WO2015158334A1

WO2015158334A1 - VERFAHREN ZUR VERMESSUNG DER AUßENKONTUR VON DREIDIMENSIONALEN MESSOBJEKTEN UND ZUGEHÖRIGES MESSSYSTEM

Info

Publication number: WO2015158334A1
Application number: PCT/DE2015/100161
Authority: WO
Inventors: Markus Bogner; Stefan Bogner
Original assignee: Minikomp Bogner GmbH
Priority date: 2014-04-16
Filing date: 2015-04-16
Publication date: 2015-10-22
Also published as: DE102014105456A1; DE102014105456B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung der Außenkontur (2) von dreidimensionalen Messobjekten (3), insbesondere von industriellen Bauteilen mittels eines Messsystems (1) umfassend eine Robotereinheit (4) mit mehreren Roboterarmen (4.1 - 4.4) und einer vorzugsweise integrierten Robotersteuereinheit (4'), zumindest einem freiendseitig an einem Roboterarm (4.4, 4.5) der Robotereinheit (4) angeordneten Messsensoreinheit (5) und zumindest einem Computersystem (6). Durch die Verwendung einer Euler-Koordinatentransformation können die bezogen auf objektbezogenes Sensorkoordinaten System (SKS) aufgezeichneten Messdaten schnell und einfach in Roboterkoordinaten (xr, yr, zr) eines raumfesten Roboterkoordinatensystem (RKS) umgerechnet werden.

Description

Verfahren zur Vermessung der Außenkontur von dreidimensionalen Messobjekten und zugehöriges Messsystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung der Außenkontur von

dreidimensionalen Messobjekten sowie ein zugehöriges Messsystem.

Verfahren und Systeme zum Vermessen von dreidimensionalen Objekten,

insbesondere industriellen Bauteilen und Gegenständen sind hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere werden im Maschinenbau eine Vielzahl an Bauteilen und Gegenständen zunächst computergestützt mittels eines CAD-Systems konstruiert und basierend auf diesem Bauteil gefertigt. Zur Prüfung der Bauteilqualität finden derartige Vermessungsverfahren und -Systeme Verwendung.

Messsysteme sind insbesondere auch zum Vergleich der Messung bezogen auf Referenzteile, Erkennen von bauteilspezifischen Merkmalen, die Lageerkennung des Bauteils zu einem vorgegebenen Koordinatensystems, Beschädigungen, Gut- /Schlecht-Unterscheidung vorgesehen. Insbesondere erfolgt hierbei die Messung mittels eines an einem Messroboter mit mehreren Bewegungsachsen freiendseitig angeordneten Messsensors, welcher in einem dreidimensionalen Raum bewegbar ist. Der Messsensor ist vorzugsweise als Lasermesssensor, und zwar als Zeilen- bzw. Linienlasersensor ausgebildet, mittels dem die äußere Kontur des Messobjektes zeilenweise erfasst wird. Vorzugsweise findet ein Sechs-Achsroboter mit

zugeordneter Robotersteuerung Verwendung, welcher in einem vorgegebenen dreidimensionalen Roboterkoordinatensystem bewegbar ist.

Nachteilig ist bei bekannten Verfahren zur Vermessung von industriellen Bauteilen und den zugehörigen Messsystemen die Wiederholgenauigkeit der Messung gering und das Vermessen eines Werkstückes erfordert einen hohen Zeitaufwand. Ausgehend von dem voranstehend genannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vermessung der Außenkontur von dreidimensionalen Messobjekten, insbesondere industriellen Bauteilen und ein zugehöriges Messsystem aufzuzeigen, welche eine verbesserte

Wiederholungsgenauigkeit aufweist und einen deutlich reduzierten Mess- und Auswertezeitaufwand erfordert. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur

Vermessung der Außenkontur gemäß dem Patentanspruch 1 und ein zugehöriges Messsystem gemäß dem Patentanspruch 1 3 gelöst.

Der wesentliche Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass der Robotereinheit ein raumfestes Roboterkoordinatensystem in Form eines raumfesten, dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems und zumindest ein objektbezogenes Hilfskoordinatensystem in Form eines objektbezogenen, dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems und dem Messsensor ein objektbezogenes Sensorkoordinatensystem in Form eines objektbezogenes zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystems zugeordnet sind, dass zur Vermessung der Außenkontur des dreidimensionalen Messobjekten mittels des Messsensors die Sensor koordinaten einer Vielzahl von Messpunkten auf der

