DE10143601A1 - Markierungsverfahren - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von Gegenständen mittels einer Koordinatenmeßmaschine. Hierbei ist vorgesehen, daß ein Markierungsinstrument in einem auf bekannte Weise verfahrbaren Maschinenteil eingebracht wird, eine Markierung mit dem Markierungsteil auf eine Referenzposition gesetzt wird, die exakte Lage der Referenzposition bestimmt und nachfolgend anzubringende Markierungen unter Bezugnahme auf eine Abweichung zwischen der mittels Referenzkörpers festgestellten tatsächlichen Markierungslage und der aus den vorgegebenen Maschinenkoordinaten erwarteten Markierungslage gesetzt werden.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Markierung von Gegenständen gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruches.
• Es ist oft erwünscht, auf großflächigen Gegenständen wie Automobilkarosserien und dergleichen Positionen exakt festlegen und markieren zu können. Dies ist beispielsweise bei der Einrichtung von Automobilfertigungsstraßen wichtig. Hier kommt es darauf an, daß miteinander zu verbindende Karosserieteile, beispielsweise anzuschweißende Kotflügel von den Montagerobotern exakt an die richtige Stelle der Karosserie positioniert werden. Erreicht werden kann dies, indem ein Gitternetz auf der Karosserie und unabhängig davon dem darauf anzubringenden Kotflügel derart vorgesehen wird, daß die Gitternetzlinien bei exakter Montage kontinuierlich durchlaufen. Wenn die Gitternetzlinien hinreichend exakt auf den Körpern angeordnet werden, läßt sich eine Fertigungsmaschine auch sehr genau einrichten. Problematisch ist dann lediglich, daß die Gitternetzlinien hinreichend präzise auf die Einzelteile aufgebracht werden müssen.
• Ein anderes Beispiel, in welchem exakte Positionen auf großen Gegenstände festgelegt werden müssen, ist die Nachmontage von Panzerplatten an fertiggestellten oder halbfertiggestellten Fahrzeugen. Die Bohrungen müssen dabei an nach sicherheitstechnisch exakt vorgegebenen Punkten gesetzt werden. Wird dies mit Filzstiften oder anderen Markierern versucht, so treten aufgrund der nicht-exakten Lage des Schreib-Endes nicht tolerierbare Ungenauigkeiten auf; das Gleiche gilt, wenn die Markierung mit einem Tintenstrahlkopf gesetzt werden soll, da bei einem solchen der emittierte Tröpfchenstrahl im Regelfall leicht schräg emittiert wird. Analoge Schwierigkeiten ergeben sich auch, wenn Markierungen mit einem Laser aufgebracht werden sollen, da der Laserstrahl oftmals unter einem Winkel zur optischen Achse mit ungenügendem Strahlquerschnitt usw. emittiert wird.
• Bislang wurden daher Markierungen beispielsweise mit harten Taststiften gesetzt, die eine exakte Positionsdefinition erlauben. Um damit zu markieren, wurde auf deren Markierfläche Kreidepulver aufgerieben, um nach dem Absetzen des Taststiftes einen Kreidepunkt an der gewünschten Stelle zu hinterlassen. Dies ist insbesondere zur Aufbringung von exakten Gitterlinien unzureichend und überdies arbeits- bzw. maschinen- zeit-aufwändig.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, Neues für die gewerbliche Anwendung bereitzustellen.
• Im unabhängigen Anspruch wird angegeben, wie das Ziel erreicht wird. Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den Unteransprüchen.
• Es wird somit zunächst Verfahren zur Markierung von Gegenständen mittels einer Koordinatenmeßmaschine vorgeschlagen, bei welchem vorgesehen ist, daß ein Markierungsinstrument in einem auf bekannte Weise verfahrbaren Maschinenteil eingebracht wird, eine Markierung mit dem Markierungsteil auf eine Referenzposition gesetzt wird, die exakte Lage der Referenzposition bestimmt und nachfolgend anzubringende Markierungen unter Bezugnahme auf eine Abweichung zwischen der mittels Referenzkörpers festgestellten tatsächlichen Markierungslage und der aus den vorgegebenen Maschinenkoordinaten erwarteten Referenzpositionslage gesetzt werden.
