DD257484A1 - MEASURING ARRANGEMENT FOR THE MONITORING AND POSITIONING OF MULTILAYER MANUFACTURING GEARS, PARTICULARLY JIBROBUCKERS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ueberwachung und Positionierung mehrgliedriger Fuehrungsgetriebe, insbesondere Gelenkroboter, bei der ein an das Fuehrungsgetriebe gelenkig ankoppelbarer Messarm in einer Fuehrung laengsverschiebbar angeordnet ist. Die Fuehrung ist um eine die Laengsachse des Messarmes schneidende Achse schwenkbar. Ferner sind Messeinrichtungen zur Erfassung der Drehwinkel sowie der Laengsverschiebung des Messarmes vorgesehen. Ziel ist es, den Anwendungsbereich bekannter Kugelkoordinatenmessgeraete zu erweitern. Dabei sollen der Arbeitsraum des Fuehrungsgetriebes besser als bisher von dem Messraum der Messanordnung abgedeckt und Drifterscheinungen aller Gelenke der Fuehrungsgetriebe mit erfasst werden koennen. Erfindungsgemaess ist der Messarm der Messanordnung sowohl mit seiner Fuehrung als auch mit seinem am Fuehrungsgetriebe ankoppelbaren Ende kardanisch aufgehaengt. An dem mit dem Fuehrungsgetriebe verbundenen kardanischen Gelenk sind zur Erfassung der Drehwinkel dieses Gelenks Messeinrichtungen vorgesehen. Fig. 1The invention relates to a measuring arrangement for monitoring and positioning multi-member guiding gearboxes, in particular articulated robots, in which a measuring arm, which can be articulated to the driving gearbox, is arranged so as to be longitudinally displaceable in a guide. The guide is pivotable about an axis which intersects the longitudinal axis of the measuring arm. Furthermore, measuring devices for detecting the rotational angle and the longitudinal displacement of the measuring arm are provided. The aim is to expand the scope of known ball coordinate measuring devices. In this case, the working space of the Fuehrungsgetriebes better than previously covered by the measuring space of the measuring arrangement and Drifterscheinungen all joints of Fuehrungsgetriebe can be detected. According to the invention, the measuring arm of the measuring arrangement is gimballed both with its guide and with its end which can be coupled to the guide gear. At the gimbal joint connected to the guide gear measuring devices are provided for detecting the rotation angle of this joint. Fig. 1
Description
werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßarm der Meßanordnung sowohl mit s'einer Führung als auch mit seinem am Führungsgetriebe ankoppelbaren Ende kardanisch aufgehängt ist. Dabei bildet die Führung den inneren Ring der kardanischen Aufhängung. In der Ausgangsstellung liegen die sich kreuzenden Achsen der kardanischen Aufhängung in der Horizontalebene. Sie bilden mit dem vertikal gestellten Meßarm ein räumliches karthesisches Koordinatensystem, das als Bezugssystem für die Messung der Lage von Bahnpunkten des Führungsgetriebes dient. Aus der Schwenkung des Meßarmes um beide horizontalen Achsen und der Verschiebung des Meßarmes in der Längsachse wird der aktuelle geometrische Ort des Koppelpunktes in Kugelkoordinaten gemessen und durch Transformation in das Koordinatensystem des Führungsgetriebes umgerechnet. Die Ankopplung des Meßarmes an das Führungsgetriebe erfolgt ebenfalls durch ein kardanisches Gelenk, das über eine Koppelscheibe und eine Magnetplatte mit einer Zentriereinrichtung am Greiferanschlußflansch des Handgelenks befestigt wird. ' become. According to the invention the object is achieved in that the measuring arm of the measuring arrangement is gimbaled with s'einer leadership as well as with his coupled to the guide gear end. The guide forms the inner ring of the cardan suspension. In the initial position, the crossing axes of the gimbal are in the horizontal plane. Together with the vertically arranged measuring arm, they form a spatial Cartesian coordinate system which serves as a reference system for measuring the position of track points of the guide gear. From the pivoting of the measuring arm about both horizontal axes and the displacement of the measuring arm in the longitudinal axis of the current geometric location of the crosspoint is measured in spherical coordinates and converted by transformation into the coordinate system of the guide transmission. The coupling of the measuring arm to the guide gear is also effected by a gimbal joint which is fastened via a coupling disc and a magnetic plate with a centering device on the gripper connection flange of the wrist. '
