DE102005043385A1

DE102005043385A1 - Verfahren zur Referenzpunktkontrolle eines Roboterwerkzeuges

Info

Publication number: DE102005043385A1
Application number: DE200510043385
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Thielmann
Original assignee: J Thielmann Ges fur Automatisierungstechnik Mbh; THIELMANN GES fur AUTOMATISIE
Current assignee: J Thielmann Ges fur Automatisierungstechnik Mbh; THIELMANN GES fur AUTOMATISIE
Priority date: 2005-09-10
Filing date: 2005-09-10
Publication date: 2007-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Referenzpunktkontrolle eines Roboterwerkzeuges, wobei ein Werkzeugabschnitt robotergeführt in den Messbereich einer Messeinrichtung in eine erste Messposition gefahren wird. DOLLAR A Um auf einfache Weise eine Referenzpunktkontrolle mit kurzer Zykluszeit durchführen zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in dieser ersten Messposition die Lage des Werkzeugabschnittes mittels wenigstens eines Näherungsschalters überwacht wird, dass der Werkzeugabschnitt anschließend robotergeführt in eine zweite Messposition verfahren wird und dass in dieser zweiten Messposition der Werkzeugabschnitt mittels wenigstens eines weiteren Näherungsschalters überwacht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Referenzpunktkontrolle eines Roboterwerkzeuges, wobei ein Werkzeugabschnitt robotergeführt in den Messbereich einer Messeinrichtung in eine erste Messposition gefahren wird.

Ein solches Verfahren kommt beispielsweise bei Schweißrobotern zum Einsatz. Als Roboterwerkzeug wird dabei ein Schweißbrenner verwendet. Dieser trägt einen Schweißdraht. Während des Arbeitsvorganges, insbesondere beim Verfahren des Roboters, kann es vorkommen, dass das Roboterwerkzeug unbeabsichtigt einen Gegenstand im Arbeitsbereich berührt. Dabei wird eine Positionsverstellung des Schweißdrahtes bewirkt. Beim anschließenden Schweißvorgang wird dann der Schweißdraht nicht mehr exakt zur Schweißstelle positioniert. Als Folge wird eine Fehlschweißung erstellt, die zum Ausschuss des produzierten Teiles führen kann.

Aus diesem Grund werden Vorrichtungen zur Referenzpunktkontrolle eingesetzt. Bekannt sind Messanordnungen, bei denen das Roboterwerkzeug so in eine Messposition verfahren wird, dass der Schweißdraht in einen Messbereich ragt. In diesem Messbereich wird die Schweißdrahtposition mit mehreren Lasern dreidimensional vermessen. Solche Einrichtungen sind sehr teuer und die Dauer einer Vermessung ist so langsam, dass ein wirtschaftlicher Einsatz bei den meisten Schweißanordnungen unwirtschaftlich ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei der auf einfache Weise eine Referenzpunktkontrolle mit kurzer Taktzeit durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass in der ersten Messposition die Lage des Werkzeugabschnittes mittels wenigstens eines Näherungsschalters überwacht wird, dass der Werkzeugabschnitt anschließend robotergeführt in eine zweite Messposition verfahren wird, und dass in dieser zweiten Messposition der Werkzeugabschnitt mittels wenigstens eines weiteren Näherungsschalters überwacht wird.

Bei dieser Verfahrensführung wird die Referenzpunktkontrolle mit einfachen Näherungsschaltern, beispielsweise induktiven Nährerungsschaltern, durchgeführt. Dabei wird die Verfahrbewegung des Roboters von der ersten in die zweite Messposition ausgenutzt, um in Verbindung mit der Näherungschalterpositionierung auf einfachste Weise eine Aussage über den Werkzeugzustand zu erhalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Werkzeugabschnitt bei korrekter Werkzeugstellung in der ersten Messposition in den von zwei Näherungsschaltern begrenzten Messbereich eingefahren wird, und dass dabei von keinem der Näherungsschalter ein Schaltsignal abgegeben wird. Auf diese Weise können bereits in der ersten Messposition die am häufigsten auftretenden Werkzeugfehlstellungen ermittelt werden.

Wenn dabei zusätzlich vorgesehen ist, dass die der ersten Messposition zugeordneten Näherungsschalter den Messbereich diametral gegenüberliegend begrenzen, und dass der Werkzeugabschnitt linear zwischen den beiden, von den Näherungsschaltern begrenzten Schaltbereichen in die zweite Messposition verfahren wird, dann lassen sich aufgrund des linearen Verfahrweges noch Winkelfehlstellungen des Werkzeugabschnittes erfassen.

