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.