Außenkontur des dreidimensionalen Messobjektes zeilenweise im objektbezogenen Sensorkoordinatensystem ermittelt werden und dass wenigstens die erfassten Sensorkoordinaten mittels einer Mess- und Auswerteroutine in die Hilfskoordinaten des dem objektbezogenen Sensorkoordinatensystem fest zugeordneten

objektbezogenen Hilfskoordinatensystem und anschließend die Hilfskoordinaten mittels einer Euler-Koordinatentransformation in Roboterkoordinaten des raumfesten Roboterkoordinatensystem umgerechnet werden. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die durch die Robotersteuerung aufgezeichneten Euler-Winkel zur beschleunigten Umrechnung der durch die Messsensoreinheit aufgezeichneten Messdaten in das raumfeste Roboterkoordinatensystem Verwendung finden, und zwar zur Durchführung einer Euler-Koordinatentransformation. Damit ist eine einfachere und schnellere Verknüpfung der aufgezeichneten Sensormessdaten mit den Robotermessdaten möglich, die zu einer verbesserten, insbesondere deutlich schnelleren Auswertung der Messdaten führen. Messobjekte können dadurch in weniger als der Hälfte der bisher erforderlichen Messdauer vermessen werden.

Häufig ergibt sich sogar eine Verbesserung um zwei Zehnerpotenzen. Auch kann die Aufzeichnung der Messdaten und die Auswertung der Messdaten getrennt voneinander durchgeführt werden, d.h. die Auswertung der Messdaten eines ersten Messobjektes kann zeitgleich zur Vermessung eines zweiten Messobjektes

durchgeführt werden. Damit können die Anzahl der zu verarbeitenden Messobjekte pro Zeitdauer weiter erhöht werden. Auch ist die Wiederholgenauigkeit der Messung im Vergleich zu marktüblichen Messverfahren bzw. Messsystemen deutlich besser und liegt beispielsweise im Bereich von 1μηι.

Vorteilhaft werden die Sensorkoordinaten mittels einer durch einen Lasermesssensor, insbesondere Zeilenlasermesssensor gebildete Messsensoreinheit aufgezeichnet. Hierdurch ist eine besonders genaue Aufzeichnung möglich.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Ursprung des

Hilfskoordinatensystems derart gewählt, dass dieser im Befestigungs- bzw.

Referenzpunkt der Messsensoreinheit an der Robotereinheit zu liegen kommt.

Dadurch ist eine besonders einfache Umrechnung zwischen den Sensor koordinaten und den Hilfskoordinaten möglich.

Vorteil hafterweise wird von der Messsensoreinheit der Abstand von der

Messsensoreinheit zum Messpunkt auf der Außenkontur des dreidimensionalen Messobjekts gemessen, wobei der gemessene Abstand in Form eines Vektors im objektbezogenen Sensorkoordinatensystem anhand der zugehörigen

Sensorkoordinaten aufgezeichnet wird. Hierbei werden mittels der Messsensoreinheit pro Zeile zwischen 500 und 1000, vorzugsweise zwischen 750 und 850 Messpunkte vermessen. Zur Führung der Messsensoreinheit wird in einer bevorzugten Ausführungsvariante eine durch einen Sechs-Achs-Roboter gebildete Robotereinheit verwendet, deren Roboterarme bezüglich dreier Rotationsachsen und dreier Schwenkachsen über die Robotersteuereinheit gesteuert bewegbar sind. Auch wird mittels der Messsensoreinheit die Außenkontur des dreidimensionalen Messobjektes mittels einer Vielzahl von parallel zueinander verlaufenden Zeilen vollständig abgetastet. Damit werden durch ein vorgegebenes Raster an Messpunkten die gesamte Außenkontur, auch kleine Hohlräume oder Ausnehmungen des Messobjektes erfasst.

Zur Vermessung des Messobjektes mittels der Robotereinheit wird die

Messsensoreinheit zeilenweise entlang der Außenkontur des dreidimensionalen Messobjektes verfahren wird und dabei werden die Sensorkoordinaten der

Messpunkte mittels der Messsensoreinheit und die Roboterkoordinaten der

Messsensoreinheit mittels der Robotersteuereinheit aufgezeichnet. Vorzugsweise werden während der Vermessung der Außenkontur des dreidimensionalen

Messobjektes von der Robotersteuereinheit die Euler-Winkel bezogen auf das raumfeste Roboterkoordinatensystem aufgezeichnet. Damit stehen diese für die erfindungsgemäße Datenauswertung bereits zur Verfügung.

