DE102013217422A1

DE102013217422A1 - Koordinatenmessgerät und Verfahren zur Vermessung und mindestens teilweisen Erzeugung eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102013217422A1
Application number: DE102013217422.5A
Authority: DE
Inventors: Rainer Sagemüller; Dominik Seitz; Tobias Held; Thomas Engel
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2013-09-02
Filing date: 2013-09-02
Publication date: 2015-03-05
Also published as: US10220566B2; US20210379823A1; US20190184631A1; US20200147872A1; US11813791B2; US10532513B2; US11104064B2; US20150061170A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung und mindestens teilweisen Erzeugung eines Werkstücks 44 mittels eines Koordinatenmessgeräts 28, wobei in wenigstens einem Schritt durch einen Kopf 50 des Koordinatenmessgeräts 28 Material 48 abgeschieden wird, welches wenigstens einen Teil des zu vermessenden Werkstücks 44 bildet und dass in wenigstens einem anderen Schritt durch das Koordinatenmessgerät 28 die Koordinaten in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wenigstens eines Messpunktes des Werkstücks 44 mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm erfasst werden. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Koordinatenmessgeräts 28 zur Erfassung der Koordinaten in den drei Koordinatenrichtungen x, y, und z wenigstens eines Messpunktes eines zu vermessenden Werkstücks 44 mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm, wobei das Koordinatenmessgerät 28 wenigstens einen Kopf 50 zur Abscheidung von Material 48 des Werkstücks 44 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung und mindestens teilweisen Erzeugung eines Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgeräts, sowie ein entsprechendes Koordinatenmessgerät.
Im Bereich der generativen Fertigungsverfahren wie zum Beispiel dem Rapid Prototyping, dem Rapid Tooling, dem Rapid Manufacturing und dem Rapid Product Development werden sogenannte 3D-Drucker eingesetzt, um Werkstücke entsprechend einem vorgegebenen CAD Datensatz zu erzeugen. Als 3D-Drucker stehen hierbei die unterschiedlichsten Drucker mit den unterschiedlichsten Druckverfahren wie zum Beispiel dem selektive Laserschmelzen und dem Elektronenschmelzen von Metallen, dem selektive Lasersintern von Polymeren, Keramiken und Metallen, der Stereolithographie und dem Digital Light Processing für flüssige Kunstharze und dem Polyjet-Modeling sowie dem Fused Deposition Modeling für Kunststoffe und teilweise Kunstharze zur Verfügung.
Derzeit ist jedoch kein 3D-Drucker mit keinem der genannten Verfahren in der Lage, ein Werkstück herzustellen, dessen Maße eine absolute Genauigkeit von kleiner 0,1 mm in einer Koordinatenrichtung aufweisen. Zum einen mangelt es den derzeitigen 3D-Druckern an einer ausreichenden Genauigkeit bei der Positionierung und/oder Orientierung der zur Abscheidung genutzten Druckköpfe bzw. Strahlen und zum anderen sind derzeitige 3D-Drucker nicht in der Lage, die Maßhaltigkeit eines zu erzeugenden Werkstück während oder nach Abschluss eines Herstellungsprozesses an Ort und Stelle innerhalb des 3D-Druckers zu vermessen. Somit ist allen genannten 3D-Druckern und Verfahren derzeit gemein, dass die erzielten Werkstücke nachträglich in einem Koordinatenmessgerät auf ihre Maßhaltigkeit überprüft werden müssen.
Die Gewährleistung der Einhaltung von Maßen mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm in einer Koordinatenrichtung eines zu erzeugenden Werkstücks ist jedoch für den Durchbruch und die Akzeptanz der generativen Fertigungsverfahren in einer arbeitsteiligen und globalisierten Industrie zwingend notwendig, da die meisten Toleranzen für Werkstücke in dieser Industrie in dem Größenbereich von 0,1 mm oder kleiner liegen.
Hinzu kommt noch, dass bei der Verwendung von Kunststoff zur Erzeugung von Werkstücken dieser beim Aushärten bzw. Auskühlen schrumpft und diese Schrumpfung von der jeweiligen Geometrie und insbesondere der Wandstärke des erzeugten Werkstücks abhängt. Somit kann selbst bei der Berücksichtigung der Schrumpfung mittels von Vorhalten durch derzeitige 3D-Drucker bei der Verwendung von Kunststoff die Maßhaltigkeit von Werkstücken nicht gewährleistet werden.
Ferner können derzeitige 3D-Drucker nicht die Position, die Orientierung und die Oberflächen von zuvor außerhalb des 3D-Druckers hergestellten Werkstücken erfassen, welche im Druckbereich des Druckers abgelegt werden. Somit ist es mit diesen 3d-Druckern nicht möglich, diese Werkstücke durch weitere zu erzeugende Anbauteile zu ergänzen oder diese Werkstücke zu reparieren.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bzw. ein Koordinatenmessgerät anzugeben, mit Hilfe dessen Werkstücke hergestellt werden können, dessen Maße eine absolute Genauigkeit von kleiner 0,1 mm in einer Koordinatenrichtung aufweisen. Darüber hinaus soll diese absolute Genauigkeit auch während des Herstellungsprozesses des Werkstücks überwacht werden können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Vermessung und mindestens teilweisen Erzeugung eines Werkstücks mittels eines Koordinatenmessgeräts, wobei in wenigstens einem Schritt durch einen Kopf des Koordinatenmessgeräts Material abgeschieden wird, welches wenigstens einen Teil des zu vermessenden Werkstücks bildet und dass in wenigstens einem anderen Schritt durch das Koordinatenmessgerät die Koordinaten in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wenigstens eines Messpunktes des Werkstücks mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm erfasst werden. Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch ein Koordinatenmessgeräts zur Erfassung der Koordinaten in den drei Koordinatenrichtungen x, y, und z wenigstens eines Messpunktes eines zu vermessenden Werkstücks mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm, wobei das Koordinatenmessgerät wenigstens einen Kopf zur Abscheidung von Material des Werkstücks aufweist. Die Erfassung von Koordinaten eines Messpunktes geschieht in einem Koordinatenmessgerät dabei immer in Relation zu einem Koordinatenursprung, wobei der Koordinatenursprung ein Koordinatenursprung des Koordinatensystems des Koordinatenmessgeräts oder ein Koordinatenursprung des Koordinatensystems des Werkstücks sein kann. Die erfassten Koordinaten werden dabei mit einer absoluten Genauigkeit gegenüber der SI-Einheit Meter erfasst, wobei die absolute Genauigkeit durch den absoluten Messfehler des Koordinatenmessgeräts gegeben ist.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass ein Koordinatenmessgerät bzw. ein mit diesem Koordinatenmessgerät durchgeführtes Verfahren eine hohe Genauigkeit zum Anfahren von Punkten im Raum besitzt, so dass ein Kopf zur Abscheidung von Material durch das Koordinatenmessgerät hinreichend genau positioniert und/oder orientiert werden kann. Gleichzeitig besteht durch das Koordinatenmessgerät jederzeit die Messmöglichkeit zur Vermessung der Maßhaltigkeit des Werkstücks zu jedem Zeitpunkt des Entstehungsprozesses des Werkstücks mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm eines Messpunktes des Werkstück in einer Koordinatenrichtung, so dass hierdurch notfalls eine Korrektur beim Anfahren von Punkten im Raum vorgenommen werden kann. Ferner ist es mit dem Koordinatenmessgerät bzw. dem Verfahren möglich, den Kopf zur Abscheidung von Material durch verschiedene Kalibrierstrategien an Ort und Stelle des Abscheidungsvorgangs innerhalb des Koordinatenmessgeräts zu kalibrieren. Dabei wird der Ort des abgeschiedenen Materials durch das Koordinatenmessgerät hinreichend genau bestimmt, so dass die Erzeugung von Werkstücken hoher Maßhaltigkeit zusätzlich und/oder alternativ zur der oben dargelegten Überwachung des Herstellungsprozesses mittels einem Abscheidungsvorhalt in den Steuerdaten des Koordinatenmessgeräts basierend auf den Kalibrierstrategien ermöglicht wird.
