CN107111296A - 用于补偿工作点的偏差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于在通过在操纵器(2)处的端部执行器(4)加工工件(3)期间用于补偿操纵器(2)的工作点(1)的偏差的方法，其中，为了加工工件(3)而执行用于操控操纵器(2)的指令顺序并且基于该指令顺序产生相应于理论位置(6)的理论位置信息(5)，基于该理论位置信息(5)设定操纵器(2)的工作点(1)，其中，利用与理论位置信息(5)相关的补偿参数组(7)来处理理论位置信息(5)以用于测定补偿值(8)，并且根据补偿值(8)调节理论位置信息(5)以用于平衡在工作点(1)的实际位置(10)与理论位置(6)之间的偏差(9)。本发明的特征在于，在加工工件(3)期间测量实际位置(10)，基于所测得的实际位置(10)与理论位置(6)之间的对比测定修正值(12)，以及基于修正值(12)在加工工件(3)期间调节补偿参数组(7)以用于减小偏差(9)。

Description

用于补偿工作点的偏差的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分用于补偿操纵器的工作点的偏差的方法。
在通过端部执行器加工工件的情况中，在操纵器处经常存在如下要求，即，使得操纵器在加工过程期间在其工作点中(其也可被称为工具中心点(TCP))连续地运动并且由此定位。尤其当操纵器是多轴机器人时，操纵器的操控基于在NC控制中执行的计算，该计算包括轨迹规划和插值，根据该计算于是发生例如多轴机器人的轴线的相应的操控。
由NC控制执行的计算在此以操纵器的不同的物理参数、例如长度、重量以及其它用于计算而相关的量为出发点。在此，然而这些参数在实践中并非理想地是恒定的，而是可例如根据当前存在的温度而变化。如果在操控操纵器的情况中没有考虑到这些变化，则根据计算在操纵器的工作点的实际位置与操纵器的工作点的理论位置之间得出偏差。这里且接下来广泛地理解术语“NC控制”，从而由此也意味着一种控制，其包括SPS(储存器可编程的控制)的一些或所有功能性。
背景技术
由现有技术并且特定地由公开文献DE 10 2010 003 303 A1已知一种用于补偿在机床处的温度相关的长度变化的方法和装置。在此，NC控制计算用于机床的不同线性轴线的理论值。这些理论值考虑了温度补偿，其基于当前温度测量并且为相应的线性轴线的各个理论值测定补偿值并且应用到这些理论值上。在此，这些补偿值然而并非仅仅温度相关，而是附加地还取决于线性轴线的位置。于是考虑的是，对于准确的温度补偿而言还必须考虑位置相关的要素。特别地，为了即使在快速的位置变化的情况中也可同时执行补偿，通过系统由固定的系数确定补偿，这些系数应用到根据通过NC控制的确定来测得的温度和轴线位置上。
然而，这些现有技术的缺点是，尽管通过(不管是现在位置相关或位置无关地)考虑温度来尝试补偿，在理论位置与实际位置之间仍可得出偏差。这可归因于，不再给出例如在最初的、似乎在实验室中为了测定以上系数所实现的校准期间存在的边界条件。如此可大致存在沿着操纵器的控制段(Strecke)的特定的温度分布，其即使通过多个分布的温度传感器也不能足以区分或者作用到操纵器上的过程力可产生对操纵器的位置的决定性影响。在这之中具有其起因的偏差在现有技术的方式的情况中不可补偿。
发明内容
在该背景下，本发明的目的于是在于提供一种用于在通过在操纵器处的端部执行器加工工件期间补偿操纵器的工作点的偏差的改善的方法，其可动态地通过补偿反应于在加工的情况中出现的偏差效应。
所述问题在根据权利要求1的前序部分的用于补偿操纵器的工作点的偏差的方法中通过权利要求1的特征部分的特征来解决。
对于本发明而言主要是如下认知，即，通过在加工工件期间测量工作点的实际位置且由此在实现补偿之后在总是还存在偏差的情况中可动态地调整补偿参数，从而不仅可考虑且补偿先前未知的影响量并且可考虑且补偿已知的影响量的变化的相关性。就此而言于是发生用于改善补偿参数的实时反馈。
从属权利要求2的优选的设计方案在此涉及如下可行性方案，即，同步进行补偿参数的调节，在其中NC控制进行插值。这实现了对所出现的偏差的极为快速的反应。
存在NC控制，其提供特定的编程接口，通过该编程接口可将例如NC控制的运营器或积分器自身的软件模块限定地结合到NC控制的处理中。从属权利要求3至5现在设置成，使得根据建议的方法的步骤可在附加软件模块中运行，该附加软件模块经由这样的接口与NC控制相集成。在此，该附加软件模块可通过该接口被调用或触发并且在其方面取用NC控制的状态信息或激活NC控制的行动。
