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 stellen eine Beweglichkeit im Raum bereit und finden in Messsystem Anwendung, mit denen Messobjekte unterschiedlicher Art vermessen werden können.

Es sind Messsysteme bekannt, bei denen Armgliedern 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 Übertragungsmittel. 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 A1 ist ein Verfahren zur Vermessung der Außen- kontur von dreidimensionalen Messobjekten bekannt Das Verfahren betrifft insbesondere die Vermessung von industriellen Bauteilen mittels eines Messsystems umfassend eine Robote- reinheit mit mehreren Roboterarmen und einer vorzugsweise integrierten Robotersteuerein- heit, 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 End- effektor 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 un- abhängigen Ansprüchen 1 und 9 geschaffen. Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhän- gigen Unteransprüchen.

Nach einem Aspekt ist eine Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messob- jekt geschaffen. Die Anordnung weist einen Gelenkarm mit Gelenken, die jeweils eine Ge- lenkachse 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 Gelenkachse eines zugeordneten Gelenks des Gelenkarms erstreckt; Drehgeber, die jeweils einem der Messarmgelenke zu- geordnet sind; und Messarmgliederelemente, die die Messarmgelenke in einer seriellen Messarmanordnung verbinden. Der Messarm bildet mit dem Gelenkarm eine parallele Kine- matik, bei der das Ende des Gelenkarms mit einem Ende des Messarms sowie ein gegen- überliegendes 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 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. Weiterhin ist eine Messeinrichtung vorgesehen, die eingerichtet ist, unter Einbeziehung von Messsignalen der Drehgeber der Messarmgelenke eine räumliche Position des Messbezugspunkts zu be- stimmen. 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 Gelenkachse 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 Gelenkachse eines zuge- ordneten 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 Gefenkarm eine paral- lele 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 Gliederele- mente oder an einem der Messarmgliederelemente, welches dem Gliederelement zugeord- net 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 Gelenkarm und Messarm, bei der ein Ende des Messarms mit dem Ende des Gelenkarms sowie ein gegenüberliegendes Ende des Messarms mit einem ge- genüberliegenden Ende des Gelenkarms verbunden wird; manuelles Bewegen des Gelenk- arms, wobei der Messarm hierbei parallel mitbewegt wird; Erfassen von Messsignalen für die Drehgeber der Messarmgelenke mittels einer Messeinrichtung: und Bestimmen einer räumli- chen Position des Messbezugspunkts unter Einbeziehung der Messsignale mittels der Mes- seinrichtung.

Es ist eine parallele Ausbildung von Gelenkarm und Messarm vorgesehen. Wird der Gefenk- arm vom Benutzer manuell bewegt, so führt der Messarm gezwungen die gleiche Bewegung aus. Die räumliche Lage (insbesondere Position und / oder Orientierung) des Messbezugs- punkts kann anhand der von den Drehgebern in den Messarmgelenken erhaltenen Messsig- nalen bestimmt werden. Hieraus kann sodann die Lage des Messbezugspunkts bestimmt werden Die Lagebestimmung für den Messbezugspunkt, welcher insoweit als Messgeber dient, er- folgt mithilfe des Messarms, indem mittels der Messeinrichtung die Messsignale der Drehge- ber 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-Messsystem ausgebildet werden. Alternativ kann die Anordnung mit der Parallelarmstruktur mit Gelenkarm und Messarm auch für einen Nicht- Vertikal- Messsystem verwendet werden, zum Beispiel einem Messsystem, das an einer aufrecht stehenden Wand montiert ist. Alle nicht endseitigen Messarmglieder des Messarms können frei von einer Verbindung mit nicht endseitigen Gliederelementen des Gelenkarms gebildet sein Während die endseitigen Messarmglieder des Messarms sowie die endseitigen Gliederelemente (Armglieder) des Ge- lenkarms 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 Gliedereiemente des Gelenkarms kann eine Verbindungseinrichtung zugeordnet sein, die eingerichtet ist, für die nicht endseitigen Messarmglieder sowie die nicht endseitigen Gliederelemente paarweise eine lösbare Verbindung auszubilden. Mithilfe der Verbindungs- einrichtung können einander zugeordnete Messarmglieder des Messarms und Gliederele- mente des Gelenkarms, die in der jeweiligen seriellen Anordnung nicht endseitig 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 Ge- lenke des Gelenkarms der Bewegung des Gelenkarms folgt, auch wenn aufgrund einer sol- chen singulären Stellung eine gewisse Wahrscheinlichkeit besteht, dass dies nicht der Fall sein könnte. Mithilfe der Verbindungseinrichtung wird diese Wahrscheinlichkeit für ein Nicht- folgen überwunden. Es ist sichergestellt, dass der Messarm in jeder Stellung der Gelenke der Bewegung des Gelenkarms folgt. Die Verbindungseinrichtung kann beispielsweise ein- gerichtet sein, die lösbare Verbindung als eine Klemmverbindung auszubilden. Die lösbare Verbindung kann mittels zugeordneter Steuersignale und / oder manuell aktivier- bar und deaktivierbar sein, so dass die Verbindung auf die Aktivierung / Deaktivierung aus- gebildet oder gelöst wird. Im Fall der manuellen Aktivierung wird die lösbare Verbindung ma- nuell hergestellt, um diese später wieder zu lösen, beispielsweise dann, wenn für eine fol- gende Bewegung der Anordnung für den Knickarmroboter keine Wahrscheinlichkeit dafür besteht, dass der Messarm bei dieser Bewegung der Bewegung des Gelenkarms nicht fol- gen würde. Die zugeordneten Steuersignale zum Aktivieren und zum Deaktivieren können zum Beispiel in Abhängigkeit von Winkelstetlungen eines oder mehrerer der Messarmgelen- ke erzeugt werden. Hierbei kann die jeweilige Winkelstellung eines oder mehrerer der Mess- armgelenke herangezogen werden, um die lösbare Verbindung zu aktivieren oder zu deakti- vieren, also zu schließen oder zu öffnen. Alternativ oder ergänzend können Messsignale für Geienkstellungen der Gelenke des Gelenkarms zum Bestimmen einer Stellung herangezo- gen werden, die die Aktivierung der lösbaren Verbindung auslöst.

