机械定位装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种基准定位系统，其用于在三维度坐标系统中定位工件(5)，该基准定位系统包括：第一定位单元(1)，用于在第一维度(X)、第二维度(Y)和第三维度(Z)中定位工件(5)的第一对准特征部(10)，第一定位单元包括第一定心销(11)和第一基准平面定位器(12)；第二定位单元(2)，用于在第二维度(Y)和第三维度(Z)中定位工件(5)的第二对准特征部(20)，第二定位单元包括第二定心销(21)和第二基准平面定位器(22)；第三定位单元(3)，用于在第三维度(Z)中定位工件(5)的第三对准特征部(30)，第三定位单元包括第三基准平面定位器(32)，该基准定位系统的特征在于，为了在基准平面内调平第一对准特征部(10)和第二对准特征部(20)，第一定心销(11)和第二定心销定心销(21)在第三维度(Z)中是可移动的，使得该基准平面能够被第一和第二定心销(11、21)的至少一部分横穿。此外，本发明涉及一种借助所述基准定位系统在三维坐标系统中定位和定向工件(5)的方法以及一种执行该方法的计算机程序产品。
【专利说明】机械定位装置及方法
[0001]本发明涉及一种在空间中对物体精确机械定位和定向的方法和装置。尤其是本发明涉及一种方法和系统，用于将物体高度重复地和高度精确地设置在给定的坐标系中，尤其是用于在制造过程中的测量目的。更具体地说，本发明涉及一种方法和装置，用于布置汽车的主体部件，以在汽车装配线上装配或测量。
[0002]根据本发明的方法和装置对应于被称为“基准定位系统”(即幻的计量校准原理的机械解决方案。例如，根据即3布置和定位的该原理在利希滕贝格，蒂洛
111110) (2006)用于现代汽车制造的灵活的车辆测量系统”(硕士论文，纳尔逊曼德拉都市大学，建筑环境和信息技术工程学院0？^^6 811111: 2鮮11~0111116111:
311(1丁6(^11010^7 0？ 1:116 ^618011 1811(161? 161^01)0111:811中被描述。
[0003]在汽车制造过程中，测量不同部件的特征和属性是常见的做法。这些测量可以通过接触或非接触式测量仪器在特定的测量单元中进行，例如基于激光或摄影测量原理。这样的过程，例如，已经在0219544240八1中被公开。
[0004]大型工件，尤其是金属板件，如汽车车体，可以有显著的制造公差。车体的偏差可以是大到的长度，而测量公差是比较小的，例如约1500！11。这意味着，工件的定位(其精确的机械定位和定向)是一项具有挑战性的任务。
[0005]有的工件，例如汽车车身，可以是非常重的，这意味着所产生的力和摩擦可能非常高的，尤其是当接触角度是不平的，并且接触平面面积是非常小时。此外，部件装载到测量单元中是相对不精确的或需要较高的努力和成本。
[0006]在许多已知的应用中，限定部件定位所用的装置在测量过程中不能被测量，这是因为在整个测量过程中，被测量的部件被保持在相同的装置上。因此，因测量设备无法触及这些装置。因此，在这些应用中，对于任何种类的测量装置的整体精度来说，在预定位置和方向具有极其精确和可重复的部件定位是必不可少的。
[0007]部分情况下，定位已考虑到工件的某些对准特征部的形状。通常，这些对准特征部包括圆形孔、细长的槽和平坦的表面。
[0008]当设计基准定位系统的定位单元时，必须在2方向上的最大公差和自定心能力之间作出权衡。这意味着平面几何形状在2方向上引起很小的公差，但是由于几何学和物理学上的原因，例如摩擦，使得工件在准确的XV方向自定心变得不太可能。在这种情况下，对准特征部没有完全与2轴正交取向，可能会出现附加公差。对准特征部自身的维度公差，例如圆形孔和细长的槽的直径，也都是重要的。
[0009]以往，有两种方案来解决这个问题:
[0010]在第一个方案中，支撑件，例如可以是一个圆柱形螺栓，比所述对准特征部的最小维度更小。这意味着工件的位置可以在最大间隙空间内变化，最大间隙空间至少与对准特征部的公差一样大。这种公差包括理论制造变量和在各装配步骤中部件定位引起的磨损影响。
[0011]在第二种方案中，支撑件具有球形或者是锥形，这意味着它在X和V方向是自定心。但是，其结果是，它的2方向上不能准确地限定。
[0012]与其理论值相比，工件零件的位置或维度偏差通常通过工件自身的坐标系，零件坐标系统⑴⑶)，来表示。在其相应的工件的设计工程中被定义。因此，为了测量工件零件的位置或维度，？08需要与测量坐标系相连，即真正的三维度空间坐标。
[0013]此定位步骤优选可通过“3-2-1规则”的方法完成。在静态确定刚性体布置的情况下，使用最少约束量，这意味着对准特征部的定位是在已知的三维度咖、中，第二个在二维度(12)中，第三个在一维度(2)中。在其它方面，所述第一定位限定了三个自由度，第二限定了两个自由度，第三限定了一个自由度。因此，六个自由度被限定，并且因此是(刚性)工件的位置和方向。在工件的限定中，尤其是金属板件，可以有三个限定零件，以达到这一目的，例如一个圆形孔、一个细长的槽和一个平面。
[0014]该部件可以被放置在锥形销上，其可在X和V方向上移动。其XV位置由测量装置读取，例如通过激光跟踪仪，或优选通过编码器装置，例如线性和丨或旋转编码器，并根据这些测量数据做定位工件。
[0015]然而，在一些应用中，在测量过程中需要对工件夹持，这意味着某些或全部对准特征部被夹持在2维度的标称零位置以下。在这种情况下，浮动销不能以相对简单的方式应用。
[0016]此外，由于零件本身的制造公差，例如其孔的直径，锥形销可能会导致相对于它们的纵向轴线，即坐标系的2轴的不准确的定位。这意味着对准特征部可能在2维度中不准确地被调平。
[0017]此外，利用锥形销支撑细长的槽(如通常用于第二特征部)会在非常小的接触面积上引起高压，从而导致材料磨损，因而降低精度。
[0018]因此，本发明的一个目的是提供一种在三维空间中用于工件的精确和可重复定位的方法和装置。
[0019]本发明的一个具体目的是提供这样一种方法和装置，其避免了现有技术已知的解决方案的缺点。
[0020]本发明的一个具体目的是提供一种这样的方法和装置，其用于工件的后续测量，尤其是所述工件的定位和定向具有对应于该测量装置的精度，并且具有比被测量的特征部的公差更高的精度，尤其是高出至少一个数量级。
[0021]本发明的一个具体目的是提供这样一种方法和装置，其中，所述工件的位置和方向可以是固定的。
[0022]本发明的另一个具体的目的是提供这样一种方法和装置，其用于在汽车生产线中的全自动对准固定。
[0023]这些目的中的至少一个可根据根据权利要求1的基准定位系统、根据权利要求10的工件的定位和定向方法和/或本发明的从属权利要求来实现。
[0024]在本发明的术语中，工件的“定位”不理解为必然是在六个自由度上的定位。例如，工件在三个旋转自由度上的取向也被理解为定位。
[0025]根据本发明，定心销被用于通过接合工件的对准特征部而将工件对准在限定的XV位置中，限定的位置与对准特征部的制造公差无关，例如，它们的直径和它们彼此的相对位置。
[0026]基准定位系统的定位单元包括接收单元，用于接触待定位的工件的对准特征部。接收单元至少包括一个基准平面定位器。至少两个接收单元附加地包括定心销。
[0027]第一定位单元包括第一定心销，优选为锥形或类似的形状，其被设计成被引入到工件的第一对准特征部的孔中，以便在第一维度和第二维度中固定地定位第一对准特征部。根据本发明，至少第一定心销-并且优选地还有第二定位单元的第二定心销-能在第三维度(尤其是沿竖直轴)中移动，在两个维度上定位工件后，允许工件在第三维度中移动，直到它到达基准平面，该基准平面与第一定位单元的第一基准平面定位器和至少两个定位单元的基准平面定位器间隔一已知距离。
[0028]该基准平面定位器可以在第一维度和第二维度中以低摩擦移动，其允许由第一定心销来支持工件的重量和自定心。