Weiterhin vorteilhaft können die aufgezeichneten Sensorkoordinaten mittels einer Vektorverschiebung in die Hilfskoordinaten des dem objektbezogenen

Sensorkoordinatensystem fest zugeordneten objektbezogenen

Hilfskoordinatensystem umgerechnet werden. Hierdurch ergibt sich eine

Reduzierung der Auswertedauer der Messdaten. Die Messsensoreinheit wird in einer vorteilhaften Ausführungsvariante beim

Messvorgang vorzugsweise zeilenweise derart über das Messobjekt geführt, dass der durchschnittliche gemessene Abstand zwischen 60 cm und 100 cm, vorzugsweise zwischen 75 cm und 85 cm beträgt. Die Ausdrucke„näherungsweise",„im Wesentlichen" oder„etwa" bedeuten im Sinne der Erfindung Abweichungen vom jeweils exakten Wert um +/- 10%, bevorzugt um +/- 5% und/oder Abweichungen in Form von für die Funktion unbedeutenden Änderungen. Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten

Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandtei l der Beschreibung gemacht. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstel lung eines erfindungsgemäßen Messsystems zur Vermessung der Außenkontur von dreidimensionalen Objekten,

Fig. 2 eine perspektivische Darstel lung einer Robotereinheit gemäß Figur 1 und

Fig. 3 eine vereinfachte Darstel lung der verschiedenen Koordinatensysteme des erfindungsgemäßen Messsystems.

Figur 1 zeigt in einer vereinfachten schematischen Darstel lung ein Messsystems 1 zur Vermessung der Außenkontur 2 eines dreidimensionalen Messobjektes 3,

insbesondere von industriel len Bautei len, welches zum schnel len und flexiblen Vermessen der Form und/oder der Abmessungen der Außenkontur 2 eines dreidimensionalen Messobjektes 3 eingerichtet ist und mittels dem die Außenkontur 2 i n Form eines Datensatzes erfasst wird.

Das Messsystem 1 umfasst ei ne Roboterei nheit 4, vorzugsweise eine Sechs-Achs- Robotereinheit mit einer vorzugsweise integrierten Robotersteuereinheit 4', eine Messsensoreinheit 5 sowie ein Computersystem 6. Die Robotersteuereinheit 4' ist in Figur 1 mittels einer strichliert gezeichneten Linie angedeutet. Auch kann die

Messsensoreinheit 5 über eine eigene, nicht in den Figuren dargestel lte

Messsteuereinheit verfügen, die die Aufzeichnung der Messdaten steuert. Das Computersystem 6 ist zur Ausführung zumindest einer Mess- und

Auswerteroutine 7 eingerichtet und weist zur Visualisierung des dreidimensionalen Objektes 3 anhand durch die erfindungsgemäße Vermessung des dreidimensionalen Objektes 3 erhaltenen Daten eine in den Figuren nicht dargestel lte Monitoreinheit auf. Zur Visualisierung der Messdaten kann zusätzlich eine Visualisierungsroutine im Computersystem 6 ausgeführt werden.

Das Computersystem 6 ist über entsprechende Schnittstellen mit der

Robotersteuereinheit 4' und der Messsensoreinheit 5 bzw. dessen Messsteuereinheit verbunden. Mittels der genannten Mess- und Auswerteroutine 7 ist eine

Programmierung des Messverlaufes, eine Steuerung der Messung und eine

Auswertung der durch die Messung erhaltenen Messdaten, sowohl der Messdaten der Messsensoreinheit 5 als auch der Robotersteuereinheit 4' für das Messsystem 1 softwaretechnisch umgesetzt.

Die vorzugsweise als Sechs-Achs- Roboter ausgebildete Robotereinheit 4 ist um eine erste bis dritte Rotationsachse RA1 - RA3 sowie um eine erste bis dritte

Schwenkachse SA1 bis SA3 gesteuert verstellbar. Die Steuerung erfolgt hierbei vorzugsweise über die Robotersteuereinheit 4'.

Die Robotereinheit 4 ist in einer perspektivischen Darstellung in Figur 2 beispielhaft dargestellt. Gemäß der in Figur 2 beispielhaft dargestellten Ausführungsvariante weist die als Sechs-Achs- Roboter ausgebildete Robotereinheit 4 zumindest einen ersten bis vierten Roboterarm 4.1 , 4.2, 4.3, 4.4 auf, die beispielsweise unterschiedliche

Armlängen und -formen aufweisen können. Auch können in oder an den einzelnen Roboterarmen 4.1 - 4.4 Elektromotoreinheiten, vorzugsweise Servomotoreinheiten zur Erzeugung einer Dreh- oder Schwenkbewegung um die jeweilige erste bis dritte Rotationsachse RA1 - RA3 bzw. erste bis dritte Schwenkachse SA1 bis SA3 angeordnet sein oder in Wirkverbindung damit stehen. Diese Elektromotoreinheiten sind individuell mittels der Robotersteuereinheit 4' ansteuerbar.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Roboterarm 4.1 an einem Sockel 4.5 angeordnet, und zwar drehbar um die erste, vertikale Rotationsachse RA1 .

