DE102004033485A1 - Industrierobotersystem mit einer Messeinrichtung - Google Patents

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Helmut Dipl.-Ing. Kraus (FH)
Siegfried Schulmann
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
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Abstract

Das Industrierobotersystem (10) enthält eine Messeinrichtung (12) zur Messung der Positioniergenauigkeit eines Industrieroboters (14), DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, DOLLAR A dass die Messeinrichtung (12) eine Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) und eine Referenzeinheit (18) aufweist, wobei die Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) zur Projektion von mindestens zwei voneinander getrennten Lichtstrahlen (20, 22) auf die Referenzeinheit (18) geeignet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Industrierobotersystem mit einer Messeinrichtung zur Messung der Positioniergenauigkeit eines Industrieroboters, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Industrierobotersysteme der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 1 189 732 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren von Robotermessstationen, Manipulatoren und mitgeführten optischen Messeinrichtungen. Die Kalibrierung erfolgt in einer Messkaskade mit mindestens drei aufeinanderfolgenden Kalibrierschritten. Im ersten Schritt wird die optische Messeinrichtung mit ihrem Arbeitspunkt kalibriert. Anschließend wird der Messroboter mit seinen Achsen mit Hilfe der mitgeführten optischen Messeinrichtung kalibriert, wobei der Positionierfehler unter Korrektur der Maschinendaten des Messroboters kompensiert wird. Danach wird die Zuordnung des Messroboters zum Werkstück mit Hilfe der mitgeführten optischen Messeinrichtung kalibriert. Bei den optischen Messeinrichtungen handelt es sich insbesondere um 3D-Sensoren oder um Messkameras.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Industrierobotersystem mit einer alternativen Messeinrichtung vorzuschlagen, mittels welcher die Positioniergenauigkeit eines Industrieroboters gemessen werden kann.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Industrierobotersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Industrierobotersystem ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Lichtstrahlen-Projektionseinheit und eine Referenzeinheit aufweist, wobei die Lichtstrahlen-Projektionseinheit zur Projektion von mindestens zwei voneinander getrennten Lichtstrahlen auf die Referenzeinheit geeignet ist. Die Projektion von Lichtstrahlen wird somit zur Durchführung einer einfachen und schnellen Messung der Positioniergenauigkeit des Industrieroboters eines Industrierobotersystems genutzt. Hierbei wird unter dem Begriff "Messung" die Bestimmung einer hinreichenden Positioniergenauigkeit innerhalb vorgebbarer Abweichungsgrenzen verstanden. Bei der Messung der Positioniergenauigkeit muss es sich somit nicht notwendigerweise um eine quantitative Absolutmessung hinsichtlich der Industrieroboter-Positionierung handeln, sondern kann gegebenenfalls auch eine Vergleichsmessung im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs bei vorgebbaren, zulässigen Positionierabweichungen des Industrieroboters sein.
  • Mit Vorteil verlaufen die Lichtstrahlen zueinander parallel. Es ist alternativ bzw. zusätzlich hierzu möglich, dass die Lichtstrahlen zueinander unter einem Winkel verlaufen. Dabei kann der Winkel der Lichtstrahlen zueinander gegebenenfalls einstellbar sein zur Ermöglichung einer Veränderung bzw. Anpassung der Messgenauigkeit, da die Projektionspunkte der jeweiligen Lichtstrahlen je nach Einstellung des Winkels näher zueinander bzw. weiter voneinander weg liegen.
  • Das Industrierobotersystem weist vorzugsweise ein Abstandsmesssystem auf zur Ermittlung des jeweiligen Abstands zwischen der Lichtstrahlen-Projektionseinheit und der Referenzeinheit. Ein derartiges Abstandsmesssystem kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass ein Lichtstrahl senkrecht unter einem definierten Abstand auf die Referenzeinheit projiziert wird, wobei der Abstand mittels eines Abstandssensors exakt ermittelt werden kann. Bei dem Lichtstrahl handelt es sich insbesondere um einen Laserstrahl zur Gewährleistung einer exakten Abstandsmessung mittels des Abstandsmesssystems.
  • Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Referenzeinheit eine Messebene mit einem im Raum lagedefinierten Referenzpunkt und mit einer richtungsdefinierten Referenzlinie auf. Dabei dient der lagedefinierte Referenzpunkt zur Abstandsmessung zwischen der Lichtstrahlen-Projektionseinheit und der Referenzeinheit, während die richtungsdefinierte Referenzlinie zur Feststellung der Projektionsgenauigkeit von mindestens zwei unterschiedlichen Lichtstrahlen auf die Messebene dient. Die Referenzlinie kann gegebenenfalls durch den genannten Referenzpunkt führen. Mittels einer derartigen Messebene ist es möglich, eine Positionierungenauigkeit des Industrieroboters eines Industrierobotersystems beispielsweise aufgrund einer elastischen bzw. plastischen Ausdehnungs-, Biege- und / oder Verdreherscheinung am Industrieroboter schnell und reproduzierbar genau festzustellen.
  • In der Messebene kann ein zulässiger Projektionstoleranzbereich definiert und insbesondere sichtbar dargestellt sein. Dies ermöglicht einen schnellen und zuverlässigen Soll-Ist-Vergleich der Projektionspunkte der Lichtstrahlen in der Messebene. Der zulässige Projektionstoleranzbereich kann in Abhängigkeit der jeweiligen Fertigungsaufgabe gegebenenfalls vorgegeben werden.
  • Die Lichtstrahlen können fächerförmig oder auch zueinander parallel entlang einer Linie angeordnet sein, so dass die Projektionspunkte der Lichtstrahlen ebenfalls entlang dieser Linie in die Messebene liegen und mit der richtungsdefinierten Referenzlinie verglichen werden können.
  • Die Lichtstrahlen-Projektionseinheit ist vorzugsweise eine Laserstrahlen-Projektionseinheit. Der Einsatz von Laserstrahlen ist in der Messtechnik von Industrierobotersystemen an sich bekannt und gewährleistet hinreichend genaue Messergebnisse.
  • Der Industrieroboter kann ein Knickarmroboter sein und die Lichtstrahlen-Projektionseinheit ist vorzugsweise in einem freien Knickarm-Endbereich angeordnet. Bei einem derartigen Industrierobotersystem kann auswertegünstig beispielsweise mittels einer einfachen Sichtung einer Bedienperson eine schnelle und hinreichend präzise Messung der Positioniergenauigkeit des Industrieroboters durchgeführt werden. Der konstruktive Aufwand des Industrierobotersystems zur Durchführung einer derartigen Messung ist im Vergleich zu bekannten Systemen verhältnismäßig gering. Alternativ können auch andere Industrieroboterarten entsprechend vorteilhaft eingesetzt werden.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
  • Die Erfindung wird anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Industrierobotersystems mit Messeinrichtung.
  • Die Figur zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines erfindungsgemäßen Industrierobotersystems 10, das einen Industrieroboter 14 und eine Messeinrichtung 12 enthält. Die Messeinrichtung 12 weist eine Lichtstrahlen-Projektionseinheit 16 und eine Referenzeinheit 18 auf. Von der Lichtstrahlen-Projektionseinheit 16 können eine Mehrzahl an Lichtstrahlen, im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei fächerförmig angeordnete Lichtstrahlen 20, 22, 23, auf die Referenzeinheit 18 projiziert werden. Die Referenzeinheit 18 enthält hierzu eine Messebene 24, die sich relativ zum Industrieroboter 14 horizontal erstreckt und lediglich zu Darstellungszwecken in die Zeichnungsebene der Figur geklappt ist. Die Messebene 24 enthält einen im Raum lagedefinierten Referenzpunkt 26 und eine richtungsdefinierte Referenzlinie 28. Ferner sind in der Messebene 24 -jeweils augensichtlich erkennbar- eine Kreislinie 36 und gestrichelte Linien 38, 40 dargestellt. Die gestrichelten Linien 38, 40 und die Kreislinie 36 stellen dabei einen zulässigen Projektionstoleranzbereich 30 in der Messebene 24 dar, wobei die Kennlinie 36 den Toleranzbereich für den Referenzpunkt 26 und die gestrichelten Linien 38, 40 den Toleranzbereich für die Referenzlinie 28 bilden.