[0029]定心销的运动可以是被动控制的，也可以是主动控制的，也就是说，它既可以是弹簧加载方式的，也可以通过致动器，例如，电动机、气动系统等进行移动。
[0030]优选地，第一和第二定位单元的定位销是锥形的，以匹配借助定位销来锁定的对准特征部的尺寸变化(不同直径对应每个进入的部分锥形销的角度和表面优选被设计用于防止因锁定引起的摩擦。
[0031]优选地，所述定心销和/或基准平面定位器的表面由回火钢或通过其它手段硬化，以防止材料的磨损，这可能会分别降低定心或调平的精度。例如，磨损可能通过摩擦而出现，尤其是每次当销被不对中地引入到孔中时。
[0032]在另一个优选的实施方案中，为了更好地支撑细长的槽，第二定心销的形状类似于金字塔或四坡屋顶，从而使得尤其是，其垂直于工件的长度方向的横截面是棱镜的横截面。因此，与圆锥形销相比，销和槽之间的接触面积增大。销的长度小于槽的长度减去工件的公差。有利的是，销能绕2轴旋转，以补偿槽的任何角度误差。
[0033]优选地，第一或所有定位单元的内置夹持装置允许将工件至少紧固到第一基准平面定位器。夹持装置，例如，可以包括设置在所述定心销内的钩，其中，为了夹持工件，钩先是径向运动，然后将工件向下推至基准平面定位器。每个定心销的多个钩可以用于更均匀地分配拉力。作为替代或补充，所述夹持装置也可以是基准平面定位器的一部分。例如，磁体或吸盘可以用来将金属板件固定至基准平面定位器。
[0034]在一个优选实施方案中，使用四个定位单元，所有定位单元都具有用于定位工件的基准平面定位器和允许紧固工件的夹持装置。
[0035]优选地，基准平面定位器、定心销或基准定位系统的其他部件包括传感器装置，用于检测与工件的对准特征部的接触。尤其是，也对被检测的接触的质量或数值(压力、对中度等)进行检查，是否实现的对准精度处于本申请的公差范围内。
[0036]定心销与XV平面在所要求的方向和位置中的初始设定优选通过测量装置，例如激光跟踪器，或者，在测量单元情况下，目标测量系统自身，来支持。
[0037]在一个优选的实施方案中，一个以上的定位单元，尤其是所有的定位单元具有可回缩的定心销。可伸缩的定心销的另一个优点是，当工件被放置在基准定位单元上时，防止损坏定心销以及防止损坏对准特征部或工件的其它部分。
[0038]工件的对准特征部的位置没有限制，因为位置取决于工件的设计。尤其是，没有必要使所有对准特征部在同一平面上。在一个优选的实施方式中，定位单元相对于彼此的位置可在三个维度中调整，例如，以便允许改变工件设计或允许使用具有各种工件的同一基准定位系统。
[0039]在一个优选的实施方案中，基准定位系统的定位单元的设定可以针对具有不同对准特征部设定的不同类型的工件进行编程。因此，所述定位单元可根据对准特征部的设定进行定位。另外，定心销根据相应的对准特征部是否具有孔而可以被缩回或提出。附加的定位单元(对于某一工件的对准不是必需的)可以放低或闪开，以便不干扰该对准。
[0040]在一个优选实施方式中，设置机械预对准装置，其用于在将工件放置在基准定位系统上之前，大致对准工件(或滑道，工件在该滑道上被自动地传送到基准定位系统)，以确保工件的对准特征部可以与定位单元接触。
[0041]在一个优选的实施方式中，通过测量装置，例如激光跟踪器或者在测量单元中的目标计测系统自身，测量接近对准特征部的特殊特征，可以确保基准定位系统的重复使用，通过测量特殊功能接近对准特征部。这种确认循环可以使用相同的基础设施完全自动地执行，该基础设施在生产过程中控制测量仪器或者测量仪器的计算装置。
[0042]在一个优选的实施方案中，至少一个定心销的可移动性可以被开启和关闭。通过这种方式，不同定位单元的功能可进行交换，以便能够使用一个被设置用于不同变型的工件的系统，例如，用于右手驾驶和左手驾驶的车身。
