DE19544240A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der räumlichen Koordinaten von Objektpunkten und Verfahren zur Herstellung einer Karosserie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen der Konfiguration großer Gegenstände gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Herstellung einer Karosserie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2 und eine Vorrichtung zum Vermessen der Konfi­ guration großer Gegenstände gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.

Zur Überprüfung der Maßhaltigkeit großer Gegenstände, insbesondere durch Pressen her­ gestellter Metallteile, wie beispielsweise Kraftfahrzeugkarosserien oder Teile hiervon, wer­ den Meßroboter mit einem oder mehreren Meßarmen eingesetzt, die den zu überprüfenden Gegenstand abtasten. Das Abtasten kann hierbei berührungslos oder über Fühler erfolgen. Die Meßarme können das Meßmittel üblicherweise über eine Breite bis zu 6 m, eine Tiefe bis zu 2,5 m und eine Höhe bis zu 3 m führen, wobei die Arme parallel oder auch im Winkel zueinander, beispielsweise gegenüberliegend, angeordnet sein können. Innerhalb dieses Meßraumes können eingebrachte Gegenstände abgetastet, das heißt ihre räumlichen Ko­ ordinaten bestimmt werden. Der Meßroboter kann hierbei auch Gegenstände unbestimmter Positionen erfühlen, vorteilhaft werden bekannte Gegenstände jedoch in eine definierte Position bezüglich des Meßroboters gebracht, so daß dieser nicht erst die Lage des Gegenstandes ermitteln muß, sondern gleich jeden ertasteten Meßpunkt als maßhaltig bzw. mit seiner ermittelten Abweichung bestimmen kann. Da ein solcher Meßvorgang in der Regel im Bereich 5 min. bis 1 Std. liegt, können nur wenige Meßvorgänge in Tagesfrist durchgeführt werden. Hinzu kommt, daß die zu überprüfenden Gegenstände üblicherweise mit Stückzahlen von 100 bis 10 000, insbesondere um 1000 bis 4000 je Tag gefertigt werden, entsprechend können mit einem Meßroboter nur im unteren Promillbereich die gefertigten Teile überprüft werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung, mit denen eine verbesserte Auslastung eines oben beschriebenen Meßrobotors möglich ist.

Diese Aufgabe wird gelöst bei den eingangsbeschriebenen Verfahren mit den kennzeich­ nenden Maßnahmen der Ansprüche 1 bzw. 2 und bei der Vorrichtung mit den kennzeich­ nenden Merkmalen des Anspruchs 11.

Gemäß der Verfahren wird die Konfiguration großer Gegenstände ermittelt, das heißt es werden die räumlichen Koordinaten von Objektpunkten bestimmt. Diese lassen sich in ei­ nem Rechner mit der vorgegebenen, das heißt im Rechner gespeicherten, Konfiguration vergleichen. Ermittelte Differenzen geben Auskunft, ob einzelne Fertigungsschritte für den Gegenstand überprüft und korrigiert werden müssen, z. B. ob Spaltmaße bei Karosserien zu groß werden oder ob beim Verschweißen der Karosserien sich diese über Toleranz verzieht. Die Erfindung greift hierbei nicht in den Ablauf der Messung selbst ein, sondern in die Zuführung der Gegenstände zu dem Meßrobotor. Erfindungsgemäß werden mindestens zwei Halterungen vorgesehen, die zur Aufnahme der Gegenstände bestimmt sind. Während eine Halterung mit einem Gegenstand in dem Meßrobotor sitzt und der Meßvorgang abläuft, ist die andere Halterung(en) außerhalb des Meßrobotors und wird mit einem nächsten zu überprüfenden Gegenstand bestückt. Durch das Bestücken außerhalb des Meßrobotors kann durch kurzen Wechsel der beiden Halterungen in nur wenige Sekunden bis Minuten nach Beendigung eines Meßvorganges ein weiter erfolgen. Hierdurch ist die Stillstandzeit des Meßroboters minimiert.

