Ausrichten mit Leica Laser Tracker - Leica Geosystems

30
40
50
Ausrichten mit Leica Laser Tracker
Einmessung von Perceptron-Sensoren
mit dem Leica Laser Tracker
MADE TO MEASURE
Einmessung von Perceptron-Sensoren mit dem
Leica Laser Tracker
Perceptron-Inline
Messtechnik für industrielle
Prozessüberwachung
Perceptron bietet mit der
Reihe der TRICAM™Sensoren und seit neuestem mit der digitalen
Nachfolgerserie DIGITAL
TRICAM™ robuste Messtechnik für die Industrie an,
die schon seit 1983 Einzug
in die führenden Betriebe
der Automobilindustrie
gehalten hat. Diese
Sensoren ermöglichen die
Messung von Karosserieteilen im Produktionsablauf.
Dank kurzer Messzeiten ist
eine 100%-Messung
möglich. Die Daten können
direkt dazu verwendet
werden, korrigierend auf
den Prozess einzuwirken,
wodurch die Qualität der
Produktion gesteigert und
der Ausschuss eliminiert
werden kann.
Prinzipielle Funktion des
Messsystems
Die Perceptron Messung
beruht auf dem Triangulationsprinzip in Verbindung
mit leistungsfähiger Bildauswertung. Der Sensor
beinhaltet einen Laser der
Klasse 3A, dessen Strahl
durch eine Optik zu einer
Linie aufgefächert und auf
dem zu messenden Objekt
abgebildet wird. Eine
CCD-Kamera innerhalb des
Sensorgehäuses nimmt
diese Linie unter einem
definierten Winkel auf; so
dass aus der Lage der
Bildpunkte die Position des
Objektes im Raum
errechnet werden kann.
Durch den Einsatz spezieller
Bildauswertungsalgorithmen ist der Sensor in der
Lage, ein bekanntes Objekt
innerhalb seines Sichtfeldes
zu erkennen und seine
Position festzustellen. Objekte
in diesem Sinne sind Ecken,
Kanten, Bohrungen unterschiedlicher Form oder
Antastpunkte auf Flächen.
Zu deren Erkennungen
dienen Algorithmen, die
z. B. das Antastverfahren
einer Koordinaten-Messmaschine nachbilden oder
die Messung von Spaltbreiten und Bündigkeiten
ermöglichen.
Messung im Fahrzeugkoordinaten-CAD-System
Koordinatensystem des
Sensors
Grundlage für eine präzise
Messung ist die genaue
Kalibrierung des PerceptronMessfeldes. Nach einem
werkseitigen Einmessvorgang kann der Sensor
Abweichungen vom
Sollmass in absoluten
Werten darstellen. Diese
Messwerte beziehen sich
zunächst auf das Koordinatensystem des Sensors.
Ausrichtung über Musterfahrzeuge
(in Ausnahmefällen)
Zur Ausrichtung der ersten
Messsysteme wurde
ursprünglich ein bekanntes
Bauteil verwendet. Dieses
Bauteil musste entsprechend
vorbereitet sein, d.h. die
Messpunkte waren angerissen und auf einer Koordinatenmessmaschine
vermessen. Der Sensor
leitete aus diesem ReferenzBauteil seinen Bezug zum
Fahrzeugkoordinatensystem ab.
Heute erlauben die Anforderungen der Hersteller
diesen Weg nur noch in
Ausnahmefällen. Musterteile sind teuer und
besonders in der Vorserie
selten verfügbar. Darüber
hinaus besteht die Anforderung, bereits die ersten
Teile exakt vermessen zu
können.
Ausrichten mit dem
Theodolitenmesssystem
ECDS von Leica
Um den Bezug des Sensors
zum CAD Koordinatensystem herzustellen, war
ein externes Messsystem
nötig. Zunächst wurde bei
Perceptron mit Theodoliten
gearbeitet. Diese damit
realisierte Ausrichtmethode, als VERISTAR™
bezeichnet, ist in ihrer
Genauigkeit durch die
Theodolite begrenzt und
darüber hinaus relativ
zeitintensiv. Dennoch war
dieses Verfahren ausgesprochen erfolgreich.