[0043]在一个优选的实施方式中，三个定位单元(最小数量为3-2-1概念)被用于确定工件的基准系统以及在三维度空间中定位工件。这意味着所有的定位单元有助于限定2轴的方向和位置，第一定位单元也限定X轴和X轴的位置，第二定位单元限定了 X轴和X轴的方向。优选地，工件的对准特征部包括平坦的表面，用于限定2位置和2方向(所有对准特征部)；圆形孔，用于限定XV的位置(第一对准特征部)；细长的槽，用于限定XV方向(第二对准特征部)。
[0044]至少第二和第三定位单元的基准平面定位器优选在第一维度和第二维度上是可低摩擦移动的，这允许通过第一定心销来支承工件的重量并使工件自定心。
[0045]应当指出的是，不必使所有的基准平面定位器或甚至单一的基准平面定位器被布置在基准平面上，因为工件的对准特征部通常也不布置在同一平面上。取而代之的是，基准平面被如此理解，即，当对准特征部与基准平面定位器在接触平面内接触时，工件相对于基准平面对准。
[0046]本发明的另一个方面是作为一个独立的解决方案的定位单元，因为上述的基准定位系统的定位单元也可以单独使用或以不同的组合进行使用，以定位工件的对准特征部。这也包括特征夹持功能的和活动的定心销。
[0047]在下面本发明将参照示例性实施方式以及附图来进行详细描述，其中:
[0048]图1示出了具有对准特征部的工件；
[0049]图23至图26示出了根据本发明的基准定位系统的示例性实施方式；
[0050]图33至图3(1示出了根据本发明的基准定位系统的第一定位单元的示例性实施方式；
[0051]图如至图仙示出了第一定位单元的示例性实施方式的剖视图；以及
[0052]图5示出了根据本发明的基准定位系统的第二定位单元的示例性实施方式。
[0053]在图1中，车身作为待定位的工件5的一个示例，以俯视图示出。车身的对准特征部的典型位置被示出。所描绘的车身具有四个对准特征部10、20、30、40，这些对准特征部相对于部件的坐标系定位在已知的位置处，并被设计用于被根据本发明的基准定位系统的定位单元接触，尤其是用于插入定心销。在这个例子中，第一对准特征部10与第三对准特征部30包括一个圆形孔，第二对准特征部20和附加的特征部40包括一个细长的槽。附加的特征部40只是可选的。
[0054]在图23和图26中，根据本发明的基准定位系统的工作原理被示意性地示出。所描述的特征部只是简化的和象征性的描述。
[0055]基准定位系统被设置在三维度坐标系中，该坐标系具有第一维度X、第二维度X和第三维度2，分别用X轴、V轴和2轴表示。在所描绘的示例性实施方式中，第三维度2基本上是竖直的。
[0056]基准定位系统是局部定位器，该局部定位器保证工件5在三维测量装置的测量空间内的被限定的位置和取向。基准定位系统尤其可用于如图1中所描绘的汽车车身或底盘部件。
[0057]基准定位系统的两个定位单元1、2具有定心销11、21，该定心销在基准定位系统的机械可重复性以内，将工件5的相应的对准特征部10、20引导至其理论位置上。其它定位单元3、4也可有选择地具有销31、32。
[0058]基准定位系统和丨或单个定位单元1、2、3、4相对于它们的三维位置的初始调节，例如由激光跟踪仪6提供。在放置第一工件5之前，它们的相对位置被校准。然后，所有的定位单元1、2、3、4被固定(例如支承在支柱上)在三维测量装置的测量空间内。在完成固定数量的工件5之后或者以规定的维护时间通过激光跟踪仪6来完成再次校准。
[0059]在图如中，示出了工件5被放置在其顶部上之前的基准定位系统。基准定位系统包括至少三个定位单元1、2、3。
[0060]此外，具有三个以上的定位单元的实施方案也是可行的。根据工件质心相对于前三个定位单元1、2、3的位置，可能会需要第四定位单元4(其在图23中以虚线示出)。每个定位单元1、2、3、4包括基准平面定位器12、22、32、42。这些被固定成，在第三维度2上，与工件5的基准平面2。(未示出)间隔一已知距离，并且每个限定了接触平面2”“^(未示出)。为了方便工件5的定位调整，当它被放置在基准定位系统上时，它们在第一维度X和第二维度X上是可移动的，尤其是在每一个方向上可移动所有的或其中一些定位单元1、2、3、4可以包括夹持装置(未示出)，用于将对准的工件固定地连接至所述定位单元1、2、3、4。可替代地，工件5借助重力固定在定位单元1、2、3、4上。
