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Title:
DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING GAP SIZE AND COHESION OF TWO ADJACENT COMPONENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2008/043685
Kind Code:
A2
Abstract:
The invention relates to a method for determining a gap size. A three-dimensional image is generated of the region with the gap. The measured values of the contours defining the gap are smoothed and then the gap size (Sp) determined from the smoothed contours using a stored instruction set. The invention further related to a corresponding device.

Inventors:
METZLER MICHAEL (DE)
SCHNEIDER FRANK (DE)
FORSTER FRANK (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/060425
Publication Date:
April 17, 2008
Filing Date:
October 02, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
METZLER MICHAEL (DE)
SCHNEIDER FRANK (DE)
FORSTER FRANK (DE)
International Classes:
G06T7/00
Domestic Patent References:
WO2004040426A22004-05-13
Foreign References:
US5129010A1992-07-07
DE19910699B42006-04-27
Other References:
FRANZEN B ET AL: "ROBOTERAUGEN VERMESSEN BERÜHRUNGSLOS KAROSSERIE-SPALTEN [OPTICAL MEASURING TOOL FOR FITTING TOLERANCES OF MOTOR CAR BODY PARTS]" QZ. QUALITAET UND ZUVERLAESSIGKEIT, HANSER, MUNICH, DE, Bd. 52, Nr. 4, 1. Januar 2007 (2007-01-01), Seiten 47-49, XP008095352 ISSN: 0720-1214
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Verfahren zur Ermittlung mindestens eines zwei Konturen (Cx, Dx) zugeordneten Spaltmaßes (Sp) in folgenden Schritten: a) Von dem Bereich mit dem zu untersuchenden Spalt wird ein dreidimensionales Abbild erzeugt, b) die Messwerte der den Spalt bestimmenden Konturen werden geglättet, c) ausgehend von einem ersten Messpunkt (Ml) auf einer der geglätteten Konturen (C) wird an einer Messstelle, für die das Spaltmaß (Sp) zu ermitteln ist, nach einer gespeicherten Anweisung ein zweiter Messpunkt (M2) an der jeweils anderen geglätteten Kontur (D) bestimmt und aus beiden Messpunkten (Ml, M2) das gesuchte Spaltmaß (Sp) ermittelt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des dreidimensionalen Abbilds die Triangulation verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des dreidimensionalen Abbilds ein Projektor (1) kodiertes Licht auf den abzubildenden Bereich projiziert und eine Kamera (3) den beleuchteten Bereich in einem Färb- oder Grauwertbild erfasst, aus dem mit Hilfe von Tπan- gulation ein topografisches Abbild erzeugt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Vermessung von Konturen und/oder Kanten bezüglich Spaltmaß und/oder Bündigkeit im Automobilbe- reich verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das oder die ermittelten Spaltmaße mit gespeicherten Sollwerten verglichen werden und abhangig vom Ergebnis des Vergleichs eine Einrichtung (7) gesteuert wird, mit der das Spaltmaß (Sp) entsprechend veränderbar ist.

6. Vorrichtung zur Ermittlung mindestens eines zwei Konturen (Cx, Dx) zugeordneten Spaltmaßes (Sp) mit einem Projektor (1), mit dem kodiertes Licht auf einen abzubildenden Bereich projizierbar ist, mit einer Kamera (2), mit der ein Färb- o- der Grauwertbild erfassbar ist, aus dem in einer Auswerteeinheit (3) mit Hilfe von Triangulation ein topografisches Ab ¬ bild erzeugbar ist, das die Konturen (Cx, Dx) mit dem zu vermessenden Spalt enthalt, wobei die Auswerteeinheit (3) zur Glattung der die Konturen wiedergebenden Messwerte dient, aus denen nach einer abgespeicherten Anweisung das Spaltmaß (Sp) ermittelbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit (3) zum Vergleich zwischen dem ermittel- ten Spaltmaß (Sp) und einem zugehörigen Sollwert sowie zur Ermittlung eines hierauf basierenden Korrekturwertes dient.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (6) vorgesehen ist, mit der aufgrund des Kor- rekturwertes eine Einrichtung (7) steuerbar ist.

Description:

Beschreibung

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung von Spaltmaß und Bündigkeit angrenzender Bauteile

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung mindestens eines zwei Konturen zugeordneten Spaltmaßes .