In einer Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren wenigstens einen weiteren Schritt, bei dem durch den Kopf des Koordinatenmessgeräts weiteres Material in einer anderen Farbe abgeschieden wird und bei dem die abgeschiedene Materialmenge die Abweichung der zuvor gemessenen Ist-Werte der Messpunkte des Werkstücks von den Soll-Werten des Werkstücks repräsentiert. Repräsentiert bedeutet hierbei, dass die festgestellte Abweichung durch einen Materialauftrag repräsentiert wird, der in etwa dem Hundertfachen der Abweichung entspricht. Hierdurch ist es möglich, die vorhandenen Abweichungen des erzeugten Werkstücks gegenüber den Sollvorgaben durch einen überhöhten Materialauftrag in einer anderen Farbe plastisch auf dem Werkstück sichtbar und tastbar zu machen.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren wenigstens einen weiteren Schritt, beidem durch den Kopf des Koordinatenmessgeräts weiteres Material in einer anderen Farbe abgeschieden wird und bei dem die abgeschiedene Materialmenge der zulässigen maximalen Formabweichung des Werkstücks entspricht. Hierdurch wird ein Werkstück erzeugt, dessen Außenabmessungen der maximal zulässigen Toleranz entspricht. Ein solches Werkstück ist zur Überprüfung der Toleranzangaben sinnvoll, da es mit anderen entsprechenden Bauteilen, deren Abmessungen ebenfalls der maximalen Toleranz entsprechen, zusammengefügt werden kann und auf die Funktionstüchtigkeit im Zusammenspiel mit den anderen Bauteilen überprüft werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren einen weiteren Schritt, bei dem durch den Kopf des Koordinatenmessgeräts weiteres Material abgeschieden wird und bei dem die abgeschiedene Materialmenge die Abweichung der zuvor gemessenen Ist-Werte der Messpunkte des Werkstücks von den Soll-Werten des Werkstücks minimiert. Hierdurch ist es möglich, Werkstücke nachträglich hinsichtlich Ihrer Maßhaltigkeit auszubessern. Ferner können Ausschussteile von Werkstücken zielgerichtet repariert werden. Hierbei kommen auch Ausschussteile in Betracht, die durch andere Fertigungstechnologien wie dem Spritzgussverfahren oder dem Zerspanen zuvor hergestellt wurden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts wird der Kopf zur Abscheidung von Material durch einen Messarm des Koordinatenmessgeräts bewegt. Hierdurch ist es möglich, den Kopf zur Abscheidung von Material mit einer hohen absoluten Genauigkeit im Raum hinsichtlich den Koordinatenrichtungen x, y und z zu positionieren.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts ist der Kopf zur Abscheidung von Material mittels eines Dreh-Schwenkgelenks am Koordinatenmessgerät befestigt. Hierdurch ist es möglich, den Kopf zur Abscheidung von Material mit einer hohen absoluten Genauigkeit im Raum zu orientieren und dadurch die Abscheidungsrichtung des Materials mit einer hohen absoluten Genauigkeit festzulegen.
Ferner können durch die unterschiedlichen Orientierungen des Kopfes ansonsten notwendige Stützstrukturen am Werkstück vermieden werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts weist der Kopf zur Abscheidung von Material zusätzlich mindestens einen Taststift zur Erfassung der Koordinaten des wenigstens einen Messpunkts des Werkstücks auf. Hierdurch kann mit dem durch den Messarm bewegten Kopf eine Vermessung des Werkstücks erfolgen, ohne dass zur Durchführung der Vermessung dieser Kopf zur Abscheidung von Material gegen einen Tastkopf oder ein optisches Messsystem getauscht werden muss.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts weist der Kopf zur Abscheidung von Material zusätzlich mindestens einen optischen Sensor zur Erfassung der Koordinaten des wenigstens einen Messpunkts des Werkstücks auf. Dies führt zu dem gleichen bereits erwähnten Vorteil, nur dass ein optisches Messsytem anstatt einem Taststift für die Erfassung der Koordinaten verwendet wird.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts umfasst der Kopf zur Abscheidung von Material eine Spritzdüse zur Abscheidung von Kunststoffdraht bzw. Kunststoffschweißdraht. Durch die Verarbeitung von Kunststoffdraht mittels einer Spritzdüse ist eine schnelle, einfache und kostengünstige Herstellung eines Werkstücks möglich.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts ist die Spritzdüse dazu geeignet, dem Kunststoffschweißdraht ein Additiv zuzusetzen. Hierdurch ist es möglich, die Eigenschaft des Kunststoffschweißdrahtes beim Abscheidevorgang zu beeinflussen. Zum Beispiel können die Fließgeschwindigkeit, die spätere Festigkeit, die Aushärtungszeit und/oder die Farbe des Kunststoffschweißdrahts hierdurch während des Abscheidevorgangs geändert werden.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts ist die Spritzdüse geeignet, dem Kunststoffschweißdraht Fasern zuzusetzen. Hierdurch kann die spätere Festigkeit des abgeschiedenen Materials während des Abscheidevorgangs geändert werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts kann die Spritzdüse gegen eine andere in einem Wechselmagazin vorgehaltene Spritzdüse gewechselt werden. Hierdurch ist es möglich, zwischen verschiedenen Spritzdüsen zum Aufbau des Werkstücks zu wechseln, wobei die verschiedenen Spritzdüsen unterschiedlichen Kunststoffdraht mit einer unterschiedlichen Beschaffenheit wie zum Beispiel der Farbe, des Durchmessers oder der Verarbeitungstemperatur aufweisen können.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts kann die Spritzdüse mindestens zwei Kunststoffdrähte unterschiedlicher Farbe nacheinander und/oder zeitgleich abscheiden. Durch die Verwendung einer solchen Spritzdüse kann auf den Einsatz mehrere Spritzdüsen und einem Wechselmagazin verzichtet werden. Ferner können hierdurch unterschiedliche Farbtöne gemischt werden.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts kann der Kopf zur Abscheidung von Material in einem aktiven Magazin des Koordinatenmessgeräts abgelegt werden. Dabei wird dem Kopf bei einer Ablage im aktiven Magazin Energie zugeführt. Hierdurch wird gewährleistet, dass der Kopf auch bei einer eventuellen Nichtnutzung einsatzbereit auf der richtigen Temperatur gehalten wird. Dazu wird dem Kopf durch das aktive Magazin Energie zugeführt. Ein aktives Magazin zeichnet sich gerade durch die Möglichkeit der Energiezufuhr als ein solche aktives Magazin aus.