  • Die mittels der Projektionseinheit 16 des Industrieroboters 14 projizierten Lichtstrahlen 20, 22, 23 erzeugen in der Messebene 24 der Referenzeinheit 18 entlang einer Linie 34 angeordnete Projektionspunkte 42, 44, 46, wobei die hierdurch gebildete Linie 34 im Rahmen eines Soll-Ist-Vergleichs per Augenscheinnahme einer Bedienperson mit der richtungsdefinierten Referenzlinie 28 der Referenzeinheit 18 bzw. mit den gestrichelten Linien 38, 40 (Toleranzbereich) verglichen werden kann. Bei einer wie in der Figur dargestellten Abweichung der aus den Projektionspunkten 42, 44, 46 bestehenden Linie 34 relativ zur Referenzlinie 28 kann per Augenscheinnahme der Bedienperson sofort festgestellt werden, dass beispielsweise aufgrund einer Verbiegung und / oder Verdrehung und / oder Wärmeausdehnung des Industrieroboters 14 eine Positionierungenauigkeit im Rahmen der durchgeführten Messung vorliegt. Ferner kann mittels des Lichtstrahls 20 festgestellt werden, ob ein im Raum lagedefinierter Referenzpunkt 26 der Messebene 24 der Referenzeinheit 18 durch den Lichtstrahl 20 angestrahlt wird oder ob eine diesbezügliche Positionsabweichung – wie in der Figur dargestellt – vorliegt. Der Lichtstrahl 20, welcher bei einer korrekten Positionierung des Industrieroboters 14 exakt senkrecht auf die Messebene 24 der Referenzeinheit 18 trifft, und zwar auf den im Raum lagedefinierten Referenzpunkt 26, kann zusätzlich zur Durchführung einer Abstandsmessung zwischen der Lichtstrahlen-Projektionseinheit 16 und der Referenzeinheit 18 mittels eines geeigneten Abstandsmesssystems herangezogen werden.
  • Bei den Lichtstrahlen 20, 22, 23 handelt es sich um Laserstrahlen, deren Einsatz im Rahmen von Kontrollmessungen an Industrierobotersystemen an sich bekannt ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Industrieroboter 14 ein Knickarmroboter, wobei zur hinreichend genauen Messung von gegebenenfalls vorliegenden Positionierungenauigkeiten des Knickarmroboters 14 die Lichtstrahlen-Projektionseinheit 16 in einem freien Knickarm-Endbereich 32 angeordnet ist.
  • Beim in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Knickarmroboter 14 durch eine nicht zulässige Positionierabweichung gekennzeichnet, da der Projektionspunkt 46 außerhalb des Projektionstoleranzbereichs 30 liegt, welcher durch die gestrichelten Linien 38, 40 begrenzt wird. Dagegen liegen die Projektionspunkte 42, 44 noch innerhalb des zulässigen Projektionstoleranzbereichs 30. Der zulässige Projektionstoleranzbereich 30 für den Projektionspunkt 42 ist in der Messebene 24 durch die Kreislinie 36 gekennzeichnet.
  • Im Vergleich zu traditionellen Messverfahren für Industrierobotersysteme ist das dargestellte Industrierobotersystem sehr einfach zu handhaben. Dabei erfolgt die Messung berührungslos und ist in verhältnismäßig kurzer Zeit insbesondere per Augenscheinnahme einer Bedienperson oder aber auch vollautomatisiert beispielsweise mittels einer geeigneten Kameratechnik durchführbar bei Anfahren von vordefinierten Messpositionen des Industrieroboters.

Claims (9)

  1. Industrierobotersystem (10) mit einer Messeinrichtung (12) zur Messung der Positioniergenauigkeit eines Industrieroboters (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (12) eine Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) und eine Referenzeinheit (18) aufweist, wobei die Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) zur Projektion von mindestens zwei voneinander getrennten Lichtstrahlen (20, 22) auf die Referenzeinheit (18) geeignet ist.
  2. Industrierobotersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (20, 22) zueinander parallel verlaufen.
  3. Industrierobotersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (20, 22) zueinander unter einem Winkel verlaufen.
  4. Industrierobotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Abstandsmesssystem aufweist zur Ermittlung des jeweiligen Abstands zwischen der Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) und der Referenzeinheit (18).
  5. Industrierobotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzeinheit (18) eine Messebene (24) mit einem im Raum lagedefinierten Referenzpunkt (26) und mit einer richtungsdefinierten Referenzlinie (28) aufweist.
  6. Industrierobotersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Messebene (24) ein zulässiger Projektionstoleranzbereich (30) definiert und insbesondere sichtbar dargestellt ist.
  7. Industrierobotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen (20, 22) fächerförmig entlang einer Linie (34) angeordnet sind.
  8. Industrierobotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) eine Laserstrahlen-Projektionseinheit ist.
  9. Industrierobotersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Industrieroboter (14) ein Knickarmroboter und die Lichtstrahlen-Projektionseinheit (16) in einem freien Knickarm-Endbereich (32) angeordnet ist.
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