在运行的加工中的实际位置的测量的优选的可行性方案，如通过从属权利要求6所述，通过设置光学传感器、例如激光追踪器来提供。
从属权利要求7设置有附加的改进方案，根据该权利要求，以如下程度划分用于补偿的参数，即，使得动态地调节仅确定的参数并且保持其余参数恒定。以该方式使得准确地反映基于偏差的物理效应成为可能。
从属权利要求8涉及测量环境参量来作为补偿的基础，其中，从属权利要求9在此特定地设置有对作为用于补偿的环境参量的压力的考虑，并且该压力可特定地作用到重力平衡系统上并且可在此被测量。从属权利要求10和11涉及测量作为环境参量的实际温度并且涉及补偿温度引起的偏差。从属权利要求12为了补偿相应的效应又设置有对作用到端部执行器上的过程力的检测。
最后，从权利要求13至15涉及如下情况，即，操纵器是多轴机器人并且涉及特定地基于这些变量来量身制作的设计方案。
附图说明
本发明的另外的细节、特征、目标和优点接下来根据仅一个优选的实施例的附图来阐述。其中：
图1显示了带有在操纵器处用于加工工件的端部执行器的用于实施根据建议的方法的组件的示意图，和
图2显示了在NC控制与附加软件模块之间用于执行根据建议的方法的接口的原理图。
具体实施方式
根据建议的方法用于在通过在操纵器2处的端部执行器4加工工件3期间补偿操纵器2的工作点1(也称为工具中心点(TCP))的偏差。相应的组件在图1中示出。在所示出的实施例中，端部执行4是焊接装置4a而工件3是飞机结构构件3a。在根据建议的方法中，为了加工工件3而执行用于操控操纵器2的指令顺序。该指令顺序一方面可以是NC程序，其由单个NC指令构成。然而还可以是如下指令顺序，其首先由NC程序的NC指令制订。该制订在此可包括不同的计算步骤，尤其例如运动学变换、插值或轨迹规划。该执行常常在NC控制11a中实现，其在以下将进一步说明。
根据建议，基于该指令顺序产生相应于理论位置6的理论位置信息5。理论位置6(即工作点1的理论位置6)于是由指令顺序直接地或通过一个或多个如以上示例性地说明的计算步骤来得出。理论位置信息5现在相应于如下控制数据，其由指令顺序的执行产生并且应利用这些控制数据来操控操纵器2，由此工作点1位于理论位置6处。不仅工作点1而且理论位置6在此除了以三维的纯位置说明之外还可包括例如同样的以三维的定向说明。接下来，在这两个可行性方案之间且必要时工作点1或理论位置6的另外的要素之间不作区分。理论位置信息5还可相应地为控制数据(利用其操控操纵器2)的进程或时间顺序。
根据建议，基于理论位置信息5设定操纵器2的工作点1的理论位置信息5。现在考虑提前通过测出所测定的相关性以用于补偿，该相关性根据不同的边界条件建立理论位置6的工作点1的偏差。根据建议，为此设置成，利用与理论位置信息5相关的补偿参数组7来处理理论位置信息5以用于测定补偿值8。该处理可以是原则上任意的运算操作。根据建议，根据补偿值8调整理论位置信息5以用于平衡在工作点1的实际位置10与理论位置6之间的偏差9。补偿值8于是应使该偏差9相对于不考虑补偿值8的情况尽可能变小。在此，可同样如理论位置信息5那样将补偿值8提供给操纵器2，从而在操纵器2中实现该处理。以上对于理论位置的空间性的确定符合意义地也适用于实际位置10。备选地或附加地，也可在独立于操纵器2的控制装置11中实现理论位置信息的调节，从而仅仅利用在该意义中被调节的理论位置信息5来操控操纵器2。该控制装置11可原则上为任意的数据处理装置且尤其是计算机、例如工业PC等。
然而在此，可如以上已经说明的那样，理论位置信息5根据补偿值8的该调节不足以完全消除偏差9。也就是说，常常并非所有在加工工件3期间出现的可能导致偏差9的效应可通过先前测定的补偿参数组7已完全检测。
根据建议的方法因此特征在于，在加工工件3期间测量实际位置10，基于在测得的实际位置10与理论位置6之间的对比测定修正值12并且基于该修正值12在加工工件3期间调节补偿参数组7来减少偏差9。以该方式还可在加工工件3期间如此进一步优化用于补偿偏差9的机制，使得该偏差甚至可完全消失。通过调节补偿参数组7相应地也使得补偿值8变化，这于是引起偏差9的减小。