An diesem kardanischen Koppelgelenk sind an den Achsen Drehwinkelgeber angeordnet, die die Drehung beider Handgelenkachsen erfassen, sowohl für Meßzwecke als auch zur Fehlerkorrektur bei Drtfterscheinungen. Damit sind alle 5 Achsen eines Führungsgetriebes in die Messung von Genauigkeitsgrößen einbezogen.At this gimbal coupling joint rotary encoder are arranged on the axes, which detect the rotation of both wrist axes, both for measurement purposes as well as for error correction in Drtfterscheinungen. Thus, all 5 axes of a guide gear are included in the measurement of accuracy sizes.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der durch die Achsenzuordnung entstehende nutzbare Meßraum halbkugelförmig ist und somit große Meßbewegungen des Roboters in horizontaler und vertikaler Richtung zuläßt. Da außerdem der äußere kardanische Ring in seiner Stativhalterung um 90° kippbar ist, kann die Lage des halbkugelförmigen Meßraumes der Meßaufgabe entspr. verändert werden.The advantage of the invention is that the usable measuring space resulting from the axis assignment is hemispherical and thus permits large measuring movements of the robot in the horizontal and vertical directions. In addition, since the outer gimbal ring is tiltable in its tripod mount by 90 °, the position of the hemispherical measuring space of the measuring task can be changed accordingly.
Ausführungsbeispielembodiment
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Koordinatenmeßgerätes und Fig. 2 die Koppeleinrichtung zur Ankopplung des Koordinatenmeßgerätes an einen Industrieroboter.Below, the invention will be explained in more detail by way of example. 1 shows the basic structure of the coordinate measuring machine, and FIG. 2 shows the coupling device for coupling the coordinate measuring machine to an industrial robot.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen, ist auf einem transportablen Gestell 1, das in der Horizontalebene ausnivellierbar ist, ein Rahmen 2 befestigt, der beidseitig im Gestell 1 drehbar gelagert ist. Er bildet den äußeren Ring einer kardanischen Aufhängung. Seine horizontale Drehachse bildet die XM-Achse des rechtwinkligen karthesischen Koordinatensystems des Meßgerätes. In diesem Rahmen 2 befindet sich eine als innerer Ring der kardanischen Aufhängung dienende Führung 3, die in dem-Rahmen 2 schwenkbar gelagert ist. Ihre Drehachse liegt in der yM-Achse des Gerätes. Diese schwenkbare Führung 3 ist gleichzeitig Führungslager für einen Meßarm 4, dessen Längsachse in vertikaler Stellung die ZM-Achs,e des Meßgerätes bildet und unabhängig von seiner Stellung durch den Schnittpunkt der in einer Ebene liegenden Drehachsen der kardanischen Aufhängung geht.As can be seen from Fig. 1, a frame 2 is mounted on a transportable frame 1, which is ausnivellierbar in the horizontal plane, which is rotatably supported on both sides in the frame 1. It forms the outer ring of a gimbal suspension. Its horizontal axis of rotation forms the XM axis of the rectangular Cartesian coordinate system of the measuring instrument. In this frame 2 is serving as an inner ring of the gimbal guide 3, which is pivotally mounted in the frame 2. Its axis of rotation is in the y M axis of the device. This pivotable guide 3 is also a guide bearing for a measuring arm 4, the longitudinal axis in the vertical position, the ZM axis, e of the measuring instrument and regardless of its position through the intersection of lying in a plane axes of rotation of the cardan suspension goes.
