen Breite f können jeweils bis zu 320 mm betragen. Insbesondere von Vorteil ist es, daß das Werkstück auf der Auflageeinrichtung 2 nicht in eine definierte Position, spe­ ziell in Anlage mit einem Anschlag gebracht werden muß, son­ dern daß eine vordere Stirnfläche des Werkstücks lediglich in einem Toleranzbereich von beispielsweise 100 mm zu positio­ nieren ist. Ein umständliches Verschieben des Werkstücks auf der Auflagefläche ist hierdurch unnötig.

Neben dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 mit den beiden durch einen Kreuzschlitten verbundenen Line­ arführungen, ist es jedoch ebenfalls möglich, wie in Fig. 7 gezeigt, daß in der Ebene senkrecht zur Längsrichtung des Werkstücks 1, d. h. senkrecht zur X-Richtung gemäß Fig. 7, ei­ ne Knickarmführung 16 zur Führung des Meßkopfes 5 mit zumin­ dest zwei Knickarmen 17 und 18 vorgesehen ist, die auf der Längsführung 9 in Längsrichtung, d. h. in X-Richtung, durch einen Schlitten 40 verschieblich geführt ist, der auf der Längsführung 9 ähnlich dem Führungsschlitten 31 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 2 verschieblich gelagert ist. Ein erster Knickarm 17 ist relativ zu dem Schlitten 40 um eine erste, zur Längsrichtung der Längsführung 9 parallele Achse schwenkbar gelagert und durch eine Antriebseinrichtung schwenkbar, die jedoch nicht dargestellt ist. Ein zweiter Knickarm 18 ist an dem ersten Knickarm 17 gelagert und rela­ tiv zu diesem um eine zweite, zur X-Achse ebenfalls parallele Achse schwenkbar. Eine Antriebseinrichtung zum Schwenken des zweiten Knickarms ist nicht dargestellt, ebenfalls nicht dar­ gestellt sind an den Antrieb angekoppelte Wegmeßsensoren zur Erfassung der Position des Meßkopfes 5, der an dem zweiten Knickarm 18 angeordnet ist. Der Meßkopf 5 ist mit einem unte­ ren Ende des zweiten Knickarms 18 über eine Schwenkeinrich­ tung 19 verbunden, die einem der zuvor beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele entspricht, um den Meßkopf 5, der in Fig. 7 ebenfalls nicht dargestellt ist, relativ zu dem zweiten Knickarm 18 schwenkbar zu lagern.

Die Knickarmführung 16, die im wesentlichen einem Knickarmro­ boter entspricht, ermöglicht zusammen mit der verschieblichen Lagerung an der Längsführung 9 und der Schwenkeinrichtung 19 ein Vorbeiführen des Meßkopfes 5 an der Oberfläche des Werk­ stücks 1 entlang verschiedener, beliebig gerichteter Geraden. Die Erfassung des Querschnitts des Werkstücks, seiner Länge und Geradheit erfolgt in entsprechende Art und Weise wie für das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 beschrieben, so daß eine nochmalige detaillierte Erläuterung nicht notwendig er­ scheint.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemä­ ßen Vorrichtung zur Vermessung von Werkstücken zeichnen sich unter anderem dadurch aus, daß sowohl der Querschnitt des Werkstücks als auch die Länge des Werkstücks und seine Gerad­ heit durch eine einzige Sensoreinrichtung erfaßt werden kön­ nen. Es wird jedoch betont, daß es ebenfalls möglich ist, an der Führungsvorrichtung mehrere Meßköpfe anzuordnen, die für verschiedene Abtastvorgänge entsprechend orientiert sind. In diesem Falle kann eine Schwenkeinrichtung entfallen.

In dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wurde die Vermessung des Werkstückes in Verbindung mit einer Querfördereinrichtung erläutert, über die das Werkstück z. B. auf einen Rollengang einer Bearbeitungsmaschine, z. B. einer Sägemaschine, aufgege­ ben wird. Dies ist hinsichtlich des Ortes der Anordnung der Meßeinrichtung selbstverständlich nur ein Ausführungsbei­ spiel. Die Messung kann z. B. ebenso innerhalb des Rollengan­ ges selbst, d. h. nachdem das Werkstück auf diesen aufgegeben wurde oder auch innerhalb des Materiallagers, z. B. eines Stangenmaterial-Kragarmlagers (Regallager) erfolgen.