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts ist der Kopf zur Abscheidung von Material ortsfest am Koordinatenmessgerät montiert und es wird eine Grundplatte zur Aufnahme des abzuscheidenden Materials durch einen Messarm des Koordinatenmessgeräts in den Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt. Durch den ortsfesten Kopf zur Abscheidung von Material lässt sich die Material- und Energiezufuhr zum Kopf viel einfacher gestalten, als wenn der Kopf durch das Koordinatenmessgerät bewegt wird. In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts handelt es sich bei der Grundplatte um eine beheizbare Grundplatte. Hierdurch wird sichergestellt, dass das bereits auf der Grundplatte abgeschiedene Material eine Temperatur aufweist, welches eine genügende Vernetzung des abgeschiedenen Materials mit dem aufzutragenden Material zulässt.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts ist die Grundplatte an einem Dreh-Schwenkgelenkt befestigt. Hierdurch ist es möglich, das auf der Grundplatte befindliche Werkstück bei der Abscheidung von Material mit einer hohen absoluten Genauigkeit im Raum zu orientieren. Somit können durch die unterschiedlichen Orientierungen des Werkstücks ansonsten notwendige Stützstrukturen am Werkstück vermieden werden.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts werden die Koordinaten des wenigstens einen Messpunktes des Werkstücks mittels Röntgentomographie ermittelt. Hierdurch können Schwachstellen des Werkstücks erkannt und durch zusätzliches abgeschiedenes Material verstärkt werden. Ferner kann durch ein solches Koordinatenmessgerät ein 3D-Kopierer realisiert werden, der einerseits ein Werkstück vermisst und andererseits eine nahezu identische Kopie erzeugt.
In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts weist das Koordinatenmessgerät einen Drehtisch zur Rotation des Werkstücks auf. Hierdurch wird das Erzeugen und Vermessen insbesondere von rotationssymmetrischen Werkstücken vereinfacht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. In diesen zeigt
1 ein Koordinatenmessgerät in Portalbauweise;
2 ein Dreh-Schwenkgelenk für ein Koordinatenmessgerät;
3 eine schematische Darstellung einer Spritzdüse;
4 eine schematische Darstellung einer alternativen Spritzdüse;
5 ein Dreh-Schwenkgelenk umfassend einen Kopf zum Abscheiden von Material mit Taststift und Spritzdüse;
6 ein Koordinatenmessgerät mit feststehendem Kopf zum Abscheiden von Material mit Spritzdüse und mit einem Dreh-Schwenkgelenk zur Orientierung des Werkstücks;
7a ein erzeugtes Werkstück mit einer überhöhten Darstellung des Neigungsfehlers des Werkstücks;
7b ein erzeugtes Werkstück mit einer überhöhten Darstellung des Fehlers in radialer Richtung des Werkstücks; und
7c eine Kombination der Fehler der 7a und 7b in einem erzeugten Werkstück.
1 zeigt rein beispielhaft ein Koordinatenmessgerät 28 in sogenannter Portalbauweise. Ebenso gebräuchlich sind in der Koordinatenmesstechnik Koordinatenmessgeräte in Brücken- oder Ständerbauweise, sowie Mehrstellenmessgeräte, Röntgentomographen, Lasertracker-, Lasertracer-, Roboter- oder Gelenkarm-Koordinatenmessgeräte. Es versteht sich daher, dass die vorliegende Erfindung bei allen diesen genannten Koordinatenmessgeräten eingesetzt werden kann und dass sich daher der Begriff Koordinatenmessgerät im Rahmen der vorliegenden Erfindung auf alle diese genannten Koordinatenmessgeräte und deren Abwandlungen erstreckt.
Das Koordinatenmessgerät 28 der 1 weist einen Taststift 6 auf, der auswechselbar an einem Tastkopf 5 befestigt ist und der gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung des Taststiftes 6 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wird über drei im Tastkopf 5 befindliche Messgeber erfasst. Der Tastkopf 5 seinerseits kann in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt werden. Dazu weist die Portalmechanik eine Messeinheit 2 bzw. ein Messportal 2 auf, die in der mit dem Pfeil y bezeichneten Koordinatenrichtung gegenüber dem Messtisch 1 verfahren werden kann. Entlang der den Messtisch 1 überspannenden Traverse der Messeinheit 2 wiederum ist der sogenannte Messschlitten 3 in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung beweglich geführt. Am Messschlitten 3 wiederum ist die Pinole 4 in der vertikalen mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung beweglich geführt, so dass der Tastkopf 5 über die Portalmechanik in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann. Die Vermessung eines Werkstückes erfolgt nunmehr derart, dass der Taststift 6 das zu vermessende Werkstück 7 an vorgesehenen Messpunkten antastet, wobei im Tastkopf 5 die Auslenkung des Taststiftes 6 gegenüber dem Tastkopf 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen wird. Zusätzlich werden an den drei Inkrementalmaßstäben 8a–8c, die von optischen Ableseköpfen abgetastet werden, die aktuelle Position des Tastkopfes 5 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z gemessen. Zur Ermittlung eines Messpunktes werden nunmehr die Maßstabsmesswerte 8a–8c mit den durch die Messgeber im Tastkopf 5 ermittelten Taststiftauslenkungen komponentenrichtig verrechnet und hieraus ein Messpunkt generiert.
Um nunmehr komplexe Werkstücke mit einer komplexen Geometrie vermessen zu können, werden üblicherweise unterschiedliche Taststifte benötigt, die in einem nicht dargestellten Magazin bzw. Wechselmagazin vorgehalten werden und automatisiert über eine Wechseleinrichtung am Tastkopf 5 eingewechselt werden können. Die unterschiedlichen Taststifte weisen üblicherweise einen oder mehrere Tasterschäfte auf, an deren Enden Antastkörper, wie beispielsweise eine Tastkugel oder ein Zylinder befestigt sein können. Eine horizontale Bohrung beispielsweise wird man mit einem horizontal ausgerichteten Tasterschaft, d.h. mit einem sogenannten seitlich angeordneten Taststift 6, vermessen können, während eine vertikale Bohrung mit einem vertikal ausgerichteten Tasterschaft vermessen werden kann.