Am Ende des Meßarmes 4 ist ein kardanisches Gelenk, das aus einem inneren Ring 5 und einem äußeren Ring 6 besteht, verdrehfest mit dem Meßarm 4 verbunden. Am äußeren Ring 6 ist eine Zentrierwelle 7 befestigt, auf der eine Magnetplatte 8 drehbar angeordnet ist. Eine am Roboter zu befestigende Koppelscheibe 9 ist auf einem Zentrierstück 10, das koaxial in die Koppelscheibe 9 hineinragt, drehbar angeordnet. Beim Anschlagen der Koppelscheibe 9 an die Magnetplatte 8 nimmt das Zentrierstück 10 mit seiner Zentrierung die kegelig ausgebildete Stirnfläche der Zentrierwelle 7 auf und gewährleistet somit stets die gleiche Position der Koppelscheibe 9 zur Magnetplatte 8. Da der Meßarm 4 sowohl verdrehfest in der Führung 3 geführt als auch verdrehfest mit dem kardanischen Gelenk 5; 6 verbunden ist, ist die Drehung des Handgelenks des Roboters um seine Längsachse meßtechnisch erfaßbar.At the end of the measuring arm 4 is a gimbal joint, which consists of an inner ring 5 and an outer ring 6, rotationally connected to the measuring arm 4. On the outer ring 6, a centering shaft 7 is fixed, on which a magnetic plate 8 is rotatably mounted. A coupling disk 9 to be fastened to the robot is rotatably arranged on a centering piece 10 which projects coaxially into the coupling disk 9. When hitting the coupling disc 9 to the magnetic plate 8, the centering takes 10 with its centering the conical face of the centering 7 and thus ensures always the same position of the coupling disc 9 to the magnetic disk 8. Since the measuring arm 4 both rotationally guided in the guide 3 as also rotationally fixed with the gimbal joint 5; 6 is connected, the rotation of the wrist of the robot about its longitudinal axis can be detected by measurement.
Im folgenden soll die Arbeitsweise des Meßgerätes beschrieben werden.In the following, the operation of the meter will be described.
Das Meßgerät wird in dem Arbeitsbereich des Roboters so positioniert, daß sich Arbeitsraum und Meßraum in ausreichendem Maße überdecken. In der Ausgangsstellung bilden die Xm-, yiy-Achsen eine horizontale Ebene. Die bei der Nachführung des Meßarmes 4 entstehen Verdrehwinkel um die Xm-und yM-Achsen werden von Drehwinkelmeßeinrichtungen 11, die Verschiebung des Meßarmes 4 mit einer Längenmeßeinrichtung 12 gemessen. Die Verdrehwinkel und die aktuelle Meßarmlänge geben den Ort eines Meßbezugspunktes 13, dessen Lage auf dem inneren Ring 5 des kardanischen Gelenks aus Fig.2 zu erkennen ist, in Kugelkoordinaten im Koordinatensystem des Meßgerätes an. Die anschließende Koordinatentransformation ermöglicht die Bestimmung des geometrischen Ortes dieses Bezugspunktes 13 im Koordinatensystem des Roboters. Die Auswertung von Meßreihen ermöglicht Aussagen über die Genauigkeit der Einhaltung von Bahnpunkten bei sich wiederholenden Roboterbewegungen.The meter is positioned in the working area of the robot so that the working space and measuring space overlap sufficiently. In the initial position, the Xm, yiy axes form a horizontal plane. The rotation angle about the Xm and y M axes arising during the tracking of the measuring arm 4 are measured by rotary-angle measuring devices 11, the displacement of the measuring arm 4 by a length-measuring device 12. The twist angle and the current Meßarmlänge indicate the location of a Meßbezugspunktes 13, whose location on the inner ring 5 of the gimbal joint of Figure 2 can be seen in spherical coordinates in the coordinate system of the meter. The subsequent coordinate transformation allows the determination of the geometric location of this reference point 13 in the coordinate system of the robot. The evaluation of series of measurements enables statements about the accuracy of compliance with path points in repetitive robot movements.