[0061]第一定位单元1包括第一定心销11，尤其是具有圆锥形或类似的形状，当工件5的第一对准特征部10包括一个圆形孔时。第二定位单元2包括第二定心销21，尤其是具有锥形或类似的形状，当工件5的第二对准特征部20包括细长的槽时。此外，第三定位单元3和可选的第四定位单元4可以具有可选的销31、41 (用虚线示出)。这些销优选是圆柱形的。
[0062]每个对准特征部10、20、30、40包括一个平坦的表面，该表面被设计成在接触平面2” 22、23、24中与基准平面定位器12、22、32、42接触，以在限定的基准平面2。中定位工件5。此外，尤其是如果对应的定位单元1、2、3、4包括定心销11、21、31、41，则设置开口，用于接收定心销11、21、31、41，并在第一维度X和第二维度V中定位对准特征部10、20、30、40。如果第一定心销11是圆锥形，则第一对准特征部10的开口优选是圆形孔。
[0063]在图26中，工件5被放置于具有三个定位单元1、2、3的基准定位系统上。工件5的第一定位单元1被设计成在所有三个维度'^、1上定位第一对准特征部10，第二定位单元2被设计成在X维度和2维度上定位第二对准特征部20，第三定位单元3被设计成仅在2维度上定位第二对准特征部30。三个销11、21、31被引入到对准特征部10、20、30的相应的孔中。
[0064]当第一定心销11被引入到第一对准特征部10的孔中时，这是以第一定心销11为中心，从而在第一维度X和第二维度丫上对准。为了确保第一对准特征部10不仅在第一维度X和第二维度X上对准，而且在第三维度2上对准，根据本发明，第一个定心销11可以在第三维度2上是可伸缩接触平面2工后面的。第一对准特征部10，始终保持以第一定心销11为中心，跟随第一定心销11的回缩运动，直到它接触到第一基准平面定位器12，从而到达接触平面2卩第二对准特征部20相对于第二维度V对准。
[0065]通常情况下，例如，如果2轴是竖直轴，并且工件5和基准定位系统都不受外界影响的干扰，则第一对准特征部10将自动地保持在该准确的对准位置中。但是，为了将准特征部的对准位置牢固固定，可以设置附加的夹持装置(未示出夹持装置可能是必要的，例如，如果存在定位后的后续过程，其中，工件5被加工机械操作或接触，或者通过接触测量头测量。此外，夹持装置可用于对工件5的弹性起反作用，而这将阻止对准特征部与定位单元的接触，从而阻止工件5的精确定位。
[0066]在图33至图3(1中，描述了根据本发明的基准定位系统的第一定位单元1的示例性实施方式。第一定位单元1包括基本圆锥形的定心销11和浮动组件14，定心销11用于插入到工件5的孔10中，浮动组件14能在第一维度X和第二维度X上相对于固定组件15移动。浮动组件14关于第三维度2被固定在固定组15上，并具有基准平面定位器12，基准平面定位器定位成在XV平面中与工件的基准平面2。间隔已知的距离，并限定了第一接触平面2卩定心销11被连接到固定组件15，其可在第三维度2上移动，并相对于所述第一维度X和第二维度V固定。钩13被设置在定心销11处，用于将工件5夹持在基准平面定位器12上。固定组件15附接至基部16。在图30和图3(1中示出了可选的支柱，第一定位单元1的基座16可被放置在该支柱上。
[0067]当工件5被放置在基准定位系统上而使得第一对准特征部10被大致定位在第一定位单元1中时，定心销11被插入到工件5的第一对准特征部10的孔中。这可以通过第一定位单元1的致动装置(未示出)来完成，该致动装置被设计成在通常为基本竖直的方向的第三维度2中，相对于固定组件15驱动定心销11。由此，第一对准特征部10相对于第一维度X和第二维度1(这两个维度通常限定基本上水平的平面)位于定心销11的中心处。
