WO2019110051A9 - Anordnung für ein messsystem zum messen an einem messobjekt und verfahren zum messen an einem messobjekt mittels eines messsystems - Google Patents

Anordnung für ein messsystem zum messen an einem messobjekt und verfahren zum messen an einem messobjekt mittels eines messsystems Download PDF

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WO2019110051A9
WO2019110051A9 PCT/DE2018/100987 DE2018100987W WO2019110051A9 WO 2019110051 A9 WO2019110051 A9 WO 2019110051A9 DE 2018100987 W DE2018100987 W DE 2018100987W WO 2019110051 A9 WO2019110051 A9 WO 2019110051A9
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measuring arm
articulated
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Alina Grädener
Leo Rokeach
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Graedener Alina
Leo Rokeach
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/004—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points
    • G01B5/008—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/03—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring coordinates of points

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for a measuring system for measuring on a measuring object and to a method for measuring on a measuring object by means of a measuring system,
  • Measuring systems are known in which Armgiiedern are connected via joints.
  • the number of joints is called the number of possible degrees of freedom (DOF) or number of axes.
  • the document WO 2007/017235 A2 relates to a robot coordinate measuring machine arm comprising a robot, a coordinate measuring machine arm and transmission center.
  • the robotic coordinate measuring machine arm is configured to translate and / or rotate a probe end in a haptic mode and further includes a gripping arm for receiving the hand pressure of a haptic control operator, wherein the gripping arm is mounted behind a final hinge on the robot arm.
  • the document DE 10 2014 105 456 A1 discloses a method for measuring the outer contour of three-dimensional measuring objects.
  • the method relates in particular to the measurement of industrial components by means of a measuring system comprising a robot unit with a plurality of robot arms and a preferably integrated robot control unit, at least one free-end side on a robot arm the robot unit arranged measuring sensor unit and at least one computer system.
  • Document DE 10 2010 043 798 A1 discloses a method for determining systematic geometric deviations in a technical multi-body system comprising an end effector and a base. Summary
  • an arrangement for a measuring system for measuring on a measurement object.
  • the assembly includes an articulated arm with hinges, each having a geyser axis, and link members connecting the hinges in a serial articulated arm assembly.
  • It is a measuring arm comprising: measuring arm hinges each having a measuring arm pivot axis extending coaxially with the pivot axis of an associated hinge of the articulated arm; Rotary encoders which are each assigned to one of the measuring arm joints; and gauges that connect the gantry joints in a serial gage assembly.
  • the measuring arm forms with the articulated arm a parallel kinematics in which the end of the articulated arm is connected to one end of the measuring arm and an opposite end of the articulated arm to an opposite end of the measuring arm.
  • a measuring reference point is provided which is disposed on one of the member elements or on one of the measuring arm member elements associated with and connected to the link element, at least three of which are disposed between the end of the measuring arm and the measuring arm member.
  • a measuring device is provided, which is set up to determine a spatial position of the measuring reference point, taking into account measurement signals of the rotary encoders of the measuring arm joints.
  • a method of measuring on a measurement object by means of a measurement system comprises an articulated arm with joints, each having a tongue axis, and link elements connecting the joints in a serial articulated arm assembly, and a measuring arm with gauge joints, each having a gauge joint axis extending coaxially with the pivot axis of an associated hinge of the articulated arm , Encoders, each one of the measuring arm associated Lenkenke, and Messarmgliedierin that connect the Meßarmgelenke in a serial Meßarman nie.
  • the measuring arm forms a parallel kinematics with the Geienkarm, in which the end of the articulated arm with one end of the measuring arm and an opposite end of the articulated arm are connected to an opposite end of the measuring arm. Furthermore, a measuring reference point is arranged on one of the link elements or on one of the measuring arm member elements associated with and connected to the link element, at least three of the rotary encoders being arranged between the end of the measuring arm and the measuring arm link element, and a measuring device intended.
  • the method comprises the steps of: forming a parallel kinematics for the jaw and the measuring arm, wherein one end of the measuring arm is connected to the end of the articulated arm and an opposite end of the measuring arm to an opposite end of the articulated arm; manually moving the articulated arm, wherein the measuring arm is thereby moved in parallel; Acquisition of measurement signals for the encoders of the measuring arm joints by means of a measuring device; and determining a spatial position of the measurement reference point by including the measurement signals by means of the measuring device.
  • the spatial position (in particular position and / or orientation) of the measuring reference point can be determined from the measuring signals obtained from the rotary encoders in the measuring arm joints. From this, the position of the measuring reference point can then be determined.