Hierzu weist der erste Roboterarm 4.1 ein erstes und zweites Armende auf, wobei das erste Armende drehbar um die erste, vertikale Rotationsachse RA1 am Sockel 4.5 montiert ist und das zweite Armende des ersten Roboterarmes 4.2 mit dem zweiten Roboterarm 4.2 verbunden ist. Der zweite Roboterarm 4.2 weist ebenfalls ein erstes und zweites Armende auf, wobei der zweite Roboterarm 4.2 schwenkbar um eine erste, horizontale Schwenkachse SA1 am ersten Roboterarm 4.1 angeordnet ist. Am gegenüberliegenden zweiten Armende des zweiten Roboterarmes 4.2 schließt sich der dritte Roboterarm 4.3 an, der ebenfalls ein erstes und zweites Armende aufweist. Der dritte Roboterarm 4.3 ist mit seinem ersten Armende schwenkbar um eine zweite, horizontale Schwenkachse SA2 mit dem zweiten Armende des zweiten Roboterarmes 4.2 verbunden. Hierbei ist der dritte Roboterarm 4.3 in einen vorderen und hinteren Armabschnitt 4.3', 4.3" aufgeteilt, die ebenfalls zueinander um eine zweite Rotationsachse RA2 drehbar sind, wobei die

Rotationsachse RA2 parallel zur Längsachse des dritten Roboterarmes 4.3 verläuft. An den dritten Roboterarm 4.3 schließt sich ein vierter, im Vergleich zu dem ersten bis dritten Roboterarmen 4.1 - 4.3 kürzerer Arm an, der um eine dritte

Schwenkachse SA3 mit dem zweiten Armende des dritten Roboterarmes 4.3 verbunden ist, und zwar mit seinem ersten Armende. Am gegenüberliegenden zweiten Armende des vierten Roboterarmes 4.4 ist eine Halteplatte 4.6 zur

Aufnahme und Befestigung der Messsensoreinheit 5 vorgesehen, die ihrerseits um die dritte Rotationsachse RA3 drehbar am zweiten Armende des vierten

Roboterarmes 4.4 angeordnet ist. Die dritte Rotationsachse RA3 verläuft

vorzugsweise parallel zur Längsachse des vierten Roboterarmes 4.4. Durch eine entsprechende Drehung und Rotation des ersten bis vierten Armes 4.1 bis 4.4 sowie der die Messsensoreinheit 5 aufnehmenden Halteplatte 4.6 ist damit eine

Positionieren der Messsensoreinheit 5 in unterschiedlichen Raumpositionen und in nahezu beliebigen Raumwinkeln zum dreidimensionalen Messobjekt 3 möglich. Die Messsensoreinheit 5 ist vorzugsweise als Zeilenmesssensor, vorzugsweise Laserzeilenmesssensor ausgebildet. Damit wird jeweils der kürzeste Abstand A zwischen einem Messpunkt M auf der Außenkontur 2 des dreidimensionalen Messobjektes 3 und einem Referenzpunkt R der Messsensoreinheit 5 erfasst. Als Referenzpunkt R wird vorzugsweise der Befestigungspunkt der Messsensoreinheit 5 an der Halteplatte 4.5 gewählt, der auf der dritten Rotationsachse RA3 zu liegen kommt. Die Messsensoreinheit 5 wird beim Messvorgang vorzugsweise zei lenweise derart über das Messobjekt 3 geführt, dass der durchschnittliche gemessene Abstand A vorzugsweise zwischen 60 cm und 1 00 cm, vorzugsweise zwischen 75 cm und 85 cm beträgt.

Beispielsweise durch eine Messung der Laufzeit des Laserstrahles wird mittels des Messsensors 2 der jeweilige Abstand A zum Messpunkt M ermittelt, und zwar entlang einer Zeile auf der Außenkontur 2 des dreidimensionalen Messobjektes 3. Vorzugsweise werden mittels des Messsensors 2 eine Vielzahl von Messpunkte M entlang der Zeile bzw. Linie erfasst bzw. aufgezeichnet und anschließend der Vorgang für eine daran anschließende Zeile bzw. Linie wiederholt. Auf diese Weise wird die Außenkontur 2 des dreidimensionalen Messobjektes 3 nahezu vollständig in einem vorgegebenen Raster abgetastet.