Die Steuerung des Messablaufes und der Antriebsmittel des Koordinatenmessgerätes, sowie die Aufnahme und Auswertung der hierbei ermittelten Messwerte erfolgt durch eine Steuer und Auswerteeinheit 9, die hier in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft durch einen einzigen Rechner realisiert ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit 9 kann zusätzlich mit einem nicht dargestellten Bedienpult verbunden werden, mit dem über Bedienhebel das Koordinatenmessgerät auch manuell in den Koordinatenrichtungen x, y und z verfahren werden kann, sowie auch andere Funktionen, wie beispielsweise ein Taststiftwechsel oder eine Bedienung des Messprogramms vorgenommen werden können.
Alternativ zu einem Tastkopf 5 kann das Koordinatenmessgerät 28 der 1 auch mit einem optischen Messsystem ausgerüstet sein, welches zum Beispiel einen CCD- oder CMOS-Sensor, ein Objektiv und eine Beleuchtung umfasst. Dieses optische Messsystem kann mit Hilfe des Koordinatenmessgeräts 28 an die zu vermessende Stelle des Werkstücks 7 gezielt verfahren werden. Dort werden anschließend mit Hilfe des CCD- oder CMOS-Sensors und des Objektivs Aufnahmen des Werkstücks 7 getätigt. Durch die Anwendung von Bildverarbeitungssoftware auf die Datensätze der aufgenommenen Bilder werden unter Berücksichtigung der Maßstabsmesswerte 8a–8c des Koordinatenmessgeräts 28 die Koordinaten der betrachteten relevanten Strukturen entweder an der Steuer- und Auswerteeinheit 9 ausgegeben bzw. von der Steuer- und Auswerteeinheit für nachfolgende Auswerteschritte bereitgestellt.
Die 2 zeigt ein Dreh-Schwenkgelenk 26 an einem horizontal ausgerichteten Messarm 18 eines nicht weiter dargestellten Ständermessgeräts. Allerdings könnte das gezeigte Dreh-Schwenkgelenk 26 grundsätzlich auch bei einem Koordinatenmessgerät 28 der 1 zur unterschiedlichen Orientierung eines Taststifts 6 im Raum eingesetzt werden. Ein Ständermessgerät besitzt im Gegensatz zu einem Portalmessgerät der 1 einen Messarm 18, der die Funktion der Pinole 4 des Portalmessgeräts übernimmt. Dabei ist eine Pinole eine spezielle Ausführungsform eines Messarms für Koordinatenmessgeräte in Brücken- oder Portalbauweise in der Koordinatenrichtung z. Das in 2 dargestellte Dreh-Schwenkgelenk 26 wird als ein sogenanntes rastendes Dreh-Schwenkgelenk bezeichnet und weist zwei Drehgelenke 24, 25 auf, die die Bauteile 10 und 22, sowie die Bauteile 22 und 13 drehbar miteinander verbinden, wobei die Drehgelenke 25, 24 die Drehachsen aA und aB definieren. Zum Festrasten der eingestellten Drehwinkel weist das Dreh-Schwenkgelenk 26 sogenannte Hirth-Verzahnungen 16 und 17 auf. Dies sind paarweise zusammenwirkende Zahnkränze, die ineinander greifen. Um die Drehwinkel der Drehgelenke 24, 25 zu verändern, befindet sich im Inneren des Dreh-Schwenkgelenks 26 ein gegen die Rückstellkräfte von Federn arbeitender pneumatischer Zylinder, über den das Bauteil 22 gegenüber dem Bauteil 10 sowie das Bauteil 13 gegenüber dem Bauteil 22 abgehoben werden kann. Außerdem ist für jedes der Drehgelenke ein Elektromotor vorgesehen, über den der Drehwinkel des jeweiligen Drehgelenkes 24, 25 verstellt werden kann. Nachdem der gewünschte Drehwinkel erreicht ist, werden die ausgehobenen Bauteile 10 und 22 bzw. 22 und 13 durch die Federn bei nachlassendem Druck der pneumatischen Zylinder wieder zusammengezogen. In der gezeigten Darstellung ist an die Aufnahme des Dreh-Schwenkgelenks 26 ein Tastkopf 14 vom schaltenden Typ angesetzt. Am Tastkopf 14 ist wiederum ein Taststift 6 mit einer Tastkugel 12 auswechselbar gehalten, wobei der Tastkopf 14, bei der Berührung eines Werkstückes mit der Tastkugel 12, ein elektrisches Signal auslöst. Natürlich kann beispielsweise auch ein optisches Messsystem oder ein messender Tastkopf 5 entsprechend der 1 verwendet werden. Der Tastkopf 14 ist mittels eines Adapterteils 15 an der Halteplatte 13 befestigt.
Die 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Spritzdüse 34 zum Abscheiden eines Kunststoffes wie zum Beispiel ABS, der durch einen Kunststoffdraht 36 bereitgestellt wird. Die Spritzdüse 34 ist dabei als eine Extruder-Düse ausgeführt, welche den Kunststoff bei einer bestimmten Verarbeitungstemperatur oberhalb der Raumtemperatur und bei einem bestimmten Verarbeitungsdruck oberhalb des Umgebungsdruckes abscheidet. Zur Verarbeitung von Material unterschiedlicher Farbe kann dem Kunststoff innerhalb der Spritzdüse 34 ein Additiv zugesetzt werden. Ferner ist es möglich, dass innerhalb der Spritzdüse dem Kunststoff Fasern zugesetzt werden, welche die Festigkeit des zu erzeugenden Werkstücks erhöhen.