  • the determination of the position for the measuring reference point, which serves as a measuring sensor, takes place with the help of the measuring arm, by means of the measuring device the measuring signals of the rotary encoders in the measuring arm joints are evaluated.
  • a vertical Messsysiem can be formed.
  • the parallel arm structure with the Geienkarm and measuring arm can also be used for a non-vertical measuring system, for example a measuring system mounted on an upright wall.
  • Old non-end Meßarmgfieder the measuring arm can be formed free of a connection with non-end member elements of the articulated arm. While the end-side measuring arm members of the measuring arm and the end-side link belts (arm members) of the counterbore arm are connected to one another, such a connection does not exist between the non-end arm arm members and the non-end member elements.
  • One or more of the non-end Messarmglieder of the measuring arm and the non-end Giiedereiemente the articulated arm may be associated with a connecting device which is adapted to form a detachable connection for the non-end Messarmgüeder and the non-end member members in pairs.
  • a connecting device which is adapted to form a detachable connection for the non-end Messarmgüeder and the non-end member members in pairs.
  • connection device overcomes this probability of non-sequencing. It is ensured that the measuring arm follows the movement of the Geienkarms in every position of the joints.
  • the connection device can be set up, for example, to form the detachable connection as a clamping connection.
  • the detachable connection can be activated and deactivated by means of assigned control signals and / or manually, so that the connection is formed or released for the activation / deactivation.
  • the detachable connection is made manually to release later, for example, if there is no likelihood that the measuring arm bet would not follow this movement of the articulated arm for subsequent movement of the articulated arm robot assembly .
  • the associated control signals for activating and deactivating can be generated, for example, as a function of angular divisions of one or more of the measuring arm joints.
  • the respective angular position of one or more of the measuring arm joints can be used to activate or deactivate the detachable connection, ie to close or open it.
  • measuring signals for Joint positions of the joints of the articulated arm are used to determine a position that triggers the activation of the releasable connection.
  • the link elements of the articulated arm can have an element housing, and the measuring arm can be arranged at least in sections in one or more of the element housings.
  • measuring arm member elements of the measuring arm run in the element housing
  • the articulated arm and the measuring arm can each have at least five axes of rotation, which are ready with the joints and the measuring arm joints.
  • the Geienkarm and the measuring arm on six or more joints with associated axes of rotation.
  • the Messarmgliedieri may consist of rods of a fiber-reinforced material,
  • a fiber-reinforced material for example, carbon fiber reinforced materials can be used.
  • the measurement reference point may at one: be arranged end-effector, which is located at the sectional element or the Messarmgiiederemia, which is assigned to the sectional element and connected thereto.
  • end-effector which is located at the sectional element
  • Messarmgiiederemia which is assigned to the sectional element and connected thereto.
  • a connection device for one or more non-end Meßarmglieder of the measuring arm and non-end members of the articulated arm is activated when a singular arm position is determined for the articulated arm and / or the measuring arm, by predetermined positions for one or several of the joints / measuring arm joints is determined, wherein when activating the connection means one or more detachable connections between the non-end Messarmgliedern and the non-end member elements are paired.
  • the releasable connection can be activated for single or multiple movement sections, whereas the connection is released in other movement sections.
  • the loosening or connection may vary depending on the currently measured joint Positions for the measuring arm joints and / or the joints of the articulated arm are performed.
  • the measuring reference point is arranged on one of the control elements or on one of the measuring arm member elements, for example on a measuring element.
  • the measuring element can be formed with a stylus, for example a probe ball.
  • the position can be detected without contact using a laser distance measuring device.
  • a 3D camera can also be provided on the measuring element, with the aid of which a 3D image of the object to be measured can be detected,
  • the figure shows a schematic representation of an arrangement for a measuring system for measuring on a measuring object with an articulated arm 1 and a parallel thereto trained measuring arm 2.
  • Articulated arm 1 and measuring arm 2 form parallel kinematics (Paraileiarmstruk- tur), such that the measuring arm 2 a from the: articulated arm 1 executed arm movement (mandatory) tracked.
  • the articulated arm 1 is mounted on a platform 3 and has joints 4.1, .., 4.6, which are serially connected to each other via Giiederimplantation 5.1, .., 5.6.
  • the figure shows a simplified representation. Notwithstanding this, one or more of the elements Gii 5.1, ..., 5.6 may be directed at different angles in the plane of the drawing, as is known for articulated robot as such.