[0068]随后，定心销11通过致动装置移动回到固定组件15中，以使定心销11的一部分缩回到基准平面定位器12的后面。始终都保持位于定心销11的中心处的第一对准特征部10跟随定心销11在第三维度2上的运动，直到接触到基准平面定位器12。通过该接触，第一对准特征部10到达相对于所有三个维度的假定位置。
[0069]图如和图仙描述了图％至图3(1中的第一定位单元1的剖视图。通过隐藏在固定部件15内的驱动装置110和传动装置111，定心销11可以在第三维度2上被驱动。驱动装置110，例如，可以是马达装置、气动装置或液压装置。定心销11包括钩13，作为夹持装置，用于将工件的对准特征部固定到基准平面定位器12上。钩13可以在定心销11的中空空间130内移动。用于驱动所述钩13的各种装置都可行的。在本示例中，钩13可绕轴131的X轴线倾斜地悬置，并被气缸132驱动，使其能绕2轴线旋转并能在第三维度2上移动。基准平面定位器12是浮动组件14的一部分，浮动组件附接至固定组件15，并能在XV平面内移动，例如，通过球轴承装置(未示出)。
[0070]在图如中，定心销11被提取到定心位置，在该位置中，对准特征部的孔(未示出)可以被进入，从而使得该孔在XV平面中自动定心在定心销11上。钩13被缩回到定心销11中，例如，以允许销11进入所述孔。在图仙中，定心销11部分地缩回到固定组件15中，以确保所述对准特征部与基准平面定位器12接触。另外，钩13已经被移动到夹持位置中，以固定该接触。
[0071]在图5中示出了根据本发明的基准定位系统的第二定位单元2的示例性实施方式。它被设计成与工件5的第二对准特征部20接触，第二对准特征部包括细长的槽。如第一定位单元一样，第二定位单元2包括固定组件25，第二定心销21和浮动组件24被安装在固定组件上。浮动组件24在固定组件25上被安装成可以在第一维度X和第二维度X上移动，并相对于第三维度2固定。浮动组件24包括第二基准平面定位器22，第二基准平面定位器与XV平面中的工件的基准平面2。间隔一已知的距离，并限定第二接触平面2 2。定心销21可移动地安装在第三维度2上，并且相对于第一维度X和第二维度X不可移动。定心销21优选地具有棱锥形状，并且被设计用于被引入到细长的槽中。
[0072]本发明的另一个方面是一种作为一个独立的解决方案的定位单元，这是因为，在图33至图3(1、图如至图仙和图5中描述的每个定位单元也可以单独使用或以区别于所述基准定位系统的其他组合来使用。这包括夹持功能以及活动的定心销。因此，一个或多个定位单元可被用于定位工件，并将其夹持就位以供检查、处理或机械加工。
[0073]本发明的该方面的第一实施方式是定位单元，该定位单元用于至少在三维坐标系中的第三维度上定位工件的对准特征部，该定位单元包括接收单元，接收单元具有定心销和限定接触平面的基准平面定位器，该接触平面与工件的基准平面间隔一个限定的距离，其中，所述定位单元包括夹持装置，用于将第一对准特征部固定至第一基准平面定位器。
[0074]本发明的该方面的第二实施方式是根据第一实施方式的定位单元，该定位单元还额外包括夹持装置，用于将第一对准特征部固定至第一基准平面定位器，其中，该定位单元的夹持装置尤其包括设置在定心销中的钩和/或设置在基准平面定位器中的磁体或吸盘。
[0075]本发明的该方面的第三实施方式是根据第一、和第二实施方式的定位单元，该定位单元还额外包括夹持装置，用于将第一对准特征部固定至第一基准平面定位器上，其中，为了在接触平面上将对准特征部调平到接触高度上，此定位单元的定心销能在第三维度上相对于所述第一基准高度进行移动，并且在这样的方式中，所述第一接触平面可以被至少一部分第一定心销穿过，尤其是其中所述夹持装置包括如图如和图仙中所描述的结构特征。
[0076]虽然前面部分地通过参考一些优选的实施方式对本发明进行了描述，但是，必须理解的是，实施方式的不同特征的许多改进和组合也是可行的。所有这些修改都处于所附的权利要求书的范围内。