Alternativ zu einer Spritzdüse 34, die nur eine Sorte Kunststoffdraht verarbeitet, ist es möglich, eine Spritzdüse 34 gemäß der 4 zu verwenden, welche mehrere Kunststoffdrähte 38, 40 und 42 unterschiedlicher Beschaffenheit gleichzeitig und/oder nacheinander verarbeiten kann. Die unterschiedliche Beschaffenheit kann dabei durch die Farbe, die Festigkeit, die Verarbeitungstemperatur, den Verarbeitungsdruck, die Fließgeschwindigkeit usw. der verwendeten Kunststoffe gegeben sein. Eine solche Spritzdüse 34 zur Verarbeitung mehrere Kunststoffdrähte 38, 40 und 42 hat den Vorteil gegenüber der Spritzdüse 34 der 3, dass bei einem gewünschten Wechsel des Kunststoffdrahtes Reste des zuvor verwendeten Kunststoffdrahts nicht aufwändig durch zum Beispiel Probedrucke aus der Spritzdüse entfernt werden müssen. Ferner entfällt bei der Spritzdüse gemäß 4 eine manuelle Umrüstzeit für einen Wechsel des Kunststoffdrahts. In einer speziellen Ausgestaltung der Spritzdüse 34 gemäß 4 ist es zum Beispiel möglich, durch die Verwendung von Kunststoffdrähten unterschiedlicher Farben die Farbe des abgeschiedenen Materials nach entsprechenden Vorgaben durch eine Steuereinheit 9 zu mischen. Alternativ zu der Spritzdüse 34 der 4 wäre es möglich, mehrere Spritzdüsen 34 gemäß der 3 parallel zu betreiben. Allerdings müssten dann die Spritzdüsen 34 alle zueinander kalibriert werden, um die Herstellung eines Werkstücks hoher Maßhaltigkeit zu gewährleisten. Ferner würde jede einzelne Spritzdüse für sich eine Wärmequelle darstellen, die eine entsprechende Energiezufuhr benötigt und sich negativ auf Messgenauigkeit des Koordinatenmessgeräts auswirkt.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die Verwendung von Spritzdüsen zum Abscheiden von Kunststoff beschränkt ist. Auch Köpfe, die zum Abscheiden das selektive Laserschmelzen und das Elektronenschmelzen von Metallen, das selektive Lasersintern von Polymeren, Keramiken und Metallen, die Stereolithographie und das Digital Light Processing für flüssige Kunstharze und das Polyjet-Modeling sowie das Fused Deposition Modeling für Kunststoffe und teilweise Kunstharze einsetzen, sind durch die vorliegende Erfindung umfasst. Ferner versteht es sich, dass die gennannten Köpfe zum Abscheiden von Material und dabei insbesondere Köpfe, welche die anhand der 3 und 4 dargelegten Spritzdüsen 34 umfassen, sowohl bei einem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät mit einem aktiv bewegtem Kopf gemäß der 5, als auch bei einem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät mit einem ortsfesten Kopf gemäß der 6 eingesetzt werden können.
Die 5 zeigt den erfindungsgemäßen Einsatz eines Kopfes 50 zum Abscheiden von Material 48 an einem Dreh-Schwenkgelenk 26 eines Messarms 18 eines Koordinatenmessgeräts. Der Kopf 50 umfasst dabei einen Taststift 6 mit Tastkugel 12 und eine Spritzdüse 34. Der Kunststoffdraht 36 wird dabei zur Versorgung der Spritzdüse 34 innerhalb eines Schlauchs am Messarm 18 entlanggeführt. Durch ein CAD-Modell des zu erzeugenden Werkstücks 44 erhält das Koordinatenmessgerät durch seine Steuereinheit 9 übermittelte Signale zum Abfahren bestimmter Bahnkurven im Raum. Dabei wird der Kopf 50 mit der Spritzdüse 34 durch das Koordinatenmessgerät entlang der Konturen des Werkstücks 44 geführt und die Spritzdüse 34 scheidet eine vorbestimmte Menge Material 48 pro Zeiteinheit und/oder pro Wegeinheit des abzufahrenden Weges auf den bereits bestehenden Konturen des Werkstücks 44 ab. Nach dem Aushärten des Kunststoffes ergibt sich dann nach dem Abfahren der festgelegten Bahnkurven das fertige Werkstück 44. Der Vorteil eines Koordinatenmessgeräts zur Erzeugung eines Werkstücks besteht nun zum einen darin, dass der Kopf 50 mit seiner Spritzdüse 34 durch das Koordinatenmessgerät genauer positioniert werden kann als mit herkömmlichen 3D-Druckern und zum anderen darin, dass der Kopf mit seinem Taststift 6 gleich das fertige Werkstück oder Teile davon bereits bei der Entstehung auf ihre Maßhaltigkeit überprüfen kann. Darüber hinaus ist es möglich, den Kopf 50 mit Hilfe des Dreh-Schwenkgelenks 26 in jede beliebige Orientierung im Raum zu schwenken, so dass selbst sehr komplizierte Formen von Werkstücken 44 hergestellt werden können. Ferner kann durch den Einsatz des Dreh-Schwenkgelenks 26 weitestgehend auf den Einsatz von sogenannter Stützstrukturen zur Erzeugung eines Werkstücks 44 verzichtet werden. Es versteht sich, dass der Kopf 50 und das Dreh-Schwenkgelenk 26 mit entsprechenden Wechselschnittstellen versehen sein können, so dass unterschiedliche Köpfe 50 mit unterschiedlichen Spritzdüsen 34 und/oder unterschiedlichen Taststiften 6 eingewechselt werden können. Darüber hinaus kann durch eine entsprechende Wechselschnittstelle des Kopfes 50 die Spritzdüse 34 gegen eine andere in einem Wechselmagazin vorgehaltene Spritzdüse 34 ausgetauscht werden. Alternativ ist es möglich, dass der Kopf 50 lediglich die Spritzdüse 34 umfasst und daher zur Erfassung von Koordinaten gegen einen Tastkopf oder ein optisches Messsystem, welche ebenfalls in einem Wechselmagazin vorgehalten werden, getauscht wird. Ferner ist es möglich, dass die Spritzdüse 34 eine Schnittstelle analog einem Taststift 6 aufweist, so dass die Spritzdüse 34 anstatt einem Taststift 6 von einem Wechselmagazin aus an einen Tastkopf 5 oder ein Dreh-Schwenkgelenk 26 eingewechselt wird. Im ersten Fall wird dann der Tastkopf 5 durch die Spritzdüse 34 zu einem Kopf 50 zur Abscheidung von Material und im zweiten Fall repräsentiert die Spritzdüse 34 dann alleine den Kopf 50. Soll von einem Wechselmagazin die Spritzdüse 34 auf einer Betriebstemperatur vorgehalten werden, so muss von diesem Wechselmagazin zur Spritzdüse 34 Energie zugeführt werden. In diesem Fall handelt es sich bei dem Wechselmagazin um ein sogenanntes aktives Magazin. Es versteht sich, dass auch die Spritzdüse 34 so gestaltet und geformt sein kann, dass diese Spritzdüse 34 selbst als Taststift 6 des Koordinatenmessgeräts 28 zur Erfassung von Koordinaten genutzt werden kann. Zum Beispiel kann die Spitze der Spritzdüse 34 mit einer entsprechenden Rubinkugel versehen sein. Hierdurch erleichtert sich zum Beispiel die Kalibrierung der Spritzdüse 34.