  • the measuring arm 2 has measuring joints 6.1, ..., 6.6 as well as these serially connecting Messarm- giieder institute 7.1, .... 7.6.
  • Rotary axes of the measuring arm joints 6.1, 6 . 6 are arranged coaxially to the axes of rotation of the joints 4.1, .... 4.6 End-side link elements 5.1, 5.6 and end Messarmglieder institute 7.1, 7.6 are firmly connected in pairs.
  • the measuring arm joints 6.1, 6.6 each have a rotary encoder which couples to a measuring device 8. Based on the measuring signals of the rotary encoder from the measuring arm joints 6.1, ..., 6.6, the measuring device 8, the position and / or orientation of an end 9 of the measuring arm 2 determine. From this, the position and / or orientation of an end 10 of the articulated arm 1 can be determined, on which a measuring reference point 11 is arranged, for example on a measuring element.
  • the measuring element can be formed with a stylus, for example a probe ball.
  • the position can be detected with a laser distance measuring device without contact.
  • a 3D camera can also be provided on the measuring element, with the aid of which a 3D image of the object to be measured can be detected.
  • the position determination by means of the measuring arm 2 makes it possible to determine the position and / or orientation of the measuring reference point 11.
  • the measuring arm member elements 7, 1, 7.6 may, for example, be designed as rods, for example of a fiber-reinforced material,
  • the arrangement for the measuring system has, on the measuring arm 2, preferably high-resolution rotary encoders in the measuring arm joints 6.1, 6, 6 parallel to the Geienkarm 1.
  • the axes of the measuring arm joints 6.1, .... 6.6 coincide with the axes of the joints 4.1, .... 4.6 (both axes of rotation are coaxial).
  • the axes of rotation of the arrangement with the measuring arm 2 are in the context of manufacturing accuracy and deformation accuracy coaxial with the respective axes of the Geienkarms first
  • the system is applied to a Secbs-Axis system, in which case the arrangement for the measuring system with the fixed link (frame) and the measurement Access point connected. Since a total of six axes movement is performed in the measuring system, the measuring system must be fixed in all six axes at the measuring reference point (fixed clamping). Also conceivable is a five-axis system. Here it would be necessary, so that no constraints arise in the measuring system, only five axes to stick to the measurement reference point - the axis of rotation, where the sixth axis would normally be, should be freely rotatable, the measuring system with the measuring arm 2 then also has only five angle rotary encoder ,
  • all six degrees of freedom of the measurement system can be maintained at the measurement reference point and only five axes can be kept at the beginning of the measurement system.
  • the degree of freedom of the first axis (vertical axis of rotation) should be kept free.
  • measuring systems with more than six axes can be equipped with such an arrangement.
  • the arrangement with the measuring arm 2 then has no more than six degrees of freedom. Then it would span only six axes.
  • the arrangement with the measuring arm 2 could have more than six rotary encoders, and a number of rotary encoders that are more than six can be guided by the articulated arm 1 with one degree of freedom.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt mit einem Gelenkarm, mit Gelenken, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen, und Gliederelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden; einem Messarm, mit Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt; Drehgebern, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind; und Messarmgliederelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden; wobei der Messarm mit dem Gelenkarm eine parallele Kinematik bildet, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Gelenkarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Messarms verbunden sind; einem Messbezugspunkt, der an einem der Gliederelemente oder an einem der Messarmgliederelemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbunden ist, angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende des Messarms und dem Messarmgliederelement wenigstens drei der Drehgeber angeordnet sind; und einer Messeinrichtung, die eingerichtet ist, unter Einbeziehung von Messsignalen der Drehgeber der Messarmgelenke eine räumliche Position des Messbezugspunkts zu bestimmen. Weiterhin ist ein Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems geschaffen.

Description

Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt und Verfahren zum Messen an einem Messobjeki mittels eines Messsystems
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt und ein Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems,
Hintergrund
Solche Anordnungen steilen eine Beweglichkeit im Raum bereit und finden in Messsystem Anwendung, mit denen Messobjekte unterschiedlicher Art vermessen werden können.
Es sind Messsysteme bekannt, bei denen Armgiiedern über Gelenke verbunden sind. Die Anzahl der Gelenke wird als die Anzahl der möglichen Freiheitsgrade (Englisch "Degrees of Freedom" = DOF) oder Anzahl der Achsen genannt.
