CN101743524B - 用于借助机械手加工至少一个工件上的轮廓线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于借助机械手加工至少一个工件上的轮廓线的方法，该方法尤其用于焊接或密封两个工件之间、尤其是两个车身零件之间的接缝，其特征在于以下方法步骤：将要加工的工件定位在机械手上和/或确定工件的实际位置，借助至少一个传感器在预定点或其它点确定工件上的轮廓线的真实路径，对应于单独的矢量致动机械手，以在加工轮廓线的同时校正机械手的运动。

Description

用于借助机械手加工至少一个工件上的轮廓线的方法
【技术领域】
本发明涉及一种用于借助机械手加工至少一个工件上的轮廓线的方法。
【背景技术】
为了生产例如汽车车身的目的，这样将车身零件相对于彼此定位在容纳装置中，从而使要加工的位置(例如要彼此焊接的边缘)位于机械手臂(robot arm)的加工范围内。机械手臂与工具(在此情形中工具为焊嘴)一起沿着两个工件要在其上彼此焊接的路线运动。通常，这些路线常常并不是直线的，而是根据车身的形状弯曲，从而机械手控制系统(robot control system)被对此编程，机械手端部可沿着此弯曲的路线前进。
结合这一点应该注意，由于存在公差、变形等，因而没有一个车身零件与另一个是完全一样的。
为此目的，为了加工车身零件，首先生产出理想车身，该车身被加工和处理成使得公差几乎达到零。此高精度地生产出的理想车身，其也被称为“测定的车身”或“测定的车身外壳”，服务于对机械手运动进行编程的目的。
当要加工真实车身时，此真实车身被分配到机械手上或被定位，并且借助多个照相机产生图像记录，例如要被焊接在一起的轮廓线的图像记录，其结果是可以识别未对准。由此产生出平均位置矢量(meanpositional vector)，其对应于实际轮廓线相对于理想车身的轮廓线的平均位移或扭曲，并且将其输入到机械手的控制系统。
因此，机械手端部根据平均位置矢量运动。这能引起机械手端部未准确地沿着轮廓线行进的后果，事实上机械手端部的运动与轮廓线的偏差将不会太大。
【发明内容】
本发明的目的是要创建在一开始所述类型的方法，借助于该方法可实现改善的例如车身的加工。
在一开始所述类型的方法的情形下，借助以下方法的特征来达到此目的。
根据本发明，一种用于借助机械手加工至少一个工件上的靠近可见的轮廓线的不可见、被覆盖的轮廓线路径的方法，其特征在于步骤：相对于所述机械手定位要加工的所述工件，和/或获得所述工件的实际位置；借助至少一个传感器在预定点获得所述工件上的所述可见的轮廓线的实际路径，并在所述预定点确定位移矢量；根据所述位移矢量致动所述机械手，以在所述不可见、被覆盖的轮廓线的加工期间校正所述机械手的运动；其中，首先获得和测量所述可见的轮廓线的可见的点，并且从所述可见的点中计算出所述不可见、被覆盖的轮廓线路径的位置。
因此，根据本发明，用于借助机械手加工至少一个工件上的轮廓线的方法，该方法尤其用于焊接或密封两个工件之间、尤其是在两个车身零件之间接缝，其特征在于以下方法步骤：
-相对于机械手定位要加工的工件，和/或获得工件的实际位置；
-借助至少一个传感器在预定点获得工件上的轮廓线的实际路径，并在预定点确定位移矢量；
-根据位移矢量致动机械手以在轮廓线的加工期间校正机械手的运动。
如果要加工符合公差要求的实际工件的轮廓线，则该方法的特征另外在于以下步骤：
-相对于机械手定位被理想地生产的工件作为基准工件；
-由于机械手借助至少一个传感器在预定点获得基准工件上的轮廓线的路径而确定轮廓线的理想路径；
-相对于机械手定位符合公差要求的实际工件，和/或获得实际工件的实际位置；
-借助至少一个传感器在预定点或其它点获得工件上的轮廓线的真实路径，并由此在预定点获得真实路径与理想路径的偏差；
-计算对应于偏差的位移矢量；以及
-根据位移矢量致动机械手以在轮廓线的加工期间校正机械手的运动。
与所谓的理想工件相比较，这些位移矢量对应于在实际工件的情形下出现的公差。借助位移矢量，使工具在机械手端部的运动与要加工的轮廓线的真实路径相匹配。与其中计算平均位移矢量或位置矢量的已知方法相比较，位移矢量被分配到每个单独的预定点，从而，总的来说，加工变得更精确。
该方法的更多有利方案由从属权利要求给出。
在汽车车身的情形下，该方法以这样的方式执行，即在具体测定点确定理想车身的各轮廓线，因为测定点借助一个照相机或多个照相机而获得；在真实车身的情形下，对应的测定点同样以相同方式获得并且设置有它们各自的单独的矢量或位移矢量，或被进行计算，从而可补偿整个车身的部件公差和配合公差。