Im 3D-Druckverfahren hergestellte Werkstücke 44 sind üblicherweise aus mehreren Schichten aufgebaut. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts 28 kann beispielsweise nach jeder oder nach n gedruckten Lagen die Maßhaltigkeit des Werkstücks 44 überprüft werden. So können eventuell erfasste Geometrieabweichungen zur Korrektur der Steuerdaten für den weiteren Druck- bzw. Abscheidevorgang benutzt werden. Auf diese Weise kann zum Beispiel einer durch Abkühlung verursachten Schrumpfung oder Verbiegung des abgeschiedenen Werkstücks 44 entgegengewirkt werden. Insbesondere bei Serien von zu erzeugenden Werkstücken 44 kann die Schrumpfung eines Werkstücks 44 an einem ersten erzeugten Werkstück 44 ermittelt werden und anschließend bei den nachfolgenden Werkstücken 44 automatisch vorgehalten werden. Da der Grad der Schrumpfung von der Werkstückstruktur abhängig ist, zum Beispiel von dessen Wandstärke, ist es vorteilhaft, wenn zu Beginn einer Serie von zu erzeugenden Werkstücken häufig die Koordinaten von Messpunkten der Werkstücke erfasst werden. Bei den nachfolgenden Werkstücken kann dann die festgestellte Schrumpfung berücksichtigt werden, so dass die Anzahl der Messvorgänge deutlich reduziert werden kann. Idealerweise wird der Grad der Verformung des erzeugten Werkstücks 44, also die Abweichung von dessen Sollgeometrie, auch an das CAD-System der Steuereinheit 9 zurückgemeldet, um bei zukünftig ähnlichen Formen und Wandstärken von Werkstücken 44 von vornherein berücksichtigt zu werden. Auf diese Weise kann der Grad einer eventuellen Nacharbeit weiter reduziert werden.
Die 6 zeigt einen alternativen Einsatz eines Kopfs 50 zum Abscheiden von Material eines Werkstücks 44 bei einem nicht näher dargestellten Koordinatenmessgerät in Ständerbauweise. Dieses Koordinatenmessgerät weist einen ortsfesten Kopf 50 umfassend eine Spritzdüse 34 und einen über eine Umlenkrolle 52 geführten Kunststoffdraht 36 auf. Gegenüber dem ortsfesten Kopf 50 befindet sich eine Grundplatte 46, welche über ein Dreh-Schwenkgelenk 26 an dem Messarm 18 des Koordinatenmessgeräts angebunden ist. Durch die Bewegung des Koordinatenmessgeräts und des Dreh-Schwenkgelenks 26 lässt sich die Grundplatte 46 an jede beliebige Position in jeder beliebigen Orientierung gegenüber dem Kopf 50 ausrichten. Dadurch ist es möglich, das Werkstück 44 auf der Grundplatte 46 durch Abscheidung von Material 48 in der Koordinatenrichtung z entstehen zu lassen. Die Grundplatte 46 kann hierzu auch geheizt werden. Der ortsfeste Kopf 50 hat hierbei den Vorteil, dass die Zuführung des Kunststoffdrahtes 36 auch ortsfest erfolgt. Somit muss nicht für eine aufwendige und flexible Führung des Kunststoffdrahtes 36 im Bewegungsraum des Koordinatenmessgerät gesorgt werden, es genügt ein einfaches Magazin und eine Umlenkrolle 52 für eine sichere Versorgung der Spritzdüse 34 mit Kunststoffdraht 36. Auch das Auffüllen des Magazins mit neuem Kunststoffdraht 36 ist während des erfindungsgemäßen Betriebs des Koordinatenmessgeräts problemlos möglich. Zur Koordinatenmessung des Werkstücks 44 kann der Kopf 50 analog zu 5 des Weiteren einen Taststift 6 oder ein optisches Messsystem aufweisen. Darüber hinaus ist es zur Koordinatenmessung möglich, dass die Grundplatte 46 an einer geeigneten Stelle im Messbereich des Koordinatenmessgeräts abgelegt wird und am Drehschwenkgelenk 26 ein Tastkopf 5 gemäß 1 eingewechselt wird.
Alternativ zu einer Befestigung des Kopfes 50 oberhalb des Bewegungsraums des Messarms 18 des Koordinatenmessgeräts der 6 ist es auch möglich, den Kopf 50 seitlich an einem Balken eines Magazinhalter zu befestigen. Diese Anordnung des Kopfes 50 ist bei einem Koordinatenmessgerät 28 in Portal- oder Brückenbauweise zu bevorzugen, bei dem die Grundplatte 46 über ein Dreh-Schwenkgelenkt 26 an der Pinole 4 befestigt ist. Die Abscheidung des Materials 48 am Werkstück 44 auf der Grundplatte 46 erfolgt dann in horizontaler Richtung.
Ferner ist es möglich, die Grundplatten 46 mit einer Wechselschnittstelle zu versehen, so dass verschiedene Grundplatten gegeneinander eingewechselt werden können. Hierdurch ist es möglich, ein Palettensystem zur Serienproduktion von Werkstücken 44 aufzubauen. Hierzu befindet sich ein erstes Palettenregal mit leeren Grundplatten auf der einen Seite des Koordinatenmessgeräts und ein weiteres zweites Palettenregal mit größeren Fächern zur Aufnahme von Grundplatten mit fertig abgeschiedenen Werkstücken neben dem ersten Palettenregal oder auf der anderen Seite des Koordinatenmessgeräts. Ein solches Palettensystem mit Grundplatten lässt sich ebenso bei dem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät der 5 installieren. Hierzu muss lediglich das Werkstück 44 der 5 statt auf dem Messtisch des Koordinatenmessgeräts auf eine Grundplatte 46 abgeschieden werden, die dann austauschbar auf dem Messtisch des Koordinatenmessgeräts gelagert ist. Alternativ zu einer einfachen Lagerung der Grundplatten 46 auf einem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts können diese auch durch ein auf dem Messtisch befestigten Dreh-Schwenkgelenk 26 gelagert bzw. bewegt werden. Somit ist es nicht nur möglich den Kopf 50 durch das erste Dreh-Schwenkgelenk 26 sondern auch die Grundplatte durch das zweite Dreh-Schwenkgelenk in alle möglichen Richtungen zu orientieren. Durch den Einsatz von Drehachsen ergeben sich neue Möglichkeiten beim Aufbau von Werkstücken 44, da in jeder Raumrichtung gedruckt werden kann. Alternative zu dem zweiten auf dem Messtisch befestigten Dreh-Schwenkgelenk 26 kann auch ein auf dem Messtisch befestigter Drehtisch eingesetzt werden.