Claims (13)

1. Vorrichtung zur Vermessung von Werkstücken, insbesondere stangenförmigen Werkstücken, mit einer Auflageeinrichtung zur Abstützung und groben Ausrichtung des Werkstücks, einer Meßeinrichtung zur Erfassung der Werkstücklänge und einer Steuerungseinheit mit einer Speichereinrichtung zum Abspei­ chern der Meßwerte, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßein­ richtung (3) eine Sensoreinrichtung (4) zur Erfassung eines Querschnittes und einer Geradheit des Werkstückes (1) auf­ weist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung (4) einen Meßkopf (5) aufweist, der verschieblich auf einer Führungsvorrichtung (6) gelagert und durch eine Antriebseinrichtung (7) verfahrbar ist, und eine Wegmeßvorrichtung (8, 15) zur Erfassung der Position des Meß­ kopfes (5) relativ zu der Führungsvorrichtung (6) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (5) auf einer Längsführung (9) in Längsrichtung der Auflageeinrichtung (2) sowie in einer Ebene senkrecht zur Längsführung (9) verschieblich geführt ist.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoreinrichtung einen La­ sersensor (4) aufweist.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit eine Aus­ werteeinheit zur Verknüpfung von Wegmeßdaten der Wegmeßvor­ richtung (8, 15) mit Laser-Meßstrahlsignalen des Lasersensors (4) zur Bestimmung des Querschnittes und der Geradheit des Werkstücks aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Ebene senkrecht zur Längsführung (9) ein Kreuzschlitten (10) mit zwei Linearführungen (12, 13) vorge­ sehen ist, wobei einer erste der beiden Linearführungen (12) zumindest in Längsrichtung verschieblich an der Längsführung (9) und eine zweite der beiden Linearführungen (13), auf der der Meßkopf (5) angeordnet ist, an der ersten Linearführung (12) gelagert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (5) auf der zweiten Linearführung (13) und/oder die zweite Linearführung (13) auf der ersten Linearführung (12) und/oder die erste Linearführung (12) in der zur Längs­ richtung senkrechten Ebene an der Längsführung (9) verschieb­ lich geführt sind und durch jeweils eine Antriebseinrichtung (14, 7) verfahrbar sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegmeßvorrichtung einen ersten Wegmeßsensor (15) zur Er­ fassung der Position der ersten Linearführung (12) relativ zur Längsführung (9) und einen zweiten Wegmeßsensor (8) zur Erfassung der Position der zweiten Linearführung (13) und/oder einen dritten Wegmeßsensor zur Erfassung der Positi­ on des Meßkopfes (5) relativ zu der zweiten Längsführung (13) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die jeweilige Antriebseinrichtung (7, 14) einen Zahnriementrieb aufweist, an den ein Encoder angekoppelt ist.

10. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene senkrecht zur Längs­ richtung eine Knickarmführung (16) zur Führung des Meßkopfes (5) mit zumindest zwei Knickarmen (17, 18) vorgesehen ist, die auf der Längsführung (9) in Längsrichtung verschieblich geführt ist, wobei ein erster Knickarm (17) um eine erste, zur Längsrichtung der Auflageeinrichtung (2) parallele Achse relativ zur Längsführung (9) und ein zweiter Knickarm (18) um eine zweite, zur Längsrichtung der Auflageeinrichtung paral­ lele Achse relativ zum ersten Knickarm (17) schwenkbar sind.

11. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwenkeinrichtung (19) zum Schwenken des Meßkopfes (5) relativ zu der Führungsvorrich­ tung (6) vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkopf (5) um drei Achsen schwenkbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkeinrichtung (19) zwei hintereinander geschaltete Schwenkglieder (20, 21) aufweist, die jeweils um eine Schwen­ kachse zwischen zwei Stellungen um 90° schwenkbar sind, wobei die Schwenkglieder (20, 21) derart angeordnet sind, daß die Schwenkachsen der beiden Schwenkglieder (20, 21) zueinander senkrecht sind.