Vorteilhaft wird der Gegenstand (oder mehrere Gegenstände, wenn eine Halterung hierfür ausgelegt ist) mit definierter Position auf der Halterung befestigt, wofür entsprechende Klemmen und Anlegekanten für die jeweiligen Gegenstände auf der Halterung vorgesehen sind. Die Halterung wird anschließend in eine definierte Position vor den Meßroboter ge­ bracht. Da der Aufwand der definierten Positionierung einer Halterung vor dem Meßroboter wesentlich geringer ist als der Aufwand der definierten Positionierung eines Gegenstandes in der Halterung, wird ein viel schnellerer Wechsel durch die Erfindung erreicht. Vorteilhaft sind Sensoren vorgesehen, die erfassen, welche Art von Gegenstand auf der Halterung montiert ist. Mit solchen Sensoren kann auch das lagerichtige Einbringen des Gegenstan­ des vor den Meßrobotor bestimmt werden. Hierdurch wird erreicht, daß ein automatischer Meßablauf möglich wird, da über die Sensoren dem Meßroboter bzw. der Steuerung be­ kannt ist, welcher Gegenstand zu vermessen ist. Der ganze Ablauf kann hierbei beispiels­ weise über Lichtschranken kontrolliert werden, wobei einerseits das Ein- und Ausbringen der Halterungen vor die Koordinatenmeßmaschine und andererseits ein Betreten des Meß­ bereiches durch Personen oder ähnliche Störungen ermittelt werden können. Sobald ein Beladen der Halterungen durch Personal erfolgt ist, geben diese nur noch einen Startbefehl, der dem Steuerungssystem signalisiert, daß eine beladene Halterung in Bereitschaft steht.

Die Halterung sitzt vorteilhaft auf einem Wagen, kann jedoch auch über andere Systeme, beispielsweise eine Deckenführung, dem Meßroboter zugeführt werden. Bei der Verwen­ dung von Wagen sind diese insbesondere schienengeführt, wodurch ein einfacher Wechsel möglich ist. Vorteilhaft sind die Halterungen auch mit einer Hubvorrichtung kombiniert, die beispielsweise bei der Verwendung von Wagen die Halterung in eine gewünschte Position zum Beladen bzw. zum Messen bringt. Beim Messen bringt die Hubvorrichtung die Halterung vorteilhaft auf Zentriermittel, so daß hinsichtlich der Fahrstrecke und des Hubes keine hochgenauen Positionieranforderungen zustellen sind. Die hochgenaue Positionie­ rung, beispielsweise in einem Bereich kleiner 1 mm, insbesondere kleiner 0,2 mm, erfolgt dann beim Ansetzen an die Zentriermittel. Als Zentriermittel eignen sich beispielsweise Zapfen oder ähnliches. Für einen sicheren Prozeß sind vorteilhaft auch Abtastmittel vor­ gesehen, die ein positionsgenaues aufsitzen der Aufnahme auf den Zentriermitteln erken­ nen. Mit der Hubvorrichtung kann statt der Halterung auch der Gegenstand selbst auf sol­ che Zentriermittel gesetzt werden. Dies ist allerdings nur bei solchen Gegenständen sinn­ voll, die nicht spezielle Befestigungsmittel benötigen, beispielsweise bei vollständigen oder teilvollständigen Karosseriekörpern.

Für eine besonders rationelle Einbindung des Robotors in einen Karosserieentstehungs­ prozeß (oder ähnlichen Prozeß) ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Halterung auch ohne einen Gegenstand dem Meßroboter zugeführt werden kann. Die Halterung wird dann am Meßplatz, vorteilhaft nach einer Positionierung der Halterung, mit dem Gegen­ stand bestückt. Dies bedeutet zwar einen gewissen Zeitverlust (Stillstand) am Meßgerät, ermöglicht jedoch die Einbindung einer Förderstraße in den oben beschriebenen Prozeß der wechselseitigen Bestückung der Halterungen mit Gegenständen. Erfindungsgemäß erfolgt hierbei die Bestückung der leer eingebrachten Halterung durch eine Förderstraße, wobei beispielsweise eine Karosserie auf einem C-Haken über die Halterung gebracht und dann mittels des C-Hakens auf die Halterung abgesenkt wird. Vorzugsweise erfolgt die Anbindung der Förderlinie über einen Nebenkurs derselben.

Damit auch bei dieser bevorzugten Ausführungsform eine sichere und genaue Positionie­ rung des Gegenstandes erfolgt, werden vorteilhaft Voreinweisungsmittel vorgesehen, die der Grobpositionierung des Gegenstandes oder der diesen einbringenden Mittel (C-Haken) dienen. Der grobzentrierte Gegenstand wird dann auf Zentriermittel endgültig abgesetzt, wodurch der Gegenstand wieder in eine definierte Meßposition gelangt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zum Vermessen der Konfiguration großer Gegen­ stände, insbesondere der beschriebenen Kraftfahrzeugkarosserien oder Teile hiervon. Sie beinhaltet einen Meßroboter mit mindestens einem Meßmittel, das über die Oberfläche ei­ nes Gegenstandes bringbar ist und Koordinaten der Konfiguration dieses Gegenstandes aufnimmt. Vorteilhaft ist das Meßmittel ein Meßfühler; der über die Oberfläche des Gegen­ standes führbar ist. Zu der Vorrichtung gehören mindestens zwei Halterungen, auf denen ein Gegenstand (oder mehrere) zumindest während des Meßvorganges positionierbar ist. Die Vorrichtung weist außerdem Mittel auf, mit denen unterschiedliche Halterungen nach­ einander dem Meßroboter zuführbar sind. Ansonsten beinhaltet die Vorrichtung die bereits beim Verfahren beschriebenen besonderen Merkmale.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels nä­ her beschrieben.