• Ein erster wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung beruht somit darauf, daß eine Ungenauigkeit eines Markierungsinstrumentes nicht durch aufwändige Manipulation mit dem Markierungsinstrument oder Veränderungen an diesem verringert wird, sondern einfach ein preiswert verfügbares Markierungsinstrument einsetzbar und vor allem austauschbar gemacht wird, indem dessen Toleranzen durch einen besonderen, aber preiswert durchführbaren Kalibrierschritt kompensiert werden. Es wurde erkannt, daß der zusätzliche Arbeitsaufwand, der sich aus dem erfindungsgemäßen Kalibrierschritt ergibt, die Vorteile und den Zeitgewinn beim wiederholten Setzen von Markierungen bei weitem überwiegt.
• Als Markierungsinstrument kann ein einfacher Filzstift, ein Tintenstrahlkopf oder dergleichen verwendet werden. Insbesondere die Verwendung von Tintenstrahlköpfen ist vorteilhaft, da hier eine vollkommen berührungsfreie Markierung erfolgt und sich keine aufsetzkraftabhängige Deformation ergibt. Neben Markierungsinstrumenten, die markierendes Material wie Tinte, Tusche oder dergleichen auf dem Werkstück ablagern, kann auch vorgesehen werden, eine Markierung beispielsweise mittels eines Lasers zu setzen. Auch hier ergeben sich im Regelfall aufgrund der von einer idealen geraden Strahlemission abweichenden Lichtabstrahlung Markierungstoleranzen im herkömmlichen Betrieb.
• In einer bevorzugten Variante ist die Referenzmarkierung punktförmig und/oder fadenkreuzförmig. Dies erleichtert das visuelle Ausrichten des manuell auf die Referenzmarkierung aufzusetzenden Referenzkörpers. Am Referenzkörper selbst kann gleichfalls ein Fadenkreuz vorgesehen sein, welches mit dem Markierungskreuz oder -kreuzungspunkt in Deckung zu bringen ist.
• Es ist auch möglich, eine Markierung zu setzen und die Position der Markierung mittels elektronischer Bildverarbeitung zu erfassen. Dazu kann anstelle des Taststiftes eine Kamera oder ein anderes geeignetes optisches Instrument an einem beweglichen Teil der Maschine angeordnet werden. Um Ungenauigkeiten der Kamera bei der Bilderkennung zu berücksichtigen, kann diese wiederum selbst kalibriert werden, indem zunächst die scheinbare Lage einer Markierung oder eines Referenzkörpers bestimmt wird, der an exakt festliegender Stelle sitzt. Dies erlaubt eine schnelle vollautomatische Markerkalibrierung nach einmal festgelegter Kamerakalibrierung.
• Die Erfindung wird bevorzugt im Automobilbau, insbesondere bei der Einrichtung von Fertigungsstraßen und/oder der Nachrüstung von Automobilen verwendet.
• Die Erfindung wird im folgenden nur beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt:
• Fig. 1 schematisch eine Koordinatenmeßmaschine der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 einen ersten Referenzkörper gemäß der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 3 einen weiteren Referenzkörper gemäß der vorliegenden Erfindung.
• Nach Fig. 1 umfasst eine allgemein mit 1 bezeichnete Koordinatenmeßmaschine 1 einen in X-, Y- und Z-Richtung beweglichen Koordinatenmeßarm 2, an den unterschiedliche Endelemente angeordnet werden können, beispielsweise ein Koordinatentaststift 3a und ein Markierungsstift 3b, der vorliegend als Filzstift ausgebildet ist.
• Der Koordinatenmeßarm 2 ist über einen solchen Koordinatenbereich X, Y, Z beweglich, dass ein zu erfassender Gegenstand 4 vollständig abgetastet werden kann. Dazu ist eine Steuerung und Antast-Erkennung vorgesehen (nicht gezeigt).