Die Anzahl der Messpunkte M pro Zeile beträgt beispielsweise zwischen 500 und 1000, vorzugsweise zwischen 750 und 850. In einer bevorzugten

Ausführungsvariante werden beispielsweise 800 Bildpunkte bzw. Messpunkte M pro Zeile bzw. Linie erfasst. Die Oberfläche bzw. Außenkontur 2 des dreidimensionalen Messobjektes 3 wird damit linienartig bzw. zeilenweise vollständig abgetastet, und zwar in einem vorgegebenen Raster, um aus den ermittelten Messdaten eine

Visualisierung und Auswertung des vermessenen dreidimensionalen Messobjektes 3 auf dem Computersystem 6 zu ermöglichen. Insbesondere kann hierdurch die gemessene Außenkontur 2 mit einer Soll-Außenkontur verglichen werden und damit die Fertigungsqualität überprüft werden.

Über die Messsensoreinheit 5 werden somit eine Vielzahl von Abstände A zwischen dem Referenzpunkt R und dem jeweiligen Messpunkt M jeweils in Form eines Vektors in einem zweidimensionalen objektbezogenen Sensorkoordinatensystem SKS erfasst, wobei das zweidimensionale objektbezogene Sensorkoordinatensystem SKS vorzugsweise ein objektbezogenes zweidimensionales kartesisches

Koordinatensystem mit einer x-Achse xs und einer y-Achse ys ist, dessen Ursprung im Referenzpunkt R des Messsensors 5 zu liegen kommt. Hierbei wird die jeweilige Position eines Messpunktes M im Sensorkoordinatensystem SKS anhand der

Sensorkoordinaten xs, ys erfasst bzw. aufgezeichnet. Neben dem objektbezogenen Sensorkoordinatensystem SKS ist ein

dreidimensionales objektbezogenes Hilfskoordinatensystem HKS vorgesehen, welches durch ein objektbezogenes dreidimensionales kartesisches

Koordinatensystem mit einer x-Achse xh, einer y-Achse yh und einer z-Achse zh gebildet ist und dessen Ursprung im Referenzpunkt R der Messsensoreinheit 5 zu liegen kommt. Die jeweilige Position eines Messpunktes M im objektbezogenen Hilfskoordinatensystem HKS ist analog zuvor anhand der Hilfskoordinaten xh, yh, zh gegeben. Vorzugsweise fällt zumindest eine der Achsen xs, ys des objektbezogenen Sensorkoordinatensystems SKS mit zumindest einer der Achsen xh, yh, zh des objektbezogenen Hilfskoordinatensystem HKS zusammen, d.h. das objektbezogenen Sensorkoordinatensystem SKS und das objektbezogenen Hilfskoordinatensystem HKS weisen einen festen Bezug zueinander auf, so dass eine Umrechnung der

Sensorkoordinaten xs, ys eines Messpunktes M in die zugehörigen Hilfskoordinaten xh, yh, zh problemlos möglich ist, vorzugsweise durch eine einfache

Vektorverschiebung. Damit ist die räumliche Lage bzw. Orientierung des

objektbezogenen Sensorkoordinatensystem SKS und des objektbezogenen

Hilfskoordinatensystem HKS abhängig von der jeweiligen Stellung der

Robotereinheit 4 bzw. deren Arme 4.1 bis 4.4 im dreidimensionalen Raum. Ferner ist der Robotereinheit 4 ein raumfestes Roboterkoordinatensystem RKS zugeordnet, welches durch ein raumfestes dreidimensionales kartesisches

Koordinatensystem mit einer x-Achse xr, einer y-Achse yr und einer z-Achse zr gebildet ist und dessen Ursprung sich vorzugsweise im Befestigungspunkt B des ersten Roboterarmes 4.1 im Sockel 4.5 befindet und auf der ersten Rotationsachse RA1 zu liegen kommt. Das raumfeste Roboterkoordinatensystem RKS bildet die

Grundlage für die Steuerung der Robotereinheit 4 mittels der Robotersteuereinheit 4'. D.h. die Steuerung der Arme 4.1 bis 4.4 der Robotereinheit 4 erfolgt über die zugehörige Robotersteuereinheit 4' über die Roboterkoordinaten xr, yr, zr des zugeordneten raumfesten Roboterkoordinatensystem RKS. Das raumfeste

Roboterkoordinatensystem RKS ist unabhängig von der jeweiligen Stellung der Robotereinheit 4 bzw. deren Arme 4.1 bis 4.4 im dreidimensionalen Raum.

Unterschiedlich hierzu ist das objektbezogene Hilfskoordinatensystems HKS ein im Raum nahezu beliebig dreh- und verschiebbares kartesisches Koordinatensystem. Figur 3 zeigt die Anordnung der unterschiedlichen Koordinatensysteme SKS, HKS und RKS anhand einer schematischen Darstellung.