Das Dokument WO 2007/017235 A2 betrifft einen Roboter-Koordinatenmessmaschinenarm, umfassend einen Roboter, einen Koordinatenmessmaschinenearm und Ubertragungsmitte!. Der Roboter-Koordinatenmessmaschinenarm ist konfiguriert zum Parallelverschieben und/oder Drehen eines Sondenendes in einem haptischen Modus und umfasst weiterhin einen Greifarm zum Empfangen des Handdrucks eines Bedieners für haptische Steuerung, Wobei der Greifarm hinter einem finalen Gelenk an dem Roboterarm montiert ist.
Aus dem Dokument DE 10 2014 105 456 Ä1 ist ein Verfahren zur Vermessung der Außenkontur von dreidimensionalen Messobjekten bekannt Das Verfahren betrifft insbesondere die Vermessung von industriellen Bauteilen mittels eines Messsystems umfassend eine Robotereinheit mit mehreren Roboterarmen und einer vorzugsweise Integrierten Robotersteuereinheit, zumindest einem freiendseitig an einem Roboterarm der Robotereinheit angeordneten Messsensoreneinheit und zumindest einem Computersystem.
In dem Dokument DE 10 2010 043 798 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung systematischer geometrischer Abweichungen in einem technischen Mehrkörpersystem, welches einen Endeffektor sowie eine Basis umfasst, offenbart. Zusammenfassung
Aufgabe der Erfindung Ist es, eine Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt und ein Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems anzugeben, mit denen eine verbesserte Messung ermöglicht ist.
Zur Lösung sind eine Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt und ein Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems nach den unabhängigen Ansprüchen 1 und 9 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt ist eine Anordnung für ein Messsystem: zum Messen an einem Messobjekt geschaffen. Die Anordnung weist einen Gelenkarm mit Gelenken, die jeweils eine Geien kachse aufweisen, und Gliederelementen auf, die die Gelenke in einer seriellen Gelenk- armanordnung verbinden. Es ist ein Messarm, aufweisend: Messarmgelenke, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Geienkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt; Drehgeber, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind; und Messarmgliedereiemente, die die Messarmgelenke In einer seriellen Messarmanordnung verbinden. Der Messarm bildet mit dem Gelenkarm eine parallele Kinematik, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Gelenkarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Messarms verbunden sind. Es ist ein Messbezugspunkt vorgesehen, der an einem der Gliedereiemente oder an einem der Messarmgliedereiemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbunden ist, angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende des Messarms und dem Messarmgliederelement wenigstens drei der Drehgeber angeordnet sind. Weiterhin ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist, unter Einbeziehung von Messsignalen der Drehgeber der Messarmgelenke eine räumliche Position des Messbezugspunkts zu bestimmen.
Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems geschaffen. Das Messsystem um fasst einen Gelenkarm mit Gelenken, die jeweils eine Geienkachse aufweisen, und Gliederelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden, sowie einen Messarm mit Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Geienkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt, Drehgebern, die jeweils einem der Messarmge- lenke zugeordnet sind, und Messarmgliederelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden. Der Messarm bildet mit dem Geienkarm eine parallele Kinematik, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Gelenkarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Mess- arms verbunden sind. Weiterhin sind ein Messbezugspunkt, der an einem der Gliedereie- mente oder an einem der Messarmgliederefemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbunden ist, angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende des Messarms Und dem Messarmgliederelement wenigstens drei der Drehgeber angeordnet sind, und einer Messeinrichtung vorgesehen. Das Verfahren weist die folgende Schritte auf: Ausbilden einer parallelen Kinematik für Geienkarm und Messarm, bei der ein Ende des Messarms mit dem Ende des Gelenkarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Messarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Gelenkarms verbunden wird; manuelles Bewegen des Gelenkarms, wobei der Messarm hierbei parallel mitbewegt wird; Erfassen von Messsignalen für die Drehgeber der Messarmgelenke mittels einer Messeinrichtung; und Bestimmen einer räumii- chen Position des Messbezugspunkts unter Einbeziehung der Messsignale mittels der Messeinrichtung.
Es ist eine parallele Ausbildung von Geienkarm und Messarm vorgesehen. Wird der Gelenk- arm vom Benutzer manuell bewegt, so führt der Messarm gezwungen die gleiche Bewegung aus, Die räumliche Lage (insbesondere Position und / oder Orientierung) des Messbezugspunkts kann anhand der von den Drehgebern in den Messarmgelenken erhaltenen Messsignalen bestimmt werden. Hieraus kann sodann die Lage des Messbezugspunkts bestimmt werden. Die Lagebestimmung für den Messbezugspunkt, welcher insoweit als Messgeber dient, erfolgt mithilfe des Messarms, indem mittels der Messeinrichtung die Messsignale der Drehgeber in den Messarmgelenken ausgewertet werden.