• Die Position des Meßarmes wird auf einen maschineneigenen Referenzpunkt 5 bezogen. Die genaue Position des Koordinatenmeßarmes relativ zu diesem Koordinatenursprung ist in der Steuerung jederzeit bekannt.
• Der Taststift 3a weist eine definierte Halterung 3a1 und ein definiertes Tastende 3a2 auf, welches vorliegend kugelförmig gebildet ist.
• Der Markierungsstift 3b weist eine gleichfalls definierte Halterung 3b1 und eine Spitze 3b2 auf, die von Markierungsstift zu Markierungsstift geringfügig unterschiedlich liegen kann. Der Taststift 3a und der Markierungsstift 3b sind dazu ausgebildet, in einem Wechselmagazin untergebracht und automatisch gegeneinander getauscht zu werden.
• Die Anordnung wird in Kombination mit einem Referenzkörper 6 gebildet, der nach Fig. 2 kreiszylindrisch ist und eine Aussenwand 6a, eine Innenwand 6b und ein zentrales Fadenkreuz 6c auf seinem Boden aufweist.
• Der Referenzkörper 6 ist mit hoher Präzision gearbeitet und so schwer, dass er unter dem leichten Antasten durch den Taststift 3a nicht, jedenfalls nicht signifikant, bewegt wird.
• Die Anordnung wird zum Markieren des Gegenstandes 4 an einer vorbestimmten Stelle verwendet wie folgt:
  Zunächst wird der Gegenstand 4 in dem vom Koordinatenmeßarm 2 überstrichenen Bereich angeordnet. Dann wird festgestellt, in welcher Ausrichtung und an welcher Position der Gegenstand 4 angeordnet wurde. Dazu wird in herkömmlicher Weise ein Taststift 3a verwendet und es werden charakteristische Merkmale des Gegenstandes 4 abgetastet, um danach auf seine Ausrichtung und die Position des Gegenstandsnullpunktes zu schließen.
• Nun wird eine Sollposition des Gegenstandes vorgegeben, auf welche eine Markierung gesetzt werden soll.
• Es wird dann der Taststift 3a gegen den Markierungsstift 3b gewechselt. Anschließend wird an eine beliebige Stelle, bevorzugt entfernt von der Stelle, an welcher tatsächlich eine Markierung gewünscht wird, eine Kalibriermarkierung gesetzt.
• Die mit dem Markierungsstift 3b gesetzte Kalibriermarkierung wird dabei in Form eines dünnen Kreuzes aus orthogonal auf einander stehenden Linien gesetzt. Die exakte Position dieser Fadenkreuzkalibriermarkierung hängt von der Produktion des Filzstiftes stark ab und ist somit wesentlich weniger präzise festgelegt, als dies bei Taststiften und dergleichen Präzisionsinstrumenten möglich ist. Demgemäß liegt die Fadenkreuzkalibriermarkierung, die mit dem Markierungsstift 3b gesetzt wurde, nicht exakt an der vorbestimmten Referenzsollposition. Es ist daher die Abweichung der tatsächlichen Lage der mit dem Filzstift gesetzten Kalibriermarkierung von der eigentlich vorgegebenen Markierungssollposition zu bestimmen. Hierzu wird zunächst der Referenzkörper 6 so über dem Markierungskreuz angeordnet, dass das Fadenkreuz 6c entlang der Markierungslinien des Markierungskreuzes verläuft.
• Nun wird der Markierungsstift 3b automatisch gegen den Taststift 3a ausgewechselt und die exakte Position des Referenzkörpers 6 damit abgetastet. Sobald die Position des Referenzkörpers bestimmt wurde, liegt automatisch auch die Position des Referenzkreuzes genau fest. Aus dieser exakt festliegenden Ist-Position und der zuvor vorgegebenen Soll-Position der Kalibriermarkierung wird nun in der Steuerung die Abweichung ermittelt, welche bei der Markierung mit dem gegebenen Filzstift erhalten wird.