Eine automatisierte Methode zum passgenauen Einsetzen und An ¬ legen von Verbaukomponenten in Beziehung zur Verbauumgebung ist aus der US 7,024,032 B2 bekannt. Nach dieser Methode werden Messdaten für Verbaukomponenten gesammelt und die Verbauumgebung durch Modelldaten definiert. Die Montageumgebung wird durch Oberflachenobjekte bestimmt, welche an die Montagekomponenten innerhalb einer Montagekonfiguration angrenzen. Es werden die Messdaten mit den Modelldaten für die Montageumgebung verglichen und die Montagekomponenten in Beziehung zu den Modelldaten eingebaut. Mittels Lasersonden werden ein- zelne Spaltpunkte vermessen. Für den Fall, dass die Spaltpunkte weiter voneinander beabstandet sind, ist eine entsprechende Anzahl von Sonden zur Vermessung erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, dass Spaltmaße mit höherer Genauigkeit und geringerem Aufwand ermittelt werden können.

Als Losung hierzu werden ein Verfahren mit den Merkmalen ge- maß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 6 angegeben.

Weiterbildungen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 sind den Un- teranspruchen 2 bis 5 zu entnehmen.

Besonders vorteilhafte Weiterfuhrungen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 sind durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Anspruch 2 und Anspruch 3 gegeben, mit denen auf einfache Weise

ein topographisches Abbild des Vermessungsbereiches erzeugt werden kann.

Besonders vorteilhaft kann das Verfahren bei der Vermessung von Konturen und/oder Kanten bezüglich Spaltmaß und/oder Bündigkeit im Automobilbereich angewandt werden.

Werden das oder die ermittelten Spaltmaße mit gespeicherten Sollwerten verglichen und abhangig vom Ergebnis des Ver- gleichs eine Einrichtung gesteuert, mit der das Spaltmaß ent ¬ sprechend veränderbar ist, so ist hiermit eine wesentliche Erleichterung bei der Fertigung im allgemeinen und insbesondere im Automobilbau möglich.

Em Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand einer Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:

FIG 1 eine erfindungsgemaße Vorrichtung zur Ermittlung ei ¬ nes Spaltmaßes, FIG 2 einen Spalt bildende Konturen und

FIG 3 ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemaße Verfahren zur Ermittlung eines Spaltmaßes.

In FIG 1 ist eine Vorrichtung zur Vermessung von Konturen und Kanten bezuglich Spaltmaß und Bündigkeit angrenzender Bauteile dargestellt. Diese Vorrichtung umfasst einen Projektor 1, eine Kamera 2 und eine Auswerteeinheit 3, die gemeinsam in einem als Sensor 4 zu bezeichnenden Messgerat untergebracht sein können. Insbesondere bei der Vermessung von Karossen im Automobilbau kann eine solche Vorrichtung vorteilhaft verwendet werden. Prinzipiell sind dabei die hier beschriebene er- findungsgemaße Vorrichtung und das zugehörige Verfahren auch für die Vermessung anderer Bauteile anwendbar.

Der Projektor 1 projiziert gemäß FIG 1 kodiertes Licht auf den abzubildenden Bereich, der hier zwei Konturen A, B von beliebigen Bauteilen aufweist, die in den Teilbereichen Cx, Dx einen Spalt bilden. Zumindest an einer vordefinierten

Messstelle ist aufgabengemaß das Spaltmaß Sp zu ermitteln. Hierzu erfasst die Kamera 2 die beleuchteten Konturen A, B in einem Färb- oder Grauwertbild, aus dem mit Hilfe von Triangulation ein topografisches Abbild erzeugt wird. Dies erfolgt mit Hilfe der Auswerteeinheit 3 aufgrund der Kenntnis des Abstands zwischen dem Projektor 1 und der Kamera 2 sowie den zu einem Objektpunkt und seinem Abbild zugeordneten Lichtstrahlen und ihren Winkeln in bekannter Weise. Die auf diese Weise für die Konturen A, B erhaltenen Messwerte, die in Form von Koordinaten eines ortsfesten Koordinatensystems vorliegen, sind mit Messungenauigkeiten behaftet. Dies bedeutet, dass zwei parallele Konturen in starker Vergrößerung als Zick- Zack-Linien abgebildet werden, wie beispielhaft in FIG 2 dargestellt .

Erfmdungsgemaß werden in der Auswerteeinheit 3 die Messwerte geglättet und das Spaltmaß Sp aus den geglätteten Konturen C, D (siehe FIG 2) abgeleitet. Dazu wird an vordefinierter Stel ¬ le von einem ersten Messpunkt Ml auf der ersten geglätteten Kontur C ausgegangen und gemäß einer in einem Speicher, z.B. der Auswerteeinheit 3 hinterlegten Anweisung der zweite Messpunkt M2 auf der zweiten geglätteten Kontur D aufgesucht, um den Abstand zwischen den beiden Messpunkten Ml, M2 als Spalt ¬ maß Sp zu ermitteln.