【权利要求】
1.一种基准定位系统，该基准定位系统用于在三维坐标系统中定位工件(5)，该基准定位系统包括: ?第一定位单元(I)，该第一定位单元用于在第一维度(X)、第二维度(Y)和第三维度(Z)中定位所述工件(5)的第一对准特征部(10)，该第一定位单元包括第一接收单元，该第一接收单元具有第一定心销(11)和限定第一接触平面(Z1)的第一基准平面定位器(12)；?第二定位单元(2)，该第二定位单元用于在所述第二维度(Y)和所述第三维度(Z)中定位所述工件(5)的第二对准特征部(20)，该第二定位单元包括第二接收单元，该第二接收单元具有第二定心销(21)和限定第二接触平面(Z2)的第二基准平面定位器(22);以及?第三定位单元(3)，该第三定位单元用于在所述第三维度(Z)中定位所述工件(5)的第三对准特征部(30)，所述第三定位单元包括具有限定第三接触平面(Z3)的第三基准平面定位器(32)的第三接收单元， 其中，所述基准平面定位器(12、22、32)定位成与工件基准平面(Ztl)间隔一限定的距离； 其特征在于， 为了在所述第一接触平面(Z1)中调平所述第一对准特征部(10)，所述第一定心销(11) ?能在所述第三维度(Z)中相对于所述第一基准平面定位器(12)移动；并且 ?能移动成，使得所述第一接触平面(Z1)能够被所述第一定心销(11)的至少一部分横穿。
2.根据权利要求1所述的基准定位系统，其特征在于， 所述第一基准平面定位器(12)具有用于接触所述第一对准特征部(10)的平坦的表面，该表面被布置在所述第一接触平面(Z1)内，和/或 所述第一定心销(11)的至少一部分具有圆锥形状，并且被设计成被引入到圆形孔内。
3.根据权利要求1或2所述的基准定位系统，其特征在于， 为了在所述第二接触平面(Z2)中调平所述第二对准特征部(20)，所述第二定心销(21) ?能在所述第三维度(Z)中相对于所述第二基准平面定位器(22)移动；并且 ?能移动成，使得所述第二接触平面(Z2)能被所述第二定心销(21)的至少一部分横穿。
4.根据前述权利要求中任一项所述的基准定位系统，其特征在于， 所述第二定心销(21)的至少一部分 ?具有圆锥形状，或 ?具有金字塔形或四坡屋顶状的形状，并且被设计成被引入到细长的槽内。
5.根据前述权利要求中任一项所述的基准定位系统，其特征在于， 至少所述第一定位单元(I)包括夹持装置(13)，该夹持装置用于将所述第一对准特征部(10)固定至所述第一基准平面定位器(12)，尤其是其中所述夹持装置(13)包括: ?设置在所述第一定心销(11)中的钩，和/或 ?设置在所述基准平面定位器(12)中的磁体或吸盘。
6.根据前述权利要求中任一项所述的基准定位系统，其特征在于， ?所述第一定心销(11)相对于所述第一接触平面(Z1)的移动受到致动器的控制，尤其是受到电机、线性驱动器或者气压缸或液压缸的控制，和/或 ?所述第一定心销(11)相对于所述第一接触平面(Z1)的移动受到弹簧加载的控制，尤其是受到包括电磁装置的弹簧加载的控制。
7.根据前述权利要求中任一项所述的基准定位系统，其特征在于， 所述第一定位单元(I)进一步包括: ?固定组件(15)，其中，所述第一定心销(11)被连接至所述固定组件(15)，使得所述第一定心销能在所述第三维度(Z)中移动，并且在所述第一维度(X)和所述第二维度(Y)中是固定的，所述第一定心销(11)能缩回到所述固定组件(15)内，至少部分地位于所述第一基准平面定位器(12)的后方；以及 ?浮动组件(14)，该浮动组件被连接至所述固定组件(15)，使得所述浮动组件能在所述第一维度(X)和所述第二维度(Y)中移动，并且在所述第三维度(Z)中是固定的，所述第一基准平面定位器(12)是所述浮动组件(14)的一部分，所述浮动组件(14)尤其能够以低摩擦、两个自由度和/或在每个方向上至少移动5mm的方式移动。
