DE102006048030A1

DE102006048030A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Spaltmaß und Bündigkeit angrenzender Bauteile

Info

Publication number: DE102006048030A1
Application number: DE102006048030A
Authority: DE
Inventors: Frank Dr. Forster; Michael Metzler; Frank Schneider
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2006-10-09
Filing date: 2006-10-09
Publication date: 2008-04-17
Also published as: EP2076882A2; WO2008043685A2; WO2008043685A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Spaltmaßes. Von dem Bereich mit dem zu untersuchenden Spalt wird hierzu ein dreidimensionales Abbild erzeugt. Die Messwerte der den Spalt bestimmenden Konturen werden geglättet und anschließend das Spaltmaß (Sp) aus den geglätteten Konturen nach einer gespeicherten Anweisung ermittelt. Außerdem betrifft die Erfindung eine zugehörige Vorrichtung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines zwei Konturen zugeordneten Spaltmaßes.
Eine automatisierte Methode zum passgenauen Einsetzen und Anlegen von Verbaukomponenten in Beziehung zur Verbauumgebung ist aus der US 7,024,032 B2 bekannt. Nach dieser Methode werden Messdaten für Verbaukomponenten gesammelt und die Verbauumgebung durch Modelldaten definiert. Die Montageumgebung wird durch Oberflächenobjekte bestimmt, welche an die Montagekomponenten innerhalb einer Montagekonfiguration angrenzen. Es werden die Messdaten mit den Modelldaten für die Montageumgebung verglichen und die Montagekomponenten in Beziehung zu den Modelldaten eingebaut. Mittels Lasersonden werden einzelne Spaltpunkte vermessen. Für den Fall, dass die Spaltpunkte weiter voneinander beabstandet sind, ist eine entsprechende Anzahl von Sonden zur Vermessung erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass Spaltmaße mit höherer Genauigkeit und geringerem Aufwand ermittelt werden können.
Als Lösung hierzu werden ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 angegeben.
Weiterbildungen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 sind den Unteransprüchen 2 bis 5 zu entnehmen.
Besonders vorteilhafte Weiterführungen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 sind durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 2 und Anspruch 3 gegeben, mit denen auf einfache Weise ein topographisches Abbild des Vermessungsbereiches erzeugt werden kann.
Besonders vorteilhaft kann das Verfahren bei der Vermessung von Konturen und/oder Kanten bezüglich Spaltmaß und/oder Bündigkeit im Automobilbereich angewandt werden.
Werden das oder die ermittelten Spaltmaße mit gespeicherten Sollwerten verglichen und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs eine Einrichtung gesteuert, mit der das Spaltmaß entsprechend veränderbar ist, so ist hiermit eine wesentliche Erleichterung bei der Fertigung im allgemeinen und insbesondere im Automobilbau möglich.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung eines Spaltmaßes,
2 einen Spalt bildende Konturen und
3 ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung eines Spaltmaßes.
In 1 ist eine Vorrichtung zur Vermessung von Konturen und Kanten bezüglich Spaltmaß und Bündigkeit angrenzender Bauteile dargestellt. Diese Vorrichtung umfasst einen Projektor 1, eine Kamera 2 und eine Auswerteeinheit 3, die gemeinsam in einem als Sensor 4 zu bezeichnenden Messgerät untergebracht sein können. Insbesondere bei der Vermessung von Karossen im Automobilbau kann eine solche Vorrichtung vorteilhaft verwendet werden. Prinzipiell sind dabei die hier beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung und das zugehörige Verfahren auch für die Vermessung anderer Bauteile anwendbar.
Der Projektor 1 projiziert gemäß 1 kodiertes Licht auf den abzubildenden Bereich, der hier zwei Konturen A, B von beliebigen Bauteilen aufweist, die in den Teilbereichen Cx, Dx einen Spalt bilden. Zumindest an einer vordefinierten Messstelle ist aufgabengemäß das Spaltmaß Sp zu ermitteln. Hierzu erfasst die Kamera 2 die beleuchteten Konturen A, B in einem Farb- oder Grauwertbild, aus dem mit Hilfe von Triangulation ein topografisches Abbild erzeugt wird. Dies erfolgt mit Hilfe der Auswerteeinheit 3 aufgrund der Kenntnis des Abstands zwischen dem Projektor 1 und der Kamera 2 sowie den zu einem Objektpunkt und seinem Abbild zugeordneten Lichtstrahlen und ihren Winkeln in bekannter Weise. Die auf diese Weise für die Konturen A, B erhaltenen Messwerte, die in Form von Koordinaten eines ortsfesten Koordinatensystems vorliegen, sind mit Messungenauigkeiten behaftet. Dies bedeutet, dass zwei parallele Konturen in starker Vergrößerung als Zick-Zack-Linien abgebildet werden, wie beispielhaft in 2 dargestellt.