在加工靠近于可见的轮廓线的不可见的、被覆盖的轮廓线路径(例如汽车车身上不可见的接缝)的情形下，可实现本发明的一个特别有利的方案，因为可见的轮廓线的可见的点被首先获得和测量，并从它们计算出不可见的接缝的位置。
在此情形下，可方便地将实际工件的可见的轮廓线分割成多个区段并且可在每个区段中执行特定点的局部测量，其结果是为每个区段确定校正值，从而确定工件公差和位置公差并且计算出机械手运动的路径。
可见的点的测量是借助激光摄像机来实现的，并且借助本身就已知的三角测量法来进行操作并进行数学处理。
【附图说明】
参照附图更全面地解释和描述本发明的更多的有利开发和改进以及更多优点，在附图中描绘了本发明的一些示范性实施例，并且其中：
图1显示了理想工件的俯视图；
图2显示了要被加工的实际工件的俯视图，其带有被描绘出的位置矢量；
图3显示了根据图2的工件，其带有机械手工具的实际引导路径；
图4显示了汽车车门的侧视图；以及
图5显示了根据图4的剖面线V-V的剖面图。
部件列表
  10   工件
  11   纵向边缘/路线
  11′   理想边缘
  12   纵向边缘/路线
  13   另一工件
  14   起点
  15   预定位置
  16   预定位置
  17   预定位置
  18   预定位置
  19   预定位置
  20   实际工件
  21   真实边缘
 22   位置矢量
 23   位置矢量
 24   位置矢量
 25   位置矢量
 26   位置矢量
 30   运动路径
 40   车门
 41   车身
 42   端缘
 42a   车门上部区域中的轮廓线
 42b   车门下部区域中的轮廓线
 43   内缘
 44   间隙
 45   外板
 46   U形
 47   肢部(limb)
 48   内板
 49   间隙/接缝
 50   工具
 51   L形肢部
 52   密封材料
 53   起点
 54   铰接点
 55   铰接点
 56   测定点
 57   测定点
 58   端测定点
【具体实施方式】
例如可为汽车车身等的工件10在此被描绘成长方形的扁平部件，该部件要在纵向边缘11上将其焊接到另一工件13的纵向边缘12上。两个工件10和13具有直的、线状的边缘11和12，并且相应地，也可将它们称为所谓的理想工件零件。
未在此描绘的机械手臂沿着路线11和12与可为例如照相机的传感器一起行进，并且从起点14开始在预定位置15、16、17、18和19形成图像，这些图像的信号被存储在存储器中。
实际工件20与理想工件10的不同之处在于，对应于边缘11的真实边缘21与与理想边缘11′相比已经被改变，在一定的范围内真实边缘21具有S形，该S形在特定点11″和11″′与理想边缘11′相交。
机械手与传感器一起沿着曲线11′行进，并且借助照相机在类似的点(same point)14′、15′、16′、17′、18′和19′记录图像，属于图像的信号同样被存储在存储器中。实际轮廓线21偏离理想轮廓线，这通过将所谓的理想信号与实际信号比较来进行计算，其结果是计算出位置矢量22、23、24、25和26，机械手将要行进的轮廓线通过这些位置矢量被从理想点位移到真实点。从而获得运动路径30，如图3所示，该运动路径在各情形下的单独测定点之间构成接近于真实曲线或真实轮廓线21的直线。通过增加测定点的数目可实现机械手运动路径对实际轮廓线的更佳接近。根据图1的机械手运动路径也可称为训练通路(training pass)；根据图2的下一步骤为测量通路(measuring pass)，其中实际工件的轮廓线被测量，并且根据图3的运动路径30是已校正的路径30，在应用的情形中机械手沿着该路径行进。
上面已参照很简单的工件零件描述了本发明的操作模式。在图1中描绘了工件零件的两个边缘互相靠近；实际上，边缘互相重叠，从而可在对应的位置和对应的轮廓线执行点焊加工。