Zeitoptimiertes Ausrichten
mit Leica Laser Tracker
Die Erfahrungen mit
VERISTAR™ führten zur
Entwicklung des TETRASTAR™-Kalibriersystems.
Dieses System arbeitet
nach dem gleichen Prinzip
wie mit Theodoliten,
verwendet als externes
Messsystem aber einen
Laser Tracker und nutzt die
Vorteile dieses neuen, hochgenauen Messsystems.
Mehrere Perceptron Sensoren zur Messung des Fahrzeughecks.
Details zur Ausrichtung mit
dem TETRASTAR™-Verfahren
Grobpositionierung der
Sensoren
Erster Schritt bei der Einrichtung einer Laser-Messanlage ist die Montage
der Sensoren an definierter
Stelle im Raum. Das zu
messende Merkmal soll sich
in der Mitte des SensorSichtfeldes befinden. Die
Montage erfolgt anhand von
Konstruktionszeichnungen
und mit einem System
von Stahlrohrteilen (Rose &
Krieger), die eine flexible
Aufnahme ermöglichen. Die
Position ist dadurch auf
wenige Zentimeter genau
bestimmt.
Messungen mit dem
Laser Tracker im Fahrzeugkoordinatensystem
Zunächst muss der Laser
Tracker im Fahrzeugkoordinatensystem eingebunden
werden. Dies geschieht
über Referenzpunkte, die
innerhalb des zukünftigen
Perceptronsichtfeldes
liegen. Durch Messung
dieser Punkte und
anschliessender 3-2-1- oder
Bestfit-Transformation
wird der Laser Tracker ins
Koordinatensystem des
Fahrzeugs überführt. Damit
bezieht sich jeder weitere
gemessene Punkt auf
dieses Koordinatensystem.
Die Berechnungs- und
Messgrundlagen werden
durch Leica’s Industriemesssoftware Axyz zur
Verfügung gestellt.
«Visualisierung» der
Fahrzeugposition
Da das reale Bauteil nicht
vorhanden ist, muss ein
Ersatz geschaffen werden,
um das Sichtfeld des
Sensors korrekt einzurichten. Das Verfahren wird als
«Virtual Aiming» bezeichnet.
Der Laser Tracker LTD500
mit der Axyz-Software
bietet das ideale Werkzeug
für diesen Vorgang. Innerhalb des Messmodus «Build
Points» wird die Messpunktliste als Datei importiert.
Anschliessend kann sich
der Laser Tracker auf diese
Punkte im Raum ausrichten.
Die Messdifferenz zwischen
der Position des Reflektors
wird laufend angezeigt.
Damit kann der Reflektor
leicht in die exakte Position
des Messpunktes verschoben werden. Der Tooling
Ball Reflektor mit 0,5 Zoll
(1,25 cm) Kugeldurchmesser hat sich dabei
bestens bewährt.
Lasertracker zum Ausrichten der Sensoren
Der Perceptron-Sensor
wird nun so ausgerichtet,
dass seine Laserlinie den
Tooling Ball Reflector mittig
schneidet und sich sein
Bild in der Mitte des Sichtfeldes befindet. Die Lage
der Laserlinie kann auf
ca. ± 1 mm genau eingerichtet werden, ein Wert,
der auf einem realen Bauteil
oft nicht erreicht wird und
für die korrekte Erkennung
des Merkmals vollkommen
ausreicht. Die eigentliche
Feineinmessung des
Sensors erfolgt im dritten
Schritt.
Schnelle und präzise Feineinmessung der einzelnen
Sensoren
Für diesen Schritt ist die
hohe Genauigkeit des Laser
Trackers erforderlich. Die
Anforderung besteht darin,
ein Objekt im Sichtfeld des
Sensors anzubringen, das
sowohl von dem Sensor
als auch vom Laser Tracker
gemessen werden kann.