Erfindungsgemäß werden in der Auswerteeinheit 3 die Messwerte geglättet und das Spaltmaß Sp aus den geglätteten Konturen C, D (siehe 2) abgeleitet. Dazu wird an vordefinierter Stelle von einem ersten Messpunkt M1 auf der ersten geglätteten Kontur C ausgegangen und gemäß einer in einem Speicher, z.B. der Auswerteeinheit 3 hinterlegten Anweisung der zweite Messpunkt M2 auf der zweiten geglätteten Kontur D aufgesucht, um den Abstand zwischen den beiden Messpunkten M1, M2 als Spaltmaß Sp zu ermitteln.
Die gespeicherte Anweisung kann beispielsweise darin bestehen, dass zunächst die Tangente an die erste geglättete Kontur im Messpunkt M1 gelegt wird und hierauf die Senkrechte errichtet wird, die als Schnittpunkt mit der zweiten geglätteten Kontur D den gesuchten zweiten Messpunkt M2 ergibt. Abhängig von der jeweiligen Aufgabenstellung können aber auch andere Anweisungen zur Bestimmung des zweiten Messpunktes M2 dienen.
In der vorbeschriebenen Weise werden gemäß 1 auch Spaltmaße Sp in den Teilbereichen Cx, Dx der Konturen A, B ermittelt, wobei hier nur beispielhaft ein Spaltmaß Sp dargestellt ist. Üblicherweise besteht, wie im Karosseriebau in der Auto mobilindustrie, die Aufgabe, Spaltmaße nicht nur zu ermitteln, sondern Sollwerte von Spaltmaßen an vorgegebenen Messpunkten einzuhalten. Hierzu ist die Vorrichtung gemäß 1 außerdem mit einem Speicher 5 versehen, in dem die Sollwerte abgespeichert sind. In der Auswerteeinheit 3 werden die ermittelten Spaltmaße Sp mit den jeweiligen abgespeicherten Sollwerten verglichen und hieraus Korrekturwerte berechnet. Diese werden einer Steuereinheit 6 zugeführt, die eine Einrichtung 7, z.B. einen Roboter steuert, um mit diesem die Lage der Konturen auf das gewünschte Spaltmaß, d.h. Sollwert zu korrigieren.
Die oben beschriebene Vorrichtung und das mit ihr durchgeführte Verfahren zur Ermittlung des Spaltmaßes ist auch zur Beurteilung der Bündigkeit geeignet.
Im Karosseriebau in der Automobilindustrie, aber auch an anderer Stelle, wird eine Bündigkeit von Bauteilen angestrebt. Hierbei wird oftmals vorgegeben, wieweit eine Kontur des einen Bauteils gegenüber einer anderen Kontur eines anderen Bauteils überstehen darf. Vereinfacht ist dies in 1 dargestellt, in der der Teilbereich Cy der Kontur A von der gestrichelten Linie Dy beabstandet ist, die eine fluchtende Linie der Kontur B darstellt. Die Einhaltung der Bündigkeit kann demnach auf die Ermittlung des Spaltmaßes Sp in diesem Bereich zurückgeführt werden. Demzufolge bieten die vorliegende Vorrichtung und das zugehörige Verfahren auch eine Lösung zum bündigen Einbau von Bauteilen, wie z.B. dem bündigen Einbau von Scheiben in einer Autokarosse.
Im Folgenden wird das mit der oben beschriebenen Vorrichtung ausgeführte Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Spaltmaßes anhand eines Ablaufdiagramms gemäß 3 beschrieben, das hier auch spezielle Verfahrensschritte bei der Automobilfertigung umfasst.
Danach wird die zu vermessende Karosse zunächst positioniert. Da die zu untersuchenden Qualitätspunkte nach Karossen-Typ unterschiedlich sind, wird zunächst der Karossen-Typ bestimmt, für den die Qualitätspunkte in einem Speicher abgelegt sind. Es wird z.B. mit der oben beschriebenen Vorrichtung ein dreidimensionales Abbild der Karosse oder eines Teilbereichs der Karosse erzeugt. Die als Koordinaten vorliegenden Messwerte des abgebildeten Bauteils, z.B. der Karosse, oder eines Bereichs davon, der die Konturen mit dem zu vermessenden Spalt umfasst, werden durch eine Glättung korrigiert. Somit liegen geglättete Messwerte für die Konturen vor, die den Spalt bilden, für den an den gegebenen Qualitätspunkten die Spaltmaße Sp ermittelt werden. Diese Spaltmaße Sp werden mit abgespeicherten Sollwerten verglichen und daraus Korrekturwerte gebildet, die nach Bedarf angezeigt werden können. Die Korrekturwerte werden einer Steuereinheit 6 (siehe 1) zugeführt, die daraufhin eine Einrichtung 7 (siehe 1), z.B. einen Roboter in der Weise steuert, dass der Spalt oder die Bündigkeit mit dem Ziel der Einhaltung von vorgegebenen Sollwerten verändert werden. Nach jeder Korrektur der Position durch den Roboter werden erneut in der oben beschriebenen Weise ein dreidimensionales Abbild erzeugt und in den anschließenden Schritten wie oben erläutert die Spaltmaße auch ggf. zur Einhaltung der geforderten Bündigkeit ermittelt.