Zur Beschreibung der Orientierung bzw. Drehlage des objektbezogenen

Hilfskoordinatensystems HKS in Bezug auf das raumfeste kartesische

Roboterkoordinatensystem RKS findet erfindungsgemäß eine Euler- Koordinatentransformation Anwendung. Die Umrechnung der Hilfskoordinaten xh, yh, zh der aufgezeichneten Messpunkte M in die Roboterkoordinaten xr, yr, zr erfolgt hierbei mittels der so genannten Euler-Drehmatrix D. Hierdurch wird die Drehung des Roboterkoordinatensystem RKS in das Hilfskoordinatensystems HKS um mehrere Drehachsen abgebildet, wobei die Drehung des Roboterkoordinatensystem RKS in drei Schritten nacheinander erfolgt, deren Drehwinkel als die drei„Euler"-Winkel a, ß, γ bekannt sind. Die erste Drehachse ist eine raumfeste, die beiden anderen Drehachsen sind bei den jeweils anderen Drehungen mitgedrehte Achsen. Im vorliegenden Fal l ist die erste Rotationsachse RA1 die raumfeste Drehachse, d.h. es erfolgt eine Drehung um die z-Achse zr des Roboterkoordinatensystems RKS um einen Winkel a. Anschließend wird um die y-Achse yr des

Roboterkoordinatensystems RKS um einen Winkel ß und die x- Achse xr des

Roboterkoordinatensystems RKS um einen Winkel γ gedreht. Die drei Winkel α, ß, γ stellen die„Euler"-Winkel dar.

Damit können die als Hilfskoordinaten xh, yh, zh im objektbezogenen

Hilfskoordinatensystem HKS vorliegenden Koordinaten eines Messpunktes M der Außenkontur 2 eines dreidimensionalen Messobjektes 3 durch eine entsprechende Eulerkoordinatentransformation schnell und einfach in die zugehörigen

Roboterkoordinaten xr, yr, zr des raumfesten Roboterkoordinatensystem RKS umgerechnet werden, wobei aufgrund des festen Bezuges zwischen dem

Sensorkoordinatensystem SKS und dem Roboterkoordinatensystem RKS bei Kenntnis der Koordinaten eines Messpunktes M einer Messzeile auf die weiteren in einer Zeile befindlichen Messpunkte M geschlossen werden kann. Zur Umrechnung der

Roboterkoordinaten xr, yr, zr des raumfesten Roboterkoordinatensystem RKS in die Hi lfskoordinaten xh, yh, zh des objektbezogenen Hi lfskoordinatensystem H KS findet folgende Euler-Drehmatrix D Verwendung: c

D s

Ein die Roboterkoordinaten xr, yr, zr des raumfesten Roboterkoordinatensystem RKS aufweisender Messpunkt M ist durch Multiplikation mit der Drehmatrix D wie folgt in die Hi lfskoordinaten xh, yh, zh des Hi lfskoordinatensystem H KS umrechenbar:

Durch Bi ldung der invertierten Drehmatrix D^"1, welche im Fal le einer orthogonalen Drehmatrix der transponierten Drehmatrix D^T entspricht, kann wie folgt von den Hi lfskoordinaten xh, yh, zh auf die Roboterkoordinaten xr, yr, zr umgerechnet werden:

Aufgrund des festen Bezugs zwischen dem objektbezogenen Hi lfskoordinatensystem H KS und dem objektbezogenen Sensorkoordinatensystem SKS, der vorzugsweise derart gewählt wird, dass die Ursprünge beider Koordinatensysteme SKS, H KS identisch sind und zumindest eine der Koordinatenachse des objektbezogenen Sensorkoordinatensystem SKS mit einer Koordinatenachse des objektbezogenen Hi lfskoordinatensystem H KS zusammen fäl lt, kann bei Kenntnis der Koordinaten eines Messpunktes M einer Messzei le durch eine entsprechende Vektorverschiebung schnel l und einfach auf die Koordinaten der weiteren Messpunkte M einer Messzei le geschlossen werden. Beispielsweise wird mittels der Messsensoreinheit 5 der Abstand A vom Referenzpunkt R des Messsensors 4 zum Messpunkt M ermittelt, so dass aufgrund der raumfesten Beziehungen zwischen dem objektbezogenen

Sensorkoordinatensystem SKS und dem objektbezogenen Hilfskoordinatensystem HKS aus den durch den ermittelten Abstand A vorliegenden Sensorkoordinaten xs, ys unmittelbar in die entsprechenden Hilfskoordinaten xh, yh, zh umgerechnet werden können. Bei der Ansteuerung der Robotereinheit 4 werden von der Robotersteuereinheit 4' neben den Roboterkoordinaten xr, yr, zr des Referenzpunkts R auch die zugehörigen Euler-Winkel α, ß, γ mit aufgezeichnet, so dass diese für die Umrechnung zwischen den Koordinatensystemen HKS, RKS im jeweiligen Messpunkt M bereits in der Robotersteuereinheit 4' zur Verfügung stehen.