Die 7a bis c zeigen Werkstücke 44, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren mittels eines erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts 28 hergestellt werden können. Die den 7a bis c zugrundeliegenden Werkstücke 44 entsprechen mit ihren Soll-Werten einem Zylinder, der in den Figuren durch einen Kreis angedeutet ist. Diese Zylinder 44 werden in wenigstens einem Schritt des Verfahrens durch den Kopf 50 des Koordinatenmessgeräts 28 abgeschieden und in wenigstens einem zweiten Schritt des Verfahrens mittels des Koordinatenmessgeräts 28 in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z vermessen. Dabei wird auf den Zylindern 44 der 7a bis c in wenigstens einem weiteren Schritt des Verfahrens durch den Kopf 50 des Koordinatenmessgeräts 28 weiteres Material in einer anderen Farbe 54 abgeschieden, wobei die abgeschiedene Materialmenge die Abweichung der zuvor gemessenen Ist-Werte der Messpunkte des Werkstücks 44 von den Soll-Werten des Werkstücks 44 repräsentiert. Die Bereiche, in denen weiteres Material in einer anderen Farbe 54 abgeschieden wurde, sind in den 7a bis c schraffiert eingezeichnet. Dabei repräsentiert die abgeschiedenen Materialmenge des zusätzlich abgeschiedenen Materials 54 der 7a die Abweichung der Ist-Werte hinsichtlich der Neigung bzw. Orientierung. Entsprechend repräsentiert die abgeschiedenen Materialmenge des zusätzlichen Materials 54 der 7b die Abweichung der Ist-Werte hinsichtlich dem nominellen Radius. Die 7c kombiniert beide Abweichungen der 7a und 7b in einem Werkstück 44. Eine Repräsentation von Abweichungen, wie in den 7a bis c dargestellt, bedeutet, dass die Gesamtdicke des zusätzlich abgeschiedenen Materials 54 in Normalenrichtung der Werkstückoberfläche gemessen in etwa dem Hundertfachen der tatsächlich erfassten Abweichung des Werkstücks 44 in der Normalenrichtung vor der Abscheidung des zusätzlichen Materials 54 entspricht. Hierdurch ist es möglich, die erfassten Abweichungen in ein plastisches Werkstück sichtbar und tastbar zu überführen. Allerdings ist in den 7a bis c nur der Fall dargestellt, dass durch das zusätzlich abgeschiedene Material 54 ein Überschreiten der Soll-Werte des Werkstücks repräsentiert wird. Eine Repräsentation von Überschreiten und Unterschreiten von Soll-Werten durch die Ist-Werte eines Werkstücks 44 ist allerdings durch die Nutzung unterschiedlicher Farben für das zusätzliche Material 54 ebenfalls möglich, wie dies weiter unten noch näher beschrieben wird.
Dieses anhand der 7a bis c dargestellte Verfahren zur Erzeugung von Werkstücken mit überhöhter Darstellung von Abweichungen ist insbesondere für die Qualitätssicherung und den Prototypenbau von geometrisch komplexen Werkstücken interessant, deren Oberflächen lokale Gauß’sche Krümmungen ungleich Null aufweisen. Solche Werkstücke sind nicht in eine Ebene abwickelbar und daher lassen sich diese Werkstücke auch nicht verzerrungsfrei auf einem Bildschirm oder auf einer Zeichnung darstellen. Dementsprechend bereitet die Darstellung der Abweichungen dieser Werkstücke ähnliche Probleme bei der Projektion auf einen Bildschirm oder eine Zeichnung. Diese Probleme lassen sich jedoch bei einer überhöhten dreidimensionalen Darstellung der Abweichungen des Werkstücks umgehen. Ferner können durch eine plastische dreidimensionale Darstellung von Abweichungen Probleme bei der Darstellung von Punktewolken komplexer Formabweichungsverläufen auf einem Bildschirm oder in einer Zeichnung umgangen werden.
In einer speziellen Ausgestaltung des anhand der 7a bis c dargestellten Verfahrens ist die Farbe des weiteren Materials 54 bei einer Unterschreitung der Soll-Werte durch die Ist-Werte eine andere Farbe als bei einer Überschreitung der Soll-Werte durch die Ist-Werte. Zum Beispiel könnte die Farbe Blau ein Unterschreiten und die Farbe Rot ein Überschreiten signalisieren. Somit würde die aufgetragene Menge des weiteren Materials 54 den Betrag des Geometriefehlers des Werkstücks 44 repräsentieren und die Farbe das entsprechende Vorzeichen. Als weitere Alternative hierzu könnte das weitere Material 54 auf dem Werkstück 44 gleichdick aufgetragen werden und nur die Farbe könnte zum Beispiel kontinuierlich von einem tiefen Violett zu einem tiefen Rot wechseln, wobei die Farbe hierbei den Betrag und das Vorzeichen repräsentieren würde. In diesem Beispiel würde die Farbe Gelb etwa den Soll-Werten und damit dem Nulldurchgang des Vorzeichens entsprechen.
Alternativ zu dem anhand der 7a bis c beschriebenen Verfahren ist es auch möglich, in wenigstens einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den Kopf des Koordinatenmessgeräts weiteres Material in einer anderen Farbe abzuscheiden, wobei die abgeschiedene Materialmenge der zulässigen maximalen Formabweichung des Werkstücks entspricht. Hierdurch kann ein Werkstück erzeugt werden, dessen Außenkonturen der maximal zulässigen Toleranz entspricht. Ein solches Werkstück kann dann hinsichtlich seiner Funktionalität überprüft werden, wodurch sich die zulässige maximale Toleranz des Werkstücks überprüfen lässt. Ebenso wäre es zur Überprüfung der minimalen Toleranz eines Werkstücks möglich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren von Anfang an ein Werkstück erzeugt wird, dessen Außenkonturen den minimalen Toleranzvorgaben des Werkstücks entsprechen.
Als weitere Alternative kann in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durch den Kopf des Koordinatenmessgeräts weiteres Material abgeschieden werden, wobei die abgeschiedene Materialmenge die Abweichung der zuvor gemessenen Ist-Werte der Messpunkte des Werkstücks von den Soll-Werten des Werkstücks minimiert. Hierdurch können zuvor hergestellte Ausschussteile durch das erfindungsgemäße Verfahren repariert werden. Bei diesen Ausschussteilen kann es sich dabei um Werkstücke handeln, welche zuvor mit anderen Fertigungsverfahren wie zum Beispiel dem Spritzgussverfahren oder dem Zerspanen hergestellt wurden. Dabei können auch metallische Werkstücke durch das Abscheiden von Kunststoff mittels dem erfindungsgemäßen Verfahren repariert werden. Ferner können zuvor hergestellte Werkstücke mit einem erfindungsgemäßen Koordinatenmessgerät mittels Röntgentomographie durchleuchtet werden und eventuell festgestellte Schwachstellen mittels dem Koordinatenmessgeräts durch das Abscheiden von Material behoben werden. Zum Beispiel ist es möglich, dass festgestellte Lunker eines Gussteils mit Kunststoff gefüllt werden. Darüber hinaus ist es bei der Reparatur oder Ergänzung von Bauteilen durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. Koordinatenmessgerät nicht zwingend notwendig, dass CAD Daten über das Werkstück zur Verfügung stehen, da das Koordinatenmessgerät selbst in der Lage ist, diese Daten vor oder bei der Reparatur bzw. Ergänzung neben der Position und Orientierung des Werkstücks im Arbeitsbereich des Koordinatenmessgeräts zu erfassen. Somit können auch archäologische Fundstücke repariert bzw. ergänzt werden, zu denen keine Vorgaben für die Soll-Werte existieren.