Es zeigen

Fig. 1 eine Gesamtdarstellung der Vorrichtung von oben im Verbund mit Fördersystemen;

Fig. 2 eine Ansicht eines Meßplatzes von der Seite;

Fig. 3 eine Ansicht der Anlage von vorn; und

Fig. 4 eine Ansicht der Anlage gemäß Fig. 3 im Prozeßablauf.

In einem Meßplatz 1 (Fig. 1), der einen Meßroboter 2 mit Meßarmen 3 und 4 enthält, ist eine Plattform 5 in definierter Position verankert. Auf der Plattform 5 sitzt ebenfalls in defi­ nierter Position ein großer Aufbau einer Karosserie 6, der von Fühlern 7 und 8 abgetastet wird. Die Fühler 7 und 8 werden dabei von dem Meßroboter mittels der Arme 3 und 4 ge­ führt, die in allen drei Dimensionen verschiebbar sind.

Der Meßplatz 1 ist in einem Käfig 9 untergebracht der einerseits dem Schutz des Meßplat­ zes 1 und andererseits dem Personenschutz dient. Für besonders genaue Arbeiten kann statt des Käfigs eine Kammer eingesetzt werden, die gegebenenfalls auch klimatisierbar und als Reinraum ausgestaltet sein kann. Zu den Seiten hin hat der Käfig 9 Tore 10 und 11, die mit Lichtschranken 12 und 13 versehen sind.

Links und rechts von dem Meßplatz 1 sind Freiplätze 14 und 15 angelegt, die ebenfalls mit Lichtschranken 16 und 17 abgesichert sind. Die Freiplätze 14 und 15 stehen mit dem Meß­ platz 1 über ein Schienenpaar 18 in Verbindung, auf dem ein Scherenhubwagen I 19 und ein Scherenhubwagen II 20 sitzen. Auf dem Scherenhubwagen II 20 liegt eine Plattform II 21 mit montierten Aufnahmen 22 für eine Karosserieseitenwand 23. Die Aufnahmen 22 sind derart ausgestaltet, daß auch andere Gegenstände, wie Stirnwände oder Radhäuser vorn/hinten definiert positioniert werden können.

Beladen wird die Plattform II 21 mittels eines Krans 24, der die Gegenstände von einem Handwagen 25 aufnimmt und auf diesen wieder zurück bringt. Bedient wird die Anlage durch eine Person 26 über ein Steuerpult 27.

Der Meßplatz 1 ist in einen Nebenkurs 28 eines C-Hakenhauptkurses 29 eingebunden, auf dem große Aufbauten oder große Unterbauten 30 transportiert werden.

Während des Meßvorganges (Fig. 2) sitzt die Plattform I 5 auf Zentrierzapfen 31, die die Plattformen I und II 5/21 auf ca. 1/10 mm genau positionieren. Der Scherenhubwagen 19 ist hierbei nach unten gefahren. Die Karosserie 6, die auf der Plattform I 5 sitzt, ist ebenfalls über Karosseriezentrierzapfen 32 definiert positioniert. Ein C-Haken 33 mit einer Teles­ kophubvorrichtung 34 hat für die Karosserie 6 eine Trage 35, die nach unten außer Eingriff gefahren ist. Die Trage 35 hat für ein positioniertes Absetzen der Karosserie 6 auf den Ka­ rosseriezentrierzapfen 32 Einbuchtungen 36, die mit Voreinweisungszapfen 37, die in der Plattform I 5 liegen, korrespondieren. Hierdurch wird beim Herabfahren der Trage 35 die Karosserie 6 auf die Karosseriezentrierzapfen vorzentriert und innerhalb eines Meßvolu­ mens 38 der Fühler 7 und 8 mit definierter Position hinsichtlich der Fühler abgesetzt.

In der Frontansicht (Fig. 3) ist der in Fig. 2 ablaufende Meßvorgang nochmals dargestellt, zusammen mit der Vorbereitung des nächsten Meßvorganges. Für diesen wird von der Person 26 auf den Aufnahmen 22 der Plattform II 21, die auf dem Scherenhubwagen II 22 sitzen, die Seitenwand 23 mit definierter Position zur Plattform II 21 montiert.