Die Magnetplatte 8 zur Ankopplung übernimmt gleichzeitig den Schutz des Meßgerätes beim Überfahren des Meßraumes. Werden die Handgelenkquerachse und die Handgelenklängsachse in die Messung einbezogen, entweder durch gesteuerte Bewegung oder durch Drifterscheinungen, können diese Winkel über Drehwinkelgeber 14 und 15 gemessen und in die Auswertung einbezogen werden. Damit ist das Vermessen von fünf Drehachsen bei gemeinsamer Bewegung oder das Vermessen einzelner Drehachsen mit einer Positionierung des Meßgerätes möglich.The magnetic plate 8 for coupling simultaneously takes over the protection of the measuring device when driving over the measuring chamber. If the wrist transverse axis and the wrist longitudinal axis are included in the measurement, either by controlled movement or drift phenomena, these angles can be measured via rotary encoders 14 and 15 and included in the evaluation. This makes it possible to measure five axes of rotation when moving together or measuring individual axes of rotation by positioning the measuring device.
Für die Umrechnung der Meßergebnisse aus dem Koordinatensystem des Meßgerätes in das Koordinatensystem des Industrieroboters ist die Lagebestimmung beider Koordinatensysteme zueinander erforderlich. Diese Lagebestimmung kann von der Meßeinrichtung selbst beim nachgeführten Durchfahren vorgegebener Meßpositionen vorgenommen werden.For the conversion of the measurement results from the coordinate system of the measuring instrument in the coordinate system of the industrial robot, the position determination of both coordinate systems to each other is required. This position determination can be made by the measuring device itself when tracking predetermined measuring positions.
Claims (2)
Die beschriebene Meßanordnung weist zwei Nachteile auf.Die.Prüfung the positioning accuracy of industrial robots on site using a portable Kugelkoordinatenmeßgerätes has already been described in the journal workshop and operation 115 (1981) H, p 713-718. In issue 7 of 1981,114, the same journal is described on pages 471-474, the correction of systematic errors in a coordinate. In the given sources, a device is described with which the pointwise measurement of trajectories of industrial robots for the determination of accuracy characteristics is possible. This device is portable and placed in the work area by robots. The device is characterized by the following features. A frame mounted on one side is, standing on a substructure, rotatable about its vertical axis. It contains a longitudinally movable measuring arm whose axis intersects the vertical frame axis. The arranged at the intersection guide bearing of the measuring arm allows the pivoting (elevation) of the measuring arm about a horizontal axis, which also goes through the intersection. The vertical frame axis, the horizontal axis of the guide bearing and the projection of the 'Meßarmlängsachse in the horizontal plane form a Cartesian coordinate system. The tracking of the industrial robot measuring arm is coupled with a ball joint by means of permanent magnet to the robot. Any movement of the coupling point within the measuring space of the measuring device is detected by measuring the rotational angle of the measuring arm about both axes and by measuring the longitudinal displacement of the arm in spherical coordinates of the coordinate system of the device. By a subsequent coordinate transformation, the movement of the crosspoint in the coordinate system of the DUT is converted. The measurement results allow an evaluation of the accuracy of the web for repeated comparison.
The described measuring arrangement has two disadvantages.
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DD28570085A DD257484A1 (en) | 1985-12-30 | 1985-12-30 | MEASURING ARRANGEMENT FOR THE MONITORING AND POSITIONING OF MULTILAYER MANUFACTURING GEARS, PARTICULARLY JIBROBUCKERS |
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WO2012045825A1 (en) | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Macaso Gmbh | Non-linearly acting measuring apparatus for analysing and improving the adjustment of spherically acting orientation devices |
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1985
- 1985-12-30 DD DD28570085A patent/DD257484A1/en not_active IP Right Cessation
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WO2012045825A1 (en) | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Macaso Gmbh | Non-linearly acting measuring apparatus for analysing and improving the adjustment of spherically acting orientation devices |
DE102011082529A1 (en) | 2010-10-06 | 2012-04-12 | Macaso Gmbh | Nonlinear measuring device for analyzing and improving the adjustment of spherical orientation devices |
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