Auch kann eine parallele Verarbeitung der aufgezeichneten Messdaten erfolgen, und zwar kann zum einen mittels der Messsensoreinheit 5 zunächst eine Vielzahl von Messpunkten M auf der Oberfläche des Messobjektes 2 erfasst werden, die anschließend dem Computersystem 6 zur Auswertung mittels der Mess- und

Auswerteroutine 7 zugeführt werden. Damit ist eine getrennte Messung und

Auswertung der Messdaten möglich.

In einer Ausführungsvariante kann eine Kollisionsüberwachungsroutine im

Computersystem 6 ausgeführt werden, mittels der eine Kollision der an der

Robotereinheit 4 montierten Messsensoreinheit 5 mit dem Messobjekt 3 vor

Durchführung des Messvorganges überprüft und damit verhindert werden kann.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne dass dadurch der der Erfindung zugrunde liegend Erfindungsgedanke verlassen wird. Bezugszeichenliste

Messsystem

Außenkontur

dreidimensionales Messobjekt

Robotereinheit

Robotersteuerei n heit

erster Roboterarm

zweiter Roboterarm

dritter Roboterarm

vorderer Armabschnitt

hinterer Armabschnitt

vierter Roboterarm

Sockel

Halteplatte

Messsensor

Computersystem

Mess- und Auswerteroutine

Abstand

Messpunkt

Referenzpunkte

erste Rotationsachse

zweite Rotationsachse

dritte Rotationsachse

erste Schwenkachse

zweite Schwenkachse

dritte Schwenkachse

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Vermessung der Außenkontur (2) von dreidimensionalen

Messobjekten (3), insbesondere von industriel len Bautei len mittels eines Messsystems (1 ) umfassend eine Robotereinheit (4) mit mehreren

Roboterarmen (4.1 - 4.4) und einer vorzugsweise integrierten

Robotersteuereinheit (4'), zumindest einem freiendseitig an einem Roboterarm (4.4, 4.5) der Robotereinheit (4) angeordneten Messsensoreinheit (5) und zumindest einem Computersystem (6), bei dem der Robotereinheit (4) ein raumfestes Roboterkoordinatensystem (RKS) in Form eines raumfesten, dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems und zumi ndest ein objektbezogenes Hi lfskoordinatensystem (H KS) in Form eines

objektbezogenen, dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems und der Messsensoreinheit (5) ein objektbezogenes Sensorkoordinatensystem (SKS) in Form eines objektbezogenes zweidimensionalen kartesischen

Koordi natensystems zugeordnet sind, bei dem zur Vermessung der

Außenkontur (2) des dreidimensionalen Messobjekten (3) mittels der

Messsensoreinheit (5) die Sensor koordinaten (xs, ys) einer Vielzahl von Messpunkten (M) auf der Außenkontur (2) des dreidimensionalen

Messobjektes (3) zei lenweise im objektbezogenen Sensorkoordinatensystem (SKS) aufgezeichnet werden, bei dem wenigstens die aufgezeichneten

Sensorkoordinaten (xs, ys) der Messpunkte (M) mittels einer Mess- und

Auswerteroutine (7) in die Hi lfskoordinaten (xh, yh, zh) des dem

objektbezogenen Sensorkoordinatensystem (SKS) fest zugeordneten

objektbezogenen Hi lfskoordinatensystem (H KS) und ansch ließend die

Hi lfskoordinaten (xh, yh, zh) mittels einer Euler-Koordinatentransformation in Roboterkoordinaten (xr, yr, zr) des raumfesten Roboterkoordinatensystem (RKS) umgerechnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die

Sensorkoordinaten (xs, ys) mittels einer durch einen Lasermesssensor, insbesondere Zei lenlasermesssensor gebildete Messsensoreinheit (5) aufgezeichnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der

Ursprung des Hi lfskoordinatensystems (H KS) derart gewählt wird, dass dieser im Befestigungs- bzw. Referenzpunkt (R) der Messsensoreinheit (5) an der Robotereinheit (4) zu liegen kommt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messsensoreinheit (5) der Abstand (A) von der Messsensoreinheit (5) zum Messpunkt (M) auf der Außenkontur (2) des dreidimensionalen Messobjekts (3) gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Abstand (A) in Form eines Vektors im objektbezogenen