Werden Position und Orientierung bestimmt, kann dies auch als Bestimmung der Pose be- zeichnet.
Mit der Anordnung kann ein Vertikal-Messsysiem ausgebildet werden. Alternativ kann die Anordnung mit der Parallelarmstruktur mit Geienkarm und Messarm auch für einen Nicht- Vertikal- Messsystem verwendet werden, zum Beispiel einem Messsystem, das an einer aufrecht stehenden Wand montiert ist. Alte nicht endseitigen Messarmgfieder des Messarms können frei von einer Verbindung mit nicht endseitigen Gliedereiementen des Gelenkarms gebildet sein. Während die endseitigen Messarmglieder des Messarms sowie die endseitigen Gliedereiemenie (Armglieder) des Ge- Senkarms miteinander verbunden sind, besteht eine solche Verbindung zwischen den nicht endseitigen Messarmgliedern und den nicht endseitigen Gliederelementen nicht.
Einem oder mehreren der nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms und der nicht endseitigen Giiedereiemente des Gelenkarms kann eine Verbindungseinrichtung zugeordnet sein, die eingerichtet ist, für die nicht endseitigen Messarmgüeder sowie die nicht endseitigen Gliederelemente paarweise eine lösbare Verbindung auszubilden. Mithilfe der Verbindungs- einrichtung können einander zugeordnete Messarmglieder des Messarms und Gliederelemente des Gelenkarms, die in der jeweiligen seriellen Anordnung nicht endseltig angeordnet sind, beim Betrieb der Anordnung zeitweise miteinander verbunden werden. Dieses bedeu- tet, dass die lösbare Verbindung in einem Bewegungsabschnitt bestehen kann, wohingegen in einem hierauf folgenden Bewegungsabschnitt die Verbindung wieder gelöst ist, Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass der Messarm auch in singulären Stellungen der Gelenke des Geienkarms der Bewegung des Gelenkarms folgt, auch wenn aufgrund einer solchen singulären Steilung eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass dies nicht der Fall sein könnte. Mithilfe der Verbindungseinrichtung wird diese Wahrscheinlichkeit für ein Nichtfolgen überwunden. Es ist sichergestellt, dass der Messarm in jeder Stellung der Gelenke der Bewegung des Geienkarms folgt. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise eingerichtet sein, die lösbare Verbindung als eine Klemmverbindung auszubilden Die lösbare Verbindung kann mittels zugeordneter Steuersignale und / oder manuell aktivierbar und deaktivierbar sein, so dass die Verbindung auf die Aktivierung / Deaktivierung ausgebildet oder gelöst wird. Im Fail der manuellen Aktivierung wird die lösbare Verbindung manuell hergestellt, um diese später wieder zu lösen, beispielsweise dann, wenn für eine folgende Bewegung der Anordnung für den Knickarmroboter keine Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass der Messarm bet dieser Bewegung der Bewegung des Gelenkarms nicht folgen würde. Die zugeordneten Steuersignale zum Aktivieren und zum Deaktivieren können zum Beispiel in Abhängigkeit von Winkeisteilungen eines oder mehrerer der Messarmgelenke erzeugt werden. Hierbei kann die jeweilige Winkelstellung eines oder mehrerer der Messarmgelenke herangezogen werden, um die lösbare Verbindung zu aktivieren oder zu deakti- vieren, also zu schließen oder zu öffnen. Alternativ oder ergänzend können Messsignale für Gelenkstellungen der Gelenke des Gelenkarms zum Bestimmen einer Stellung herangezogen werden, die die Aktivierung der lösbaren Verbindung auslöst.
Die Gliederelemente des Gelenkarms können ein Elementgehäuse aufweisen, und der Messarm kann zumindest abschnittsweise in einem oder mehreren der Elementgehäuse angeordnet sein. Bei dieser Ausführungsform verlaufen beispielsweise Messarmgliedereie- mente des Messarms im Elementgehäuse,
Der Gelenkarm und der Messarm können jeweils mindestens fünf Drehachsen aufweisen, die mit den Gelenken und den Messarmgelenken bereitgesteilt sind. In einer Ausführungsform weisen der Geienkarm und der Messarm sechs oder mehr Gelenke mit zugeordneten Drehachsen auf.
Die Messarmgliederelemente können als Stäbe aus einem faserverstärkten Material bestehen, Hierbei können zum Beispiel kohlefaserverstärkte Materialien zum Einsatz kommen.