Die Messunsicherheit darf
bei beiden Systemen einige
1
⁄100 mm nicht überschreiten.
Tetrahedron in Messposition am Sensor
Tetrahedron mit 0,5" Reflektor
Perceptron verwendet ein
kalibriertes Tetrahedron, ein
tetraederförmiger Körper,
der auf seiner Spitze einen
Halter für den Tooling Ball
Reflektor trägt. Der Sensor
misst die Seitenkanten
dieses Tetrahedrons und
berechnet aus diesen
Werten die Mitte des Reflektors auf der Spitze. Gleichzeitig gibt der Laser Tracker
die Position des Reflektors
in Fahrzeugkoordinaten an.
Diese Messung erfolgt an
vier verschiedenen Punkten
im Sichtfeld des Sensors.
Ein spezielles Gestänge, das
am Sensor befestigt wird
und das Tetrahedron trägt,
ermöglicht eine schnelle
Verschiebung zu den unterschiedlichen Messpositionen.
Die Messdaten des Laser
Trackers werden über eine
serielle Schnittstelle an den
Controller des PerceptronSystems übertragen. Dieser
Vorgang erfolgt bei der
Leica-Software automatisiert
und beschleunigt den
Vorgang erheblich. Der
Controller vergleicht die
Messdaten und berechnet
für jeden Sensor die Transformationsmatrix vom
Sensorkoordinatensystem
zum Fahrzeugkoordinatensystem. Nach der Bestimmung dieser Matrix ist
der Sensor in der Lage, in
Fahrzeugkoordinaten zu
messen.
Abbildungen, Beschreibungen und technische Daten unverbindlich; Änderungen
ohne Mitteilungspflicht vorbehalten.
Gedruckt in der Schweiz – Copyright by
Leica Geosystems AG, Heerbrugg,
Switzerland, 2000
722 143de – IV.2000
Zeitersparnis mit dem Laser
Tracker von mehr als 80%
Die Software von Leica
stellt verschiedene Werkzeuge zur Verfügung, die
das Einmessen in eine
Vorrichtung stark vereinfachen. Es gibt unter anderem Optionen zur Messung
von Aufnahmepins oder
zur Messung von Auflagen.
Der Radius des Reflektors
wird dabei berücksichtigt.
Bei klar strukturierten
Vorrichtungen erfordert das
Einmessen anhand einer
bekannten Referenz nicht
mehr als 40 Minuten, wobei
die Aufwärmphase des
Laser Trackers von 20 Minuten darin bereits enthalten
ist. Der gleiche Vorgang
beim Theodolitsystem
wurde mit vier bis fünf
Stunden veranschlagt.
Zukünftige Einsätze
Die durchweg positiven
Erfahrungen mit dem Laser
Tracker LTD500 der Firma
Leica haben dazu geführt,
dass dieses Messsystem als
Referenz zur Einmessung
von Perceptron-Messstationen auch in Zukunft
Verwendung finden wird.
Die Perceptron-Sensorik
wird in der Regel auf einem
Stahlgerüst montiert. Mit
Hilfe des Laser Trackers
kann diese Trägerstruktur
anhand von Passbohrungen
in kurzer Zeit kontrolliert
werden. Ebenso ermöglichen diese Passbohrungen
einen Stellungswechsel
des Laser Trackers und NeuEinmessung innerhalb von
wenigen Minuten. Dieser
Wechsel kann bei stark verbauten Vorrichtungen bis
zu viermal notwendig sein.
Der gleiche Aufwand mit
einem Theodolitsystem
würde mehrere Stunden
benötigen.
Leica Geosystems AG
Mönchmattweg 5
CH-5035 Unterentfelden
(Switzerland)
Telephone +41 62 737 67 67
Fax +41 62 723 07 34
www.leica-geosystems.com