具体的情形是所谓的隐蔽接缝的密封。为此，参照图4和图5。图4显示了车身41内的车门40的俯视图，间隙44构成在车门的周缘42与车身41的内缘43之间，该间隙要被实现为尽可能窄，该内缘与车门40的外轮廓线相匹配。根据剖面线V-V的剖面图描绘在图5中。这种情形下的车门40具有外板45，外板45在端缘42呈L形向内弯曲，这样便形成具有自由肢部47的U形46，自由肢部47相对于车门表面平行地延伸。外板45被补充以形成车门，因为设置了内板48，内板48接合在U形46中，使得肢部47与内板48的局部区域重叠。如果需要，肢部47可通过粘合剂粘接或通过电焊方法连接到内板48上。在此情形下形成了窄的间隙49，湿气可能通过该间隙进入外板45与内板48之间的内部空间。为此目的，将需要密封间隙49，或也称接缝49，在此借助设置在L形肢部51上的L形工具50来实现该密封，肢部51设有未更详细示出的槽，以箭头表示的密封材料52通过该槽可显露和覆盖接缝49。
此情形下的接缝49为所谓的隐蔽接缝，该接缝不能够被传感器检测到。
在此情形下，在特定测定点探测并获得车门的轮廓线42，其在图4中以交叉符号(cross)表示。获得轮廓线42的开始处为起点53，并且依据弯曲的轮廓线42，一定数目的测定点借助传感器获得，测定点的数目取决于轮廓线42的路径，测定点与车门40的铰接点54和55相对。在已获得单独的测定点(其中仅以举例方式示出测定点56、57和端测定点58)并且由传感器确定的信号已被存储在存储器后，考虑已在此区域中获得的位置矢量(参看图2)按照计算使测定点位移，并由此计算出工具50的运动。然后使得该工具恰当地纳入(pass into)间隙44中并且如图5所描绘的进行布置，从而肢部51相对于肢部47平行地延伸，并且在间隙44中的工具50根据新计算出的真实轮廓线沿着轮廓线42行进，密封材料52被从后面带入间隙。显然，对于车门40的上部区域中的轮廓线42a以及对于车门40的下部区域中的轮廓线42b也同样被实现。

Claims (8)

1.一种用于借助机械手加工至少一个工件上的靠近可见的轮廓线的不可见、被覆盖的轮廓线路径的方法，其特征在于以下步骤：
相对于所述机械手定位要加工的所述工件，和/或获得所述工件的实际位置；
借助至少一个传感器在预定点获得所述工件上的所述可见的轮廓线的实际路径，并在所述预定点确定位移矢量；
根据所述位移矢量致动所述机械手，以在所述不可见、被覆盖的轮廓线的加工期间校正所述机械手的运动；
其中，首先获得和测量所述可见的轮廓线的可见的点，并且从所述可见的点中计算出所述不可见、被覆盖的轮廓线路径的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，通过所述方法加工符合公差要求的实际工件的轮廓线，其特征在于以下步骤：
-相对于所述机械手定位被理想地生产的工件作为基准工件；
-由于所述机械手借助至少一个传感器在预定点获得所述基准工件上的所述可见的轮廓线的路径而确定所述可见的轮廓线的理想路径；
-相对于所述机械手定位符合公差要求的所述实际工件，和/或获得所述实际工件的实际位置；
-借助至少一个传感器在所述预定点或其它点获得所述实际工件上的所述可见的轮廓线的实际路径，并由此在所述预定点获得所述实际路径与所述理想路径的偏差；
-计算对应于所述偏差的单独的矢量；以及
-根据所述单独的矢量致动所述机械手，以在所述不可见、被覆盖的轮廓线的加工期间校正所述机械手的运动。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助输送系统将所述实际工件传运送到包括所述机械手的机械手工作站中。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，借助至少一个位置传感器来确定所述实际工件的位置。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，借助光学识别系统来确定所述实际工件的位置。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述实际工件的所述可见的轮廓线分割成多个区段并且在每个所述区段中执行特定点的局部测量，其结果是为每个区段确定校正值，从而确定工件公差和位置公差，并且计算出所述机械手运动的路径。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法用于焊接或密封两个工件之间的接缝。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法用于焊接或密封两个车身零件之间的接缝。
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