Der Messbezugspunkt kann an einem: Endeffektor angeordnet sein, welcher an dem Gliederelement oder dem der Messarmgiiederelemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbunden ist, angeordnet ist. in Verbindung mit dem Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems können die vorangehend erläuterten alternativen Ausgestaltungen entsprechend vorgesehen sein.
Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass eine Verbindungseinrichtung für ein oder mehrere nicht endseitige Messarmglieder des Messarms sowie nicht endseitige Gliederelemente des Gelenkarms aktiviert wird, wenn für den Gelenkarm und / oder den Messarm eine singuläre Armstellung bestimmt wird, die durch vorgegebene Stellungen für ein oder mehrere der Gelenke / Messarmgelenke bestimmt ist, wobei beim Aktivieren der Verbindungseinrichtung eine oder mehrere lösbare Verbindungen zwischen den nicht endseitigen Messarmgliedern und den nicht endseitigen Gliederelementen paarweise ausgebüdet werden. Im Laufe einer Bewegung von Gelenkarm und Messarm, die mehrere Bewegungsabschnitte oder -elemente aufweist, kann die lösbare Verbindung für einzelne oder mehrere Bewegungsabschnitte aktiviert werden, wohingegen die Verbindung in anderen Bewegungsabschnitten gelöst ist. Das Lösen oder Verbinden kann in Abhängigkeit von aktuell gemessenen Gelenk- Stellungen für die Messarmgelenke und / oder die Gelenke des Gelenkarms ausgeführt werden.
An einem der Giiederelemente oder an einem der Messarmgliederelemente ist der Messbe- zugspunkt angeordnet, zum Beispiel an einem Messglied. Das Messglied kann mit einem Taster gebildet sein, zum Beispiel einer Tastkugel. Weiter kann die Position mit einer Laser- Entfernungsmesseinrichtung berührungslos erfasst werden. Am Messglied kann auch eine 3D-Kamera vorgesehen sein, mit deren Hilfe ein 3D-Bi!d des Messobjektes erfasst werden kann,
Beschreibung von Ausführunqsbeispielen
Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Figur erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt mit einem Gelenkarm 1 und einem parallel hierzu ausgebildeten Messarm 2. Gelenkarm 1 und Mess arm 2 bilden parallele Kinematiken (Paraileiarmstruk- tur), derart, dass der Messarm 2 eine von dem: Gelenkarm 1 ausgeführte Armbewegung (zwingend) nachverfolgt.
Der Gelenkarm 1 ist auf einer Plattform 3 montiert und weist Gelenke 4.1 , .. , 4.6 auf, die über Giiederelemente 5.1 , .., 5.6 seriell miteinander verbunden sind. Die Figur zeigt eine vereinfachte Darstellung. Abweichend hiervon können ein oder mehrere der Giiederelemente 5.1 , ..., 5.6 unter unterschiedlichen Winkeln in die Zeichenebene hinein gerichtet sein, wie dies für Knickarmroboter als solches bekannt ist.
Der Messarm 2 weist Messgelenke 6.1 , ..., 6.6 sowie diese seriell verbindenden Messarm- giiederelemente 7.1 , .... 7,6 auf. Drehachsen der Messarmgelenke 6.1 , 6.6 sind koaxial zu den Drehachsen der Gelenke 4,1 , .... 4.6 angeordnet Endseitige Gliederelemente 5.1 , 5.6 sowie endseitige Messarmgliederelemente 7.1 , 7.6 sind paarweise miteinander fest verbunden.
Die Messarmgelenke 6.1 , 6.6 weisen jeweils einen Drehgeber auf, der an eine Messeinrichtung 8 koppelt. Anhand der Messsignale der Drehgeber aus den Messarmgelenken 6.1 , ... , 6.6 kann die Messeinrichtung 8 die Position und / oder die Orientierung eines Endes 9 des Messarms 2 bestimmen. Hieraus ist die Position und / oder die Orientierung eines Endes 10 des Gelenkarms 1 bestimmbar, an dem ein Messbezugspunkt 1 1 angeordnet ist, zum Beispiel an einem Messglied. Das Messglied kann mit einem Taster gebildet sein, zum Beispiel einer Tastkugel. Weiter kann die Position mit einer Laser-Entfernungsmesseinrichtung berührungsfos erfasst werden. Am Messglied kann auch eine 3D-Kamera vorgesehen sein, mit deren Hilfe ein 3D-8i!d des Messobjektes erfasst werden kann. Die Positionsbestimmung mithilfe des Messarms 2 ermöglicht das Bestimmen der Position und / oder Orientierung der Messbezugspunkt 1 1 .