优选地的是，由NC控制11a基于指令顺序、也就是说尤其在插值和/或变换之后来产生理论位置信息5。该NC控制11a还可以是自身的装置或如图2中所示是一种软件，该软件必要时利用在计算装置、在此控制装置11上的其它软件来运行。为了在加工期间可尤其反应快速地执行上述进行中的调节，优选地是，由NC控制11a在一插值节拍中产生理论位置信息5并且在该插值节拍中实现补偿参数组7的调节以用于减小偏差9。术语“插值节拍”可理解成节拍周期，NC控制11a以该节拍周期进行插值。
尤其有利的是，在已知的NC控制11a的情况中可应用根据建议的方法。当常常与第三供应方相关的NC控制11a具有用于连入自发展的软件的连结接口14时，这于是尤其简单。由此优选的是，在运行中的附加软件模块13中实现利用与理论位置信息5相关的补偿参数组7处理理论位置信息5以用于测定补偿值8以及调节补偿参数组7以用于减少偏差9，该附加软件模块13经由NC控制11a的连结接口14与NC控制11a在数据技术上联通。连结接口14可以是纯粹的编程接口。
在此，该附加软件模块13可在运行技术上处于NC控制11a的控制下，这例如由此可设置成，附加软件模块13的相应的进入点作为回调功能(Rueckruffunktion)被交付到NC控制11a处。如此以来优选的是，连结接口14基于NC控制11a的运行事件在数据技术上调用附加软件模块13。然而还可以的是，NC控制11a通过以下方式借助于另一数据技术上的机制激活附加软件模块13中的过程，即例如开启旗语(Semaphor)。相反地，同样优选地设置成，附加软件模块13可经由连结接口14在数据技术上调用NC控制11a的功能。
经由该连结接口14使得附加软件模块13还可取用用于测定补偿值8所必须的或有帮助的信息。优选地，附加软件模块13于是经由连结接口14接收操纵器2的状态信息，其尤其包括实际位置10和/或理论位置信息5和/或理论位置6。备选地且如图2中所示，附加软件模块还可独立于NC控制11a且因此独立于连结接口14接收实际位置10。
光学检测尤其适用于可靠地确定工作点1的实际位置10。如在图1中所示，因此优选的是，在加工工件3期间通过光学位置传感器15测量实际位置10。根据图1中的图示，在此尤其适用的是激光追踪器15a，其中，还可使用多个激光追踪器15a以用于测量实际位置10。激光追踪器15a在此对准在操纵器2处的反射器16。通过光学位置传感器15进行的不同的测量越多，则可越精确地进行补偿参数组7的调节。还如在图1中所示，因此优选的是，光学位置传感器15在工件3处的多个加工位置17处进行实际位置10的测量，为了加工，这些加工位置17逐渐地由操纵器2通过端部执行器4操控。在图1中，这些加工位置17通过在相应的加工位置17处的反射器16的相应的位置来标明。
在这样的情况中，可基于由在所测得的实际位置10与理论位置6之间的多次对比得到的修正值12来调节补偿参数组7。用于光学位置传感器15的参照位置17a在此同样定义在工件3处。进一步优选地，光学位置传感器15经由运行的测量软件18与NC控制11a和/或附加软件模块13在数据技术上相连接。
在确定补偿参数组7的情况中已经可在如下之间作出区分，即，在一方面可被视作类型或结构样式决定的恒定的参数与另一方面由一操纵器相对于另一操纵器可偏差的参数之间作出区分。首先提及的参数还可被视作不可变化的模型参数，其根本上完全定义了计算模型，而后提及的参数则被视作这样一种参数，其之后将该模型填充以特定的值。由此优选的是，补偿参数组7包括尤其的操纵器类型相关的模型参数组19(这里相应于首先提及的参数)和物理数据组20(相应于第二提及的参数)。物理数据组20可包括与操纵器2相关的质量信息(即以重量的意义)和附加地或备选的质量重心信息。优选地，基于修正值12仅仅调节模型参数组19以用于减少偏差9。
根据一优选的实施形式，补偿参数组7还用于补偿可测量的环境参量对工作点1的实际位置10的影响。那么，补偿于是不仅仅基于理论位置信息5而且还基于这些测得的环境参量。在此当前术语“环境”广泛地设计并且包括任意的物理、尤其还在操纵器处或操纵器中出现的并且可测量的量。
因此优选的是，在加工工件3期间测量至少一个环境参量，并且补偿参数组7包括与相应的测得的环境参量相关的环境补偿参数，利用该环境补偿参数处理相应的、所测得的环境参量来用于测定补偿值8。至少一个环境参量的测量优选地通过一种环境传感器组件来实现，根据图1的示例，以温度传感器组件21a来实现。
一优选的变型方案设置成，至少一个环境参量包括压力22a。该压力22a可以是作用到操纵器2上并且在此尤其作用到操纵器2的重力平衡系统上的压力22a。