Sensorkoordinatensystem (SKS) anhand der zugehörigen Sensorkoordinaten (xs, ys) aufgezeichnet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Führung der Messsensoreinheit (5) eine durch einen Sechs-Achs-Roboter gebi ldete Robotereinheit (4) verwendet wird, dessen Roboterarme (4.1 - 4.4) bezüglich dreier Rotationsachsen (RA1 , RA2, RA3) und dreier Schwenkachsen (SA1 , SA2, SA3) über die Robotersteuereinheit (4') gesteuert bewegbar sind.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Messsensoreinheit (5) pro Zei le zwischen 500 und 1 000, vorzugsweise zwischen 750 und 850 Messpunkte (M) vermessen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der

Messsensoreinheit (5) die Außenkontur (2) des dreidimensionalen

Messobjektes (3) mittels einer Vielzahl von paral lel zueinander verlaufenden Zei len vol lständig abgetastet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermessung des Messobjektes (2) mittels der Robotereinheit (4) die Messsensoreinheit (5) zei lenweise entlang der Außenkontur (2) des

dreidimensionalen Messobjektes (2) verfahren wird und dabei die

Sensorkoordinaten (xs, ys) der Messpunkte (M) mittels der Messsensoreinheit (4) und die Roboterkoordinaten (xr, yr, zr) der Messsensoreinheit (4) mittels der Robotersteuereinheit (4') aufgezeichnet werden.

1 0. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während der Vermessung der Außenkontur (2) des dreidimensionalen

Messobjektes (3) von der Robotersteuereinheit (4') die Euler-Winkel (α, ß, γ) bezogen auf das raumfeste Roboterkoordinatensystem (RKS) aufgezeichnet werden.

1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgezeichneten Sensorkoordinaten (xs, ys) mittels einer

Vektorverschiebung in die Hilfskoordinaten (xh, yh, zh) des dem

objektbezogenen Sensorkoordinatensystem (SKS) fest zugeordneten

objektbezogenen Hi lfskoordinatensystem (H KS) umgerechnet werden.

1 2. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Messsensoreinheit (5) beim Messvorgang vorzugsweise zei lenweise derart über das Messobjekt (3) geführt wird, dass der durchschnittliche gemessene Abstand (A) zwischen 60 cm und 1 00 cm, vorzugsweise zwischen 75 cm und 85 cm beträgt.

1 3. Messsystem zur Durchführung des Verfahrens zur Vermessung der

Außenkontur (2) von dreidimensionalen Messobjekten (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 2 umfassend eine Robotereinheit (4) mit mehreren

Roboterarmen (4.1 - 4.4) und einer vorzugsweise integrierten

Robotersteuereinheit (4'), zumindest einem freiendseitig an einem Roboterarm (4.4, 4.5) der Robotereinheit (4) angeordneten Messsensoreinheit (5) und zumindest einem Computersystem (6), bei dem das Computersystem (6) derart eingerichtet ist, dass der Robotereinheit (4) ein raumfestes

Roboterkoordinatensystem (RKS) in Form eines raumfesten, dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems und zumindest ein objektbezogenes

Hi lfskoordinatensystem (H KS) in Form eines objektbezogenen,

dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystems und der

Messsensoreinheit (5) ein objektbezogenes Sensorkoordinatensystem (SKS) in Form eines objektbezogenes zweidimensionalen kartesischen

Koordi natensystems zugeordnet sind, dass zur Vermessung der Außenkontur (2) des dreidimensionalen Messobjekten (3) mittels der Messsensoreinheit (5) die Sensorkoordinaten (xs, ys) einer Vielzahl von Messpunkten (M) auf der Außenkontur (2) des dreidimensionalen Messobjektes (3) zei lenweise im objektbezogenen Sensorkoordinatensystem (SKS) aufgezeichnet werden, dass wenigstens die aufgezeichneten Sensor koordinaten (xs, ys) der Messpunkte (M) mittels einer Mess- und Auswerteroutine (7) in die H i lfskoordinaten (xh, yh, zh) des dem objektbezogenen Sensorkoordinatensystem (SKS) fest zugeordneten objektbezogenen Hi lfskoordinatensystem (H KS) und

anschließend die Hi lfskoordinaten (xh, yh, zh) mittels einer Euler- Koordi natentransformation in Roboterkoordinaten (xr, yr, zr) des raumfesten Roboterkoordinatensystem (RKS) umgerechnet werden.