Claims

Verfahren zur Ermittlung mindestens eines zwei Konturen (Cx, Dx) zugeordneten Spaltmaßes (Sp) in folgenden Schritten: a) Von dem Bereich mit dem zu untersuchenden Spalt wird ein dreidimensionales Abbild erzeugt, b) die Messwerte der den Spalt bestimmenden Konturen werden geglättet, c) ausgehend von einem ersten Messpunkt (M1) auf einer der geglätteten Konturen (C) wird an einer Messstelle, für die das Spaltmaß (Sp) zu ermitteln ist, nach einer gespeicherten Anweisung ein zweiter Messpunkt (M2) an der jeweils anderen geglätteten Kontur (D) bestimmt und aus beiden Messpunkten (M1, M2) das gesuchte Spaltmaß (Sp) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des dreidimensionalen Abbilds die Triangulation verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des dreidimensionalen Abbilds ein Projektor (1) kodiertes Licht auf den abzubildenden Bereich projiziert und eine Kamera (3) den beleuchteten Bereich in einem Farb- oder Grauwertbild erfasst, aus dem mit Hilfe von Triangulation ein topografisches Abbild erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Vermessung von Konturen und/oder Kanten bezüglich Spaltmaß und/oder Bündigkeit im Automobilbereich verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ermittelten Spaltmaße mit gespeicherten Sollwerten verglichen werden und abhängig vom Ergebnis des Vergleichs eine Einrichtung (7) gesteuert wird, mit der das Spaltmaß (Sp) entsprechend veränderbar ist.
Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines zwei Konturen (Cx, Dx) zugeordneten Spaltmaßes (Sp) mit einem Projektor (1), mit dem kodiertes Licht auf einen abzubildenden Bereich projizierbar ist, mit einer Kamera (2), mit der ein Farb- oder Grauwertbild erfassbar ist, aus dem in einer Auswerteeinheit (3) mit Hilfe von Triangulation ein topografisches Abbild erzeugbar ist, das die Konturen (Cx, Dx) mit dem zu vermessenden Spalt enthält, wobei die Auswerteeinheit (3) zur Glättung der die Konturen wiedergebenden Messwerte dient, aus denen nach einer abgespeicherten Anweisung das Spaltmaß (Sp) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) zum Vergleich zwischen dem ermittelten Spaltmaß (Sp) und einem zugehörigen Sollwert sowie zur Ermittlung eines hierauf basierenden Korrekturwertes dient.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (6) vorgesehen ist, mit der aufgrund des Korrekturwertes eine Einrichtung (7) steuerbar ist.