Nach Beendigung der Montage der Seitenwand 23 gibt die Person 26 auf dem Steuerpult 27 ein Freizeichen, so daß nach Beendigung der Vermessung der Karosserie 6 diese (Fig. 4) mittels der Teleskophubvorrichtung 34 aus dem Meßplatz 1 gehoben wird. Die Meßarme 3 und 4 sind hierbei zur Seite gefahren. Der Scherenhubwagen I 19 fährt etwas nach oben bis zur Plattform I 5, hebt diese von den Zentrierzapfen 31 ab und fährt auf den Freiplatz 14 um dort entweder neu beladen zu werden oder nach dem nächsten Meßvorgang wieder für eine Aufnahme eines Gegenstandes aus dem Nebenkurs 28 einzufahren. Die Lichtschran­ ke 16 ist jetzt deaktiviert, die Lichtschranke 10 scharf. Der Scherenhubwagen II 20 fährt in den Meßplatz 1 ein mit angehobener Plattform II 21 und senkt diese auf die Zentrierzapfen 31 ab. Jetzt kann für die Seitenwand 23 das Meßprogramm ablaufen. In der Zwischenzeit hat die Person 26 den Freiplatz 15 verlassen, die Lichtschranken 17 (und 13) sind aktiviert. Die Person 26 befindet sich nun an dem Handwagen 25, auf dem sich noch ein Radhaus vorn 39 befindet, das für die übernächste Messung vorgesehen ist.

Die zwei dargestellten Scherenhubwagen reichen aus, um den Meßplatz möglichst weitge­ hend auszunutzen. Je nach Einsatzzweck können auch weitere Wagen mit entsprechender Weichenstellung vorgesehen werden.

Claims (19)

1. Verfahren zum Vermessen der Konfiguration großer Gegenstände, insbesondere von Kraftfahrzeugkarosserien oder Teilen hiervon, mit einem Meßroboter mit mindestens einem Meßmittel, das über die Oberfläche eines Gegenstandes gebracht wird und die Konfigura­ tion dieses Gegenstandes ermittelt, der auf einer Halterung sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Gegenstände mindestens zwei Halterungen bereit gestellt werden, die nacheinander dem Meßroboter zugeführt werden.

2. Verfahren zur Herstellung einer Karosserie, bei dem eine Karosserie aus Einzelteilen zu­ sammengesetzt wird und zumindest einige der Einzelteile und/oder der zusammengesetz­ ten Karosserien und/oder teilzusammengesetzte Karosserien auf ihre Maßhaltigkeit mit einem Meßroboter geprüft werden, der mindestens ein Meßmittel hat, das über die Oberflä­ che eines Gegenstandes gebracht wird und die Konfiguration dieses Gegenstandes ermit­ telt, der auf einer Halterung sitzt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufnahme der Gegen­ stände mindestens zwei Halterungen bereit gestellt werden, die nacheinander dem Meßro­ boter zugeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenstand mit einer Halterung in eine definierte Position dem Meßroboter zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenstand auf einer Halterung sensorisch erfaßt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Wagen vorgesehen sind mit denen die Gegenstände dem Meßroboter zugeführt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wagen schienengeführt sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wagen mit einer Hubvorrichtung für den Gegenstand ausgerüstet sind.

8. Verfahren nach Anspruch 7 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand auf Zentriermittel gesetzt wird.

9. Verfahren nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Halterung ohne Gegenstand dem Meßroboter zugeführt und dann mit einem Gegenstand bestückt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestückung über Vor­ einweisungsmittel und Zentriermittel erfolgt.

11. Vorrichtung zum Vermessen der Konfiguration großer Gegenstände, insbesondere von Kraftfahrzeugkarosserien oder Teilen hiervon, mit einem Meßroboter mit mindestens einem Meßmittel, das über die Oberfläche eines Gegenstandes bringbar ist und Koordinaten der Konfiguration dieses Gegenstandes aufnimmt, und einer Halterung, auf der der Gegen­ stand zumindest während des Meßvorganges positionierbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Positionierung der Gegenstände (6, 23, 39) zwei Halterungen (5, 21) vorgesehen sind, die nacheinander dem Meßroboter (1) zuführbar sind.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gegenstand (6) mit einer Halterung (5) in eine definierte Position (31) dem Meßroboter (1) zuführbar ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand auf einer Halterung sensorisch erfaßbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß Wagen (19, 20) vorgesehen sind, mit denen die Gegenstände (6, 23) dem Meßroboter (1) zuführ­ bar sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wagen (19, 20) schie­ nengeführt (18) sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wagen (19, 20) mit einer Hubvorrichtung für den Gegenstand (6, 23) oder deren Halterungen (5, 21) ausgerüstet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß Zentriermittel (31, 32) für den Gegenstand (6) zur definierten Positionierung innerhalb eines Meßvolumens (38) des Meßplatzes (1) vorgesehen sind.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (33, 34) zum Bestücken einer leeren Halterung (5) mit einem Gegenstand (6) innerhalb des Meßplatzes (1) vorgesehen sind.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bestückung Voreinweisungsmittel (37) vorgesehen sind.