Die Gliedereiemente 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 Messarmgliederele- mente des Messarms im Elementgehäuse.

Der Gelenkarm und der Messarm können jeweils mindestens fünf Drehachsen aufweisen. die mit den Geienken und den Messarmgelenken bereitgestellt sind. In einer Ausführungs- form weisen der Geienkarm und der Messarm sechs oder mehr Gelenke mit zugeordneten Drehachsen auf.

Die Messarmgliederelemente können als Stäbe aus einem faserverstärkten Material beste- hen. Hierbei können zum Betspiel kohlefaserverstärkte Materialien zum Einsatz kommen.

Der Messbezugspunkt kann an einem Endeffektor angeordnet sein, welcher an dem Glie- derelement oder dem der Messarmgliederelemente, welches dem Gliederelement zugeord- net und mit diesem verbunden ist. angeordnet ist.

In Verbindung mit dem Verfahren zum Messen an einem Messobjekt mittels eines Messsys- tems können die vorangehend erläuterten alternativen Ausgestaltungen entsprechend vor- gesehen sein. Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass eine Verbindungseinrichtung für ein oder mehrere nicht endseitige Messarmglieder des Messarms sowie nicht endseitige Gliedereie- mente des Gelenkarms aktiviert wird, wenn für den Gelenkarm und / oder den Messarm eine singulare Armstellung bestimmt wird, die durch vorgegebene Stellungen für ein oder mehrere der Gelenke / Messarmgelenke bestimmt ist, wobei beim Aktivieren der Verbindungseinrich- tung eine oder mehrere lösbare Verbindungen zwischen den nicht endseitigen Messarmglie- dern und den nicht endseitigen Gliederelementen paarweise ausgebildet werden. Im Laufe einer Bewegung von Gelenkarm und Messarm, die mehrere Bewegungsabschnitte oder -elemente aufweist, kann die lösbare Verbindung für einzelne oder mehrere Bewegungsab- schnitte 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 wer- den.

An einem der Gliederelemente 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-Bild des Messobjektes erfasst werden kann.

Beschreibung von Ausführunqsbeispielen

Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf eine Figur erläu- tert.

Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung für ein Messsystem zum Messen an einem Messobjekt mit einem Gelenkarm 1 und einem parallel hierzu ausgebilde- ten Messarm 2. Gelenkarm 1 und Messarm 2 bilden parallele Kinematiken (Parallelarmstruk- 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 Gliederelemente 5.1 5.6 seriell miteinander verbunden sind. Die Figur zeigt eine vereinfachte Darstellung. Abweichend hiervon können ein oder mehrere der Gliederelemente 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- gliederelemente 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 verbun- den.

Die Messarmgelenke 6.1. ... , 6.6 weisen jeweils einen Drehgeber auf. der an eine Messein- richtung 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 11 angeordnet ist, zum Beispiel an einem Messglied. Das Messglied kann mit einem Taster gebildet sein, zum Bei- spiel 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-Bild des Messobjektes erfasst werden kann. Die Positionsbestimmung mithilfe des Messarms 2 ermöglicht das Bestimmen der Position und / oder Orientierung der Messbezugspunkt 11.

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 Gelenkarm 1 auf. Hierbei ist ein physischer Kontakt für das jeweils erste und letzte Gliederelement in der Kette des Gelenkarms 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 Sonderfall der singulären Stellungen der einzelnen Gelenke könnte es ohne beson- dere Vorkehrungen vorkommen, dass der betreffende Messarm nicht der Gelenkarmkette folgt. Hierfür wird ein Klemmmechanismus, der nur für diese Stellungen eine feste Verbin- dung des betreffenden Gelenks mit dem Gelenk hat, vorgeschlagen. Hierbei kann die Akti- vierung dieser Klemmung mechanisch oder fremdaktiviert erfolgen.

Die Drehachsen der Anordnung mit dem Messarm 2 sind im Rahmen der Fertigungsgenau- igkeit und Verformungsgenauigkeit koaxial mit den jeweiligen Achsen des Gelenkarms 1.

In der Regel wird das System auf einem Sechs-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 durch- geführt 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- zuhalten - die Drehachse, dort wo die sechste Achse normalerweise wäre, müsste frei dreh- bar sein. Das Messsystem mit dem Messarm 2 weist dann auch nur fünf Winkeldrehgeber auf.

Alternativ können alle sechs Freiheitsgrade des Messsystems am Messbezugspunkt gehal- ten 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 An- zahl von Drehachsen zu verwenden. Zum Beispiel könnte die Anordnung an dem Messarm- glied 7.1 zwischen Achse 1 und 2 (in den Messarmgelenken 6.1 , 6.2) und an dem Messarm- glied 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 Ge- lenkarm 1 mit einem Freiheitsgrad geführt werden.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Figur offenbarten Merk- male können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.