Zum paarweisen Verbinden der endseitigen Gliederelemente 5.1 , 5.6 sowie der endseitige Messarmgliederelemente 7.1 , 7.6 sind Verbindungen 12, 13 vorgesehen, zum Beispiel in Form einer festen mechanischen Verbindung, die wahlweise lösbar sein kann.
Die Messarmgliederelemente 7, 1 , 7.6 können beispielsweise als Stäbe ausgeführt sein, zum Beispiel aus einem faserverstärkten Material,
Die Anordnung für das Messsystem weist an dem Messarm 2 vorzugsweise hochauflösend ausgeführte Drehgeber in den Messarmgelenken 6.1 , 6,6 parallel zum Geienkarm 1 auf.
Hierbei ist ein physischer Kontakt für das jeweils erste und letzte Gliederelement in der Kette des Geienkarms 1 und des Messarms 2 vorgesehen.
Die Achsen der Messarmgelenke 6.1 , .... 6.6 stimmen mit den Achsen der Gelenke 4.1, .... 4.6 überein (beide Drehachsen sind koaxial).
Für den Sonderfail der singulären Stellungen der einzelnen Gelenke könnte es ohne besondere Vorkehrungen Vorkommen, dass der betreffende Messarm nicht der Gelenkarmketie folgt. Hierfür wird ein Klemmmechanismus, der nur für diese Steilungen eine feste Verbindung des betreffenden Gelenks mit dem Gelenk hat, vorgeschlagen. Hierbei kann die Aktivierung dieser Klemmung mechanisch oder fremdaktiviert erfolgen.
Die Drehachsen der Anordnung mit dem Messarm 2 sind im Rahmen der Fertigungsgenauigkeit und Verformungsgenauigkeit koaxial mit den jeweiligen Achsen des Geienkarms 1.
In der Regel wird das System auf einem Secbs-Achsen-System angewendet, in diesem Fall wird die Anordnung für das Messsystem mit dem festen Glied (Gestell) und dem Messbe- zugspunkt verbunden. Da insgesamt eine Sechs-Achsen-Bewegung im Messsystem durchgeführt wird, muss das Messsystem in allen sechs Achsen am Messbezugspunkt befestigt werden (feste Einspannung), Denkbar ist auch ein Fünf-Achsen-System. Hier wäre es nötig, damit keine Zwänge im Messsystem entstehen, nur fünf Achsen am Messbezugspunkt fest- zuhaiten - die Drehachse, dort wo die sechste Achse normalerweise wäre, müsste frei drehbar sein, Das Messsystem mit dem Messarm 2 weist dann auch nur fünf Winkeldrehgeber auf.
Alternativ können alle sechs Freiheitsgrade des Messsystems am Messbezugspunkt gehalten und nur fünf Achsen am Anfang des Messsystems gehalten werden. Hierbei sollte der Freiheitsgrad der ersten Achse (vertikale Drehachse) frei gehalten werden.
Es kann vorgesehen sein, die Anordnung mit dem Messarm 2 nur für eine beschränkte Anzahl von Drehachsen zu verwenden. Zum Beispiel könnte die Anordnung an dem Messarmglied 7.1 zwischen Achse 1 und 2 (in den Messarmgelenken 6.1 , 6.2) und an dem Messarmglied 7.5 liegen, in diesem Fall hätte die Anordnung vier Drehgeber, und das Ende des Messarms 2 müsste zwei Freiheitsgrade freigeben (4+2 = 6), damit eine eindeutige Lage festgehalten wird und keine Zwänge in der Anordnung mit dem Messarm 2 entstehen.
Auch Messsysteme mit mehr als sechs Achsen, wie sie zum Beispiel im schwerelosen Raum eingesetzt werden, kann mit einer solchen Anordnung ausgestattet sein. Die Anordnung mit dem Messarm 2 hat dann nicht mehr als sechs Freiheitsgrade. Dann würde es nur sechs Achsen überspannen. Alternativ könnte die Anordnung mit dem Messarm 2 mehr als sechs Drehgeber haben, und eine Anzahl von Drehgeber, die mehr als sechs sind, kann vom Gelenkarm 1 mit einem Freiheitsgrad geführt werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Figur offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.