根据另一优选的变型方案，至少一个环境参量包括实际温度22b。该实际温度22b可尤其是在操纵器2处的实际温度22b。在此，该测得的实际温度22b可不仅归因于来自环境的加热而且还可归因于来自操纵器2的运转的加热。优选地，于是通过环境热量并且通过操纵器2的自加热影响实际温度22b。
一优选的实施形式设置成，环境补偿参数包括材料相关的温度膨胀系数和/或尤其轴线相关的温度弯曲系数和/或尤其轴线相关的长度参数。进一步优选的是，环境补偿参数涉及所测得的实际温度22b。
如此，以上长度参数可包括所测得的、估算的或计算的长度说明，其可尤其涉及在操纵器2的两个轴线之间的距离。温度膨胀系数可以是如下膨胀系数，其涉及操纵器2的材料。温度弯曲系数还可涉及在两个轴线之间的控制段的弯曲，类似于上述长度参数。环境补偿参数还可包括这些各个参数与系数的权重。
另一优选的变型方案设置成，至少一个环境参量包括作用到操纵器2和/或端部执行器4上的过程力22c。这样的过程力22c理解成在加工期间由端部执行器4尤其施加到工件3上的力，该力于是相应地还被操纵器2接纳并且例如可在此引起弯曲。
操纵器2优选地如在图1中所示是多轴机器人23。相应地优选地，理论位置信息5包括多轴机器人23的轴线信息5a。这样的轴线信息5a于是理解成一种信息，其涉及多轴机器人23的一个或多个轴线。其尤其可以是关于多轴机器人23的轴线的理论状态的信息。轴线信息5a可特定地包括多轴机器人23的水平主轴线的理论信息。轴线信息5a还可规定多轴机器人23的所有轴线的理论状态，从而就此而言理论位置6还可通过这样的轴线信息5a来明确地定义。优选地，轴线信息5a说明在多轴机器人23的旋转坐标中的理论位置6。
此外优选地设置成，补偿参数组7包括与轴线信息5a相关的轴线补偿参数，利用该轴线补偿参数处理轴线信息5a以用于测定修正值12。换言之，修正值12取决于轴线信息5a。这里尤其可以的是，通过修正值12的归因于轴线补偿参数的部分来调节轴线信息5a且优选地仅调节轴线信息5a。就此而言可利用轴线补偿参数适宜地补偿轴线信息5a且特定地多轴机器人23的水平主轴线的上述理论信息，从而整体上降低用于平衡偏差9的计算的复杂性。
根据一优选的实施形式，理论位置信息5包括笛卡尔坐标信息5b。在此，其可以是在笛卡尔坐标中的位置说明，其相应于理论位置6。这里进一步优选地设置成，轴线信息5a基于笛卡尔坐标信息5b来产生。该过程还被称为后退变换(Rueckwaertstransformation)，其中，从旋转坐标到笛卡尔坐标的变换被称为前向变换(Vorwaertstransformation)。优选地设置成，补偿参数组7包括与笛卡尔坐标信息5b相关的绝对补偿参数，利用该绝对补偿阐述处理笛卡尔坐标信息5b以用于测定修正值12。以该方式于是可提供用于补偿偏差的机制，其至少还直接考虑了理论位置6的笛卡尔坐标或理论位置信息5的相应的部分。这相对于几乎仅考虑旋转坐标可在轴线信息5a的意义中意味着必要时计算消耗或复杂性的降低。

Claims (15)

1.一种用于在通过在操纵器(2)处的端部执行器(4)加工工件(3)期间补偿操纵器(2)的工作点(1)的偏差的方法，其中，为了加工所述工件(3)而执行用于操控所述操纵器(2)的指令顺序，并且基于所述指令顺序产生相应于理论位置(6)的理论位置信息(5)，基于所述理论位置信息(5)设定所述操纵器(2)的工作点(1)，其中，利用与所述理论位置信息(5)相关的补偿参数组(7)来处理所述理论位置信息(5)以用于测定补偿值(8)，并且根据所述补偿值(8)调节所述理论位置信息(5)以用于平衡在所述工作点(1)的实际位置(10)与所述理论位置(6)之间的偏差(9)，其特征在于，在所述工件(3)的加工期间测量所述实际位置(10)，基于在所测得的实际位置(10)与所述理论位置(6)之间的对比测定修正值(12)并且基于所述修正值(12)在加工所述工件(3)期间调节所述补偿参数组(7)以用于减少所述偏差(9)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述理论位置信息(5)由NC-控制(11a)、尤其根据插值和/或变换基于所述指令顺序来产生，优选地，所述理论位置信息(5)由NC控制(11a)在一插值节拍中产生并且在所述插值节拍中实现所述补偿参数组(7)的调节以用于减少所述偏差(9)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在一运行的附加软件模块(13)中实现利用与所述理论位置信息(5)相关的补偿参数组(7)来处理所述理论位置信息(5)以用于测定补偿值(8)和调节所述补偿参数组(7)以用于减小所述偏差(9)，所述附加软件模块(13)经由所述NC控制(11a)的连结接口(14)与所述NC控制在数据技术上联通。