Im Folgenden werden weitere Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Koordinatenmessgeräts dargelegt, welche für sich alleine oder in Kombination mit den bereits oben dargelegten Aspekten verwirklicht sind:
Mit Hilfe des Verfahrens bzw. des Koordinatenmessgeräts lassen sich passgenaue Aufspannungen von Werkstücken aus Kunststoff herstellen. Insbesondere für Koordinatenmessgerät, die zur Erfassung von Koordinaten die Röntgentomographie verwenden, sind Aufspannungen aus Kunststoff notwendig, um eine zu vermessendes Werkstück bei der Vermessung zu halten und dabei das Röntgenlicht nicht zu absorbieren. Diese Aufspannungen aus Kunststoff lassen sich nun entweder separat mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Koordinatenmessgerät passgenau herstellen oder passgenau an dem zu vermessenden Werkstück abscheiden.
Mit Hilfe des Verfahrens bzw. des Koordinatenmessgeräts lassen sich Stützkonstruktionen an bestehende Werkstücke anfügen, um so empfindliche Teile des Werkstücks wie zum Beispiel dünne Lamellen für die Weiterverarbeitung des Werkstücks zu schützen. Diese Stützkonstruktionen lassen sich dann nachträglich zum Beispiel nach dem Einbau des Werkstücks in einer Maschine per Hand entfernen.
Mit Hilfe des Verfahren bzw. des Koordinatenmessgeräts lassen sich neuartige Kombinationswerkstücke herstellen, bei denen zum Beispiel tragende Teils aus Metall mit nichttragenden Teilen aus Kunststoff durch das Verfahren bzw. das Koordinatenmessgerät ergänzt werden. Die nichttragenden Teile können dabei zum Beispiel direkt auf eine metallische Oberfläche gegebenenfalls auch mit Hinterschnitten, in die der flüssige Kunststoff für eine formschlüssige Verbindung eingespritzt wird, aufgebracht werden, ohne dass es hierzu weiterer Fügeelemente wie Schrauben oder Nieten bedarf. Auf diese Weise können Bauteilerweiterung direkt abgeschieden werden.
Mit Hilfe des Verfahren bzw. des Koordinatenmessgeräts lassen sich auch komplizierte Werkstücke in mehreren Schritten nacheinander zum Beispiel in unterschiedlichen Koordinatenmessgeräten durch unterschiedliche Kunststoffe oder Materialien aufbauen, da die Koordinatenmessgeräte selbständig in der Lage sind, bei jedem einzelnen Schritt die Koordinaten des Werkstücks im jeweiligen Arbeitsbereich zu erfassen.

Claims

Verfahren zur Vermessung und mindestens teilweisen Erzeugung eines Werkstücks (44) mittels eines Koordinatenmessgeräts (28), dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Schritt durch einen Kopf (50) des Koordinatenmessgeräts (28) Material (48) abgeschieden wird, welches wenigstens einen Teil des zu vermessenden Werkstücks (44) bildet und dass in wenigstens einem anderen Schritt durch das Koordinatenmessgerät (28) die Koordinaten in den drei Koordinatenrichtungen x, y und z wenigstens eines Messpunktes des Werkstücks (44) mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in wenigstens einem weiteren Schritt durch den Kopf (50) des Koordinatenmessgeräts (28) weiteres Material in einer anderen Farbe (54) abgeschieden wird und die abgeschiedene Materialmenge die Abweichung der zuvor gemessenen Ist-Werte der Messpunkte des Werkstücks (44) von den Soll-Werten des Werkstücks (44) repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in wenigstens einem weiteren Schritt durch den Kopf (50) des Koordinatenmessgeräts (28) weiteres Material in einer anderen Farbe (54) abgeschieden wird und die abgeschiedene Materialmenge der zulässigen maximalen Formabweichung des Werkstücks (44) entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem weiteren Schritt durch den Kopf (50) des Koordinatenmessgeräts (28) weiteres Material (48) abgeschieden wird und die abgeschiedene Materialmenge die Abweichung der zuvor gemessenen Ist-Werte der Messpunkte des Werkstücks (44) von den Soll-Werten des Werkstücks (44) minimiert.
Koordinatenmessgeräts (28) zur Erfassung der Koordinaten in den drei Koordinatenrichtungen x, y, und z wenigstens eines Messpunktes eines zu vermessenden Werkstücks (44) mit einer absoluten Genauigkeit von kleiner 0,1 mm, insbesondere kleiner 0,05 mm, dadurch gekennzeichnet, dass das Koordinatenmessgerät (28) wenigstens einen Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) des Werkstücks (44) aufweist.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 5, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) durch einen Messarm (18) des Koordinatenmessgeräts (28) bewegt wird.
Koordinatenmessgerät (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) mittels eines Dreh-Schwenkgelenks (26) am Koordinatenmessgerät (28) befestigt ist.
Koordinatenmessgerät (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) zusätzlich mindestens einen Taststift (6) zur Erfassung der Koordinaten des wenigstens einen Messpunkts des Werkstücks (44) aufweist.
Koordinatenmessgerät (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) zusätzlich mindestens einen optischen Sensor zur Erfassung der Koordinaten des wenigstens einen Messpunkts des Werkstücks (44) aufweist.
Koordinatenmessgerät (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) eine Spritzdüse (34) zur Abscheidung von Kunststoffschweißdraht (36; 38; 40; 42) umfasst.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 10, wobei die Spritzdüse (34) dazu geeignet ist, dem Kunststoffschweißdraht (36; 38; 40; 42) ein Additiv zuzusetzen.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 10, wobei die Spritzdüse (34) dazu geeignet ist, dem Kunststoffschweißdraht (36; 38; 40; 42) Fasern zuzusetzen.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 10, wobei die Spritzdüse (34) gegen eine andere in einem Wechselmagazin vorgehaltene Spritzdüse (34) gewechselt werden kann.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 10, wobei die Spritzdüse (34) mindestens zwei Kunststoffdrähte (36; 38; 40; 42) unterschiedlicher Farbe nacheinander und/oder zeitgleich abscheiden kann.
Koordinatenmessgerät (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) in einem aktiven Magazin des Koordinatenmessgeräts (28) abgelegt werden kann und dem Kopf (50) bei einer Ablage im aktiven Magazin Energie zugeführt wird.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 5, wobei der Kopf (50) zur Abscheidung von Material (48) ortsfest am Koordinatenmessgerät (28) montiert ist und eine Grundplatte (46) zur Aufnahme des abzuscheidenden Materials (48) durch einem Messarm (18) des Koordinatenmessgeräts (28) in den Koordinatenrichtungen x, y und z bewegt wird.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 16, wobei die Grundplatte (46) eine heizbare Grundplatte (46) ist.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 16 oder 17, wobei die Grundplatte (46) an einem Dreh-Schwenkgelenkt (26) zur Einstellung unterschiedlicher Orientierungen im Raum befestigt ist.
Koordinatenmessgerät (28) nach Anspruch 5, wobei die Koordinaten des wenigstens einen Messpunktes des Werkstücks (44) mittels Röntgentomographie ermittelt werden.
Koordinatenmessgerät (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Koordinatenmessgerät einen Drehtisch zur Rotation des Werkstücks (44) aufweist.