Claims

Ansprüche
1. Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt, mit
- einem Gelenkarm, mit
- Gelenken, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen; und
- Gliederelementen, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden;
- einem Messarm, mit
- Messarmgelenken, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt;
- Drehgebern, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind; und
- Messarmgliederelementen, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden;
wobei der Messarm mit dem Gelenkarm eine parallele Kinematik bildet, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Gelenkarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Messarms verbunden sind;
- einem Messbezugspunkt, der an einem der Gliederelemente oder an einem der Messarmgliederelemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbun- den ist, angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende des Messarms und dem Messarmgliederelement wenigstens drei der Drehgeber angeordnet sind; und
- einer Messeinrichtung, die eingerichtet ist, unter Einbeziehung von Messsignalen der Drehgeber der Messarmgelenke eine räumliche Position des Messbezugspunkts zu bestimmen.
2. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass alle nicht endseitigen Messarmgliederelemente des Messarms, die von dem Messarmgliederelement verschieden sind, frei von einer Verbindung mit nicht endseitigen Gliederelemente des Gelenkarms gebildet sind.
3. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass einem oder mehreren der nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms und der nicht endseitigen Gliederelemente des Gelenkarms eine Verbindungseinrichtung zugeordnet ist, die eingerichtet ist, für die nicht endseitigen Messarmglieder sowie die nicht endseitigen Gliederelemente paarweise eine lösbare Verbindung auszubilden.
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung mittels zugeordneter Steuersignale und / oder manuell aktivierbar und deaktivierbar ist, so dass die Verbindung auf die Aktivierung / Deaktivierung ausgebildet oder gelöst wird.
5. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gliederelemente des Gelenkarms ein Elementgehäuse aufweisen und der Messarm zumindest abschnittsweise in einem oder mehreren der Elementgehäuse angeordnet ist.
6. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkarm und der Messarm jeweils mindestens fünf Drehachsen aufweisen, die mit den Gelenken und den Messarmgelenken bereitgestellt sind.
7. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messarmgliederelemente als Stäbe aus einem faserverstärkten Material bestehen.
8. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbezugspunkt verlagerbar angeordnet ist, derart, dass der Messbezugspunkt an verschiedenen Gliederelementen / Messarmgliederelementen angeordnet werden kann.
9. Anordnung nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messbezugspunkt an einem Endeffektor angeordnet ist, welcher an dem Gliederelement oder dem der Messarmgliederelemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbunden ist, angeordnet ist.
10. Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsystems mit
- einem Gelenkarm, aufweisend
- Gelenke, die jeweils eine Gelenkachse aufweisen; und
- Gliederelemente, die die Gelenke in einer seriellen Gelenkarmanordnung verbinden;
- einem Messarm, aufweisend - Messarmgelenke, die jeweils eine Messarmgelenkachse aufweisen, die sich koaxial zur Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt;
- Drehgeber, die jeweils einem der Messarmgelenke zugeordnet sind; und
- Messarmgliederelemente, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarman- ordnung verbinden;
wobei der Messarm mit dem Gelenkarm eine parallele Kinematik bildet, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Gelenkarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Messarms verbunden sind;
- einen Messbezugspunkt, der an einem der Gliederelemente oder an einem der Mess- armglieplerelemente, welches dem Gliederelement zugeordnet und mit diesem verbunden ist, angeordnet ist, wobei zwischen dem Ende des Messarms und dem Messarm gliederelement wenigstens drei der Drehgeber angeordnet sind; und
- einer Messeinrichtung;
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist.
- Ausbilden einer parallelen Kinematik für Gelenkarm und Messarm, bei der ein Ende des
Messarms mit dem Ende des Gelenkarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Messarms mit einem gegenüberliegenden Ende des Gelenkarms verbunden wird;
- manuelles Bewegen des Gelenkarms, wobei der Messarm hierbei parallel mitbewegt wird;
- Erfassen von Messsignalen für die Drehgeber der Messarmgelenke mittels einer Messeinrichtung; und
- Bestimmen einer räumlichen Position des Messbezugspunkts unter Einbeziehung der Messsignale mittels der Messeinrichtung.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Verbindungseinrich- tung für ein oder mehrere nicht endseitige Messarmglieder des Messarms sowie nicht endseitige Gliederelemente des Gelenkarms aktiviert wird, wenn für den Gelenkarm und / oder den Messarm eine singuläre Armstellung bestimmt wird, die durch vorgegebene Stellungen für ein oder mehrere der Gelenke / Messarmgelenke bestimmt ist, wobei beim Aktivieren der Verbindungseinrichtung eine oder mehrere lösbare Verbindungen zwischen den nicht endseitigen Messarmgliedern und den nicht endseitigen Gliederelementen paarweise ausgebildet werden.
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