• Es liegen somit alle Informationen vor, die erforderlich sind, um an exakt vorgegebener Stelle des Gegenstandes eine Markierung zu setzen, nämlich einerseits die Ausrichtung und Position des Gegenstandes, andererseits die für das momentan gewählte Markierungsmittel 3b spezifische Abweichung zwischen der vorgegebenen Gegenstandsmarkierung und der tatsächlichen Lage der Markierung. Unter Heranziehung dieser Daten wird nun bestimmt, auf welche Position der Koordinatenmeßarm 2 verschoben werden muss, um eine Markierung auf eine vorbestimmte Gegenstandskoordinate zu setzen. Der Taststift wird gegen den Markierungsstift 2 ausgetauscht und auf die entsprechende Position verfahren, wodurch die Markierung gesetzt wird. Dabei kann berücksichtigt werden, dass das Anfahren bzw. Antasten aus einer bestimmten Richtung erfolgen muss.
• Während vorliegend ein System beschrieben wurde, bei welchem der Meßarm in X-, Y- und Z-Richtung verfahrbar ist, ist einsichtig, dass eine Positionierung gegebenenfalls auch bzw. zusätzlich unter Verschwenken des Armes um die drei Raumachsen erfolgen kann, sofern die Koordinatenmeßmaschine 1 dazu ausgelegt ist. Dies ist zur Markierung besonders kompliziert geformter Gegenstände von Vorteil. In einem solchen Fall wird entsprechend darauf kalibriert.
• Die Fig. 3 zeigt einen weiteren Referenzkörper 6', der wie der Referenzkörper 6 ein Fadenkreuz 6c' aufweist, dessen Position aber nicht durch Abtasten zylindrischer Wände bestimmt wird, sondern durch Bestimmung von am Referenzkörper vorgesehenen Referenzkugeln 6d, von welchen drei Stück vorgesehen sind. Dies verbessert die Genauigkeit der Positionsbestimmung des Referenzkörpers.
• Es sei erwähnt, dass es weiter möglich ist, anstelle des Markierungsstiftes andere Markierungselemente wie Tintenstrahlköpfe, Laser und dergleichen zu verwenden. Weiter ist es möglich, die Lage eines zu Referenzzwecken gesetzten Markierungskreuzes oder dergleichen nicht nur durch Aufsetzen eines Referenzkörpers zu bestimmen, sondern gegebenenfalls mit einer am Koordinatenmeßarm zu befestigenden Bilderkennungsvorrichtung. Diese kann wiederum einmal vorkalibriert, analog zu der Weise, wie sie vorstehend beschrieben wurde, verwendet werden.

Claims (10)

1. Verfahren zur Markierung von Gegenständen mittels einer Koordinatenmeßmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß ein Markierungsinstrument in einem auf bekannte Weise verfahrbaren Maschinenteil eingebracht wird, eine Markierung mit dem Markierungsteil auf eine Referenzposition gesetzt wird, die exakte Lage der Referenzposition bestimmt und nachfolgend anzubringende Markierungen unter Bezugnahme auf eine Abweichung zwischen der mittels Referenzkörpers festgestellten tatsächlichen Referenzpositionslage und der aus den vorgegebenen Maschinenkoordinaten erwarteten Referenzpositionslage gesetzt werden.

2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der exakten Referenzposition ein Referenzkörper bei der gesetzten Markierung angeordnet und nachfolgend abgestastet wird.

3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Markierungsgeber einen Tintenstrahlkopf darstellt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Markierungsgeber mit weichem Markierungsende, insbesondere ein Filzstift oder dergleichen verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine punktförmige Referenzmarkierung angebracht wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine kreuzförmige Referenzmarkierung angebracht wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Referenzkörper mit einem Fadenkreuz verwendet wird, dessen Fadenkreuz mit der Markierung in Deckung und/oder partielle Deckung gebracht wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzkörperlage mit einem Taststift abgetastet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Markierungen auf dem Gegenstand nach Kalibrierung des Markierungsgebers Gitterlinien und/oder Bohrloch-Sollpositionen angeordnet werden.

10. Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Automobilbau, insbesondere zur Karosseriemontage.