8.根据前述权利要求中任一项所述的基准定位系统，其特征在于， ?所述第二定心销(21)能够在所述第三维度(Z)中移动， ?所述第三定位单元(3)包括第三销(31)，该第三销尤其是圆柱形的和/或能在所述第三维度(Z)中移动，和/或 ?所述基准定位系统包括第四定位单元(4)。
9.一种借助于基准定位系统在三维坐标系统中定位和定向工件(5)的方法， ?所述坐标系统具有第一维度(X)、第二维度(Y)和第三维度(Z)， ?所述工件(5)具有至少三个对准特征部(10、20、30)，所述对准特征部位于所述工件(5)的已知位置处， ?所述基准定位系统具有至少三个定位单元(1、2、3)，用于接触和定位所述对准特征部(10、20、30)，并且 ?所述定位单元(1、2、3)能相对于所述坐标系统定位， 所述方法包括: ?将所述工件(5)放置在所述基准定位系统上，使得: ?第一对准特征部(10)接触第一定位单元(I)， ?第二对准特征部(20)接触第二定位单元(2)，并且 ?第三对准特征部(30)接触第三定位单元(3)， ?在所述第一维度(X)和所述第二维度(Y)中对准所述第一对准特征部(10)， 其特征在于， 将所述第一对准特征部(10)重新定位至所述第三维度(Z)的第一接触平面(Z1)，保持所述第一对准特征部(10)在所述第一维度(X)和所述第二维度(Y)中的对准。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于， ?所述第一定位单元(I)包括第一定心销(11)和第一基准平面定位器(12)， ?所述第一对准特征部(10)包括圆形孔， ?在所述第一维度(X)和所述第二维度(Y)中定位所述第一对准特征部(10)的步骤包括:将所述第一定心销(11)引入所述圆形孔内，并且 ?所述第一对准特征部(10)被所述第一定心销(11)重新定位成，使得所述第一对准特征部(10)在所述第一基准平面(Z1)处接触所述第一基准平面定位器(12)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于， 在定位和定向所述工件(5)之后，对所述第一对准特征部(10)和所述第一定位单元(I)之间的接触进行固定，尤其是借助于夹持和/或磁力进行固定。
12.根据权利要求9、10或11中任一项所述的方法，其特征在于， 在将所述工件(5)首次放置在所述基准定位系统上之前并且基于激光或摄影测量原理来确定所述基准定位系统的位置和取向，尤其是借助于以下方式来确定所述基准定位系统的位置和取向: 籲经纬仪或激光跟踪器￠)，和/或 ?测量单元的测量系统，所述工件(5)待在所述测量单元中被测量。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于， 在以制造公差定位和定向所述工件(5)之后，测量和/或处理所述工件(5)，其中，定位和定向的对准精确度高于所述制造公差和/或被测量的特征部的公差，尤其是高出至少一个数量级。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于， ?所述工件(5)是汽车车身部件，和/或 ?所述基准定位系统适于在汽车生产线的测量单元中使用。
15.一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有用于执行权利要求9至14中的任一项所述的方法的计算机可执行的指令，尤其是具有用于当在根据权利要求1至8中任一项所述的基准定位系统的存储和计算装置中运行时执行权利要求9至14中的一项所述的方法的计算机可执行的指令。
【文档编号】G01B21/04GK104507787SQ201380031435
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2013年8月7日 优先权日:2012年8月20日
【发明者】罗兰·格雷夫, M·福尔内里斯 申请人:海克斯康测量技术有限公司