Die gespeicherte Anweisung kann beispielsweise darin bestehen, dass zunächst die Tangente an die erste geglättete Kon ¬ tur im Messpunkt Ml gelegt wird und hierauf die Senkrechte errichtet wird, die als Schnittpunkt mit der zweiten geglat- teten Kontur D den gesuchten zweiten Messpunkt M2 ergibt. Abhangig von der jeweiligen Aufgabenstellung können aber auch andere Anweisungen zur Bestimmung des zweiten Messpunktes M2 dienen .

In der vorbeschriebenen Weise werden gemäß FIG 1 auch Spaltmaße Sp in den Teilbereichen Cx, Dx der Konturen A, B ermittelt, wobei hier nur beispielhaft ein Spaltmaß Sp dargestellt ist. üblicherweise besteht, wie im Karosseriebau in der Auto-

mobilindustrie, die Aufgabe, Spaltmaße nicht nur zu ermit ¬ teln, sondern Sollwerte von Spaltmaßen an vorgegebenen Mess ¬ punkten einzuhalten. Hierzu ist die Vorrichtung gemäß FIG 1 außerdem mit einem Speicher 5 versehen, in dem die Sollwerte abgespeichert sind. In der Auswerteeinheit 3 werden die ermittelten Spaltmaße Sp mit den jeweiligen abgespeicherten Sollwerten verglichen und hieraus Korrekturwerte berechnet. Diese werden einer Steuereinheit 6 zugeführt, die eine Einrichtung 7, z.B. einen Roboter steuert, um mit diesem die La- ge der Konturen auf das gewünschte Spaltmaß, d.h. Sollwert zu korrigieren .

Die oben beschriebene Vorrichtung und das mit ihr durchgeführte Verfahren zur Ermittlung des Spaltmaßes ist auch zur Beurteilung der Bündigkeit geeignet.

Im Karosseriebau in der Automobilindustrie, aber auch an anderer Stelle, wird eine Bündigkeit von Bauteilen angestrebt. Hierbei wird oftmals vorgegeben, wieweit eine Kontur des ei- nen Bauteils gegenüber einer anderen Kontur eines anderen

Bauteils überstehen darf. Vereinfacht ist dies in FIG 1 dargestellt, in der der Teilbereich Cy der Kontur A von der gestrichelten Linie Dy beabstandet ist, die eine fluchtende Li ¬ nie der Kontur B darstellt. Die Einhaltung der Bündigkeit kann demnach auf die Ermittlung des Spaltmaßes Sp in diesem Bereich zurückgeführt werden. Demzufolge bieten die vorliegende Vorrichtung und das zugehörige Verfahren auch eine Lo ¬ sung zum bundigen Einbau von Bauteilen, wie z.B. dem bundigen Einbau von Scheiben in einer Autokarosse.

Im Folgenden wird das mit der oben beschriebenen Vorrichtung ausgeführte Verfahren zur Ermittlung mindestens eines Spaltmaßes anhand eines Ablaufdiagramms gemäß FIG 3 beschrieben, das hier auch spezielle Verfahrensschritte bei der Automobil- fertigung umfasst.

Danach wird die zu vermessende Karosse zunächst positioniert. Da die zu untersuchenden Qualitatspunkte nach Karossen-Typ

unterschiedlich sind, wird zunächst der Karossen-Typ bestimmt, für den die Qualitatspunkte in einem Speicher abge ¬ legt sind. Es wird z.B. mit der oben beschriebenen Vorrichtung ein dreidimensionales Abbild der Karosse oder eines Teilbereichs der Karosse erzeugt. Die als Koordinaten vorliegenden Messwerte des abgebildeten Bauteils, z.B. der Karosse, oder eines Bereichs davon, der die Konturen mit dem zu vermessenden Spalt umfasst, werden durch eine Glattung korrigiert. Somit liegen geglättete Messwerte für die Konturen vor, die den Spalt bilden, für den an den gegebenen Quali- tatspunkten die Spaltmaße Sp ermittelt werden. Diese Spaltmaße Sp werden mit abgespeicherten Sollwerten verglichen und daraus Korrekturwerte gebildet, die nach Bedarf angezeigt werden können. Die Korrekturwerte werden einer Steuereinheit 6 (siehe FIG 1) zugeführt, die daraufhin eine Einrichtung 7 (siehe FIG 1), z.B. einen Roboter in der Weise steuert, dass der Spalt oder die Bündigkeit mit dem Ziel der Einhaltung von vorgegebenen Sollwerten verändert werden. Nach jeder Korrektur der Position durch den Roboter werden erneut in der oben beschriebenen Weise ein dreidimensionales Abbild erzeugt und in den anschließenden Schritten wie oben erläutert die Spaltmaße auch ggf. zur Einhaltung der geforderten Bündigkeit ermittelt.