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述连结接口(14)基于所述NC控制(11a)的运行事件在数据技术上调用所述附加软件模块(13)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述附加软件模块(13)经由所述连结接口(14)接收所述操纵器(2)的状态信息、尤其包括所述实际位置(10)和/或所述理论位置信息(5)和/或所述理论位置(6)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在加工所述工件(3)期间，通过光学位置传感器(15)、尤其激光追踪器(15a)测量所述实际位置(10)，优选地，所述光学位置传感器(15)经由运行的测量软件(18)与所述NC控制(11a)和/或所述附加软件模块(13)在数据技术上相连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述补偿参数组(7)包括尤其与操纵器类型相关的模型参数组(19)和物理数据组(20)、优选地包括与所述操纵器(2)相关的质量信息和/或质量重心信息，并且另外尤其地基于所述修正值(12)仅调节所述模型参数组(19)以用于减小所述偏差(9)。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在加工所述工件(3)期间测量至少一个环境参量并且所述补偿参数组(7)包括与所述相应的测得的环境参量相关的环境补偿参数，利用所述环境补偿参数处理所述相应的测得的环境参量以用于测定所述补偿值(8)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述至少一个环境参量包括压力(22a)、优选地作用到所述操纵器(2)上的、尤其作用到所述操纵器(2)的重力平衡系统上的压力(22a)。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述至少一个环境参量包括实际温度(22b)、优选地在所述操纵器(2)处的实际温度(22b)，尤其地，所述实际温度(22b)被环境热量和所述操纵器(2)的自加热所影响。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述环境补偿参数包括所述材料相关的温度膨胀系数和/或尤其轴线相关的温度弯曲系数和/或尤其轴线相关的长度参数，优选地，所述温度补偿参数与所述所测得的实际温度(22b)相关。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个环境参量包括作用到所述操纵器(2)和/或所述端部执行器(4)上的过程力(22c)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所操纵器(2)是多轴机器人(23)，优选地，所述理论位置信息(5)包括所述多轴机器人(23)的轴线信息(5a)，尤其地，所述轴线信息(5a)包括水平主轴线的理论信息。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述补偿参数组(7)包括与所述轴线信息(5a)相关的轴线补偿参数，利用该轴线补偿参数处理所述轴线信息(5a)以用于测定所述修正值(12)，优选地，通过所述修正值(12)的归因于所述轴线补偿参数的部分尤其仅调节所述轴线信息(5a)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述理论位置信息(5)包括笛卡尔坐标信息(5b)，优选地，基于所述笛卡尔坐标信息(5b)产生所述轴线信息(5a)，尤其地，所述补偿参数组(7)包括与所述笛卡尔坐标信息(5b)相关的绝对补偿参数，利用该绝对补偿参数处理所述笛卡尔坐标信息(5b)以用于测定所述修正值(12)。
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