Eine Winkelfehlstellung des Werkzeugabschnittes in Richtung des Verfahrweges von der ersten in die zweite Messposition kann auf einfach Weise dadurch erfasst werden, dass der Werkzeugabschnitt bei korrekter Werkzeugstellung in der zweiten Messposition in den von dem Näherungsschalter begrenzten Messbereich eingefahren wird und der Näherungsschalter dabei ein Schaltsignal abgibt dass dem Werkzeugabschnitt in der zweiten Messposition zwei Näherungsschalter zugeordnet sind, und dass diese Näherungsschalter in Verfahrrichtung des Werkzeugabschnittes von der ersten in die zweite Messposition zueinander versetzt angeordnet sind.

Gemäß einer bevorzugten Erfindungsvariante ist es vorgesehen, dass der Werkzeugabschnitt von einem Schweißdraht gebildet ist. Hierbei kann das erfindungsgemäße Verfahren derart gestaltet sein, dass der Schweißdraht in einem Drahtabschneider gekürzt wird, und dass das geschnittene Ende des Schweißdrahtes in den Messbereich der Messeinrichtung eingefahren wird. Der in dem Drahtabschneider gekürzte Draht weist dann keine endseitige Verdickung, beispielsweise eine Schweißperle auf, die die nachfolgende Messung verfälschen würden. Bevorzugter Weise kann es zusätzlich vorgesehen sein, dass eine Drahtvorschubeinheit des Roboterwerkzeuges den Schweißdraht vor dem Schneidvorgang um einen vorbestimmten Betrag vorschiebt, und dass nach dem erfolgten Vorschub der Drahtabschnitt in dem Drahtschneider vorgenommen wird, und dass der Schweißdraht dann in den Messbereich verfahren wird.

Damit wird auf einfache Weise sichergestellt, dass das Drahtende immer exakt die gleiche Länge aufweist, bevor das Roboterwerkzeug in die Messeinrichtung einfährt.

Eine Verkürzung der Taktzeit lässt sich dabei erreichen, wenn die Werkzeuganordnung derart gestaltet ist, dass das Roboterwerkzeug nach dem erfolgten Drahtschnitt linear in die erste Messposition verfahren wird.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine Gasdüsenreinigungsanlage für eine Schweißbrenner mit einem daran angekoppelten Drahtabschneider und einer Messeinrichtung,
2 eine Detaildarstellung der Messeinrichtung gem. 1 in Seitenansicht,
3 die Darstellung gem. 3 in Draufsicht und
4 bis 8 verschiedene Zuordnungen eines Roboterwerkzeuges zu der Messeinrichtung.
Die 1 zeigt eine Reinigungsstation 10 für ein als Schweißbrenner ausgebildetes Roboterwerkzeug 40, wie es in den 4 bis 8 gezeigt ist. Die Reinigungsstation 10 dient in bekannter Weise dazu, die Gasdüse des Schweißbrenners mittels eines Fräserwerkzeuges von Schweißrückständen zu reinigen und anschließend mittels eines speziellen Anti-Haft-Sprays zu beaufschlagen. Der Reinigungsstation 10 ist ein Drahtabschneider 20 mit einer Messeinrichtung 30 zugeordnet. Der Drahtabschneider 30 weist eine Schneidzange 21 auf, mittels der der Schweißdraht des Schweißbrenners gekürzt werden kann.
An den Drahtabschneider 20 schließt die Messeinrichtung 30 an.
Wie die 2 und 3 zeigen, besitzt die Messeinrichtung 30 eine Aufnahme 31, die mit einem Boden 32 und zwei Seitenteilen 33 einen Messbereich 36 begrenzt. Der Messbereich 36 ist von oben und frontseitig über eine Öffnung 34 zugänglich. An den beiden Seitenteilen 33 ist jeweils ein Näherungsschalter 35.1, 35.2 befestigt. Die Näherungsschalter 35.1, 35.2 sind einander diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Näherungsschalter 35.1, 35.2 arbeiten induktiv und weisen einen Schaltabstand auf, wie dies die 4 anhand der den Näherungsschaltern 35.1, 35.2 zugeordneten gestrichelten Linien symbolisiert. Sobald ein metallener Gegenstand in den Bereich des Schaltabstandes („S") eindringt, gibt der Näherungsschalter ein Schaltsignal ab. Die beiden Näherungsschalter sind zueinander beabstandet angeordnet. Dabei ergibt sich der Abstand aus der Summe der beiden Schaltabstände „S" vermehrt um eine Toleranzzugabe (2 × „T") und der Stärke eines zwischen die Näherungsschalter 35.1, 35.2 geführten Werkzeugabschnittes 41. Wie die 4 erkennen lässt, ist der Werkzeugabschnitt 41 von einem Schweißdraht des Schweißbrenners (Roboterwerkzeug 40) gebildet. Für eine Schweißdrahtdicke von 1 mm, einem Schaltabstand S = 0,6 mm und einer Toleranz T = 0,2 mm ergibt sich ein Gesamtabstand von 2,6 mm.
Wie die 2 und 3 weiter erkennen lassen, sind den Näherungsschaltern 35.1 und 35.2 zwei weitere Näherungsschalter 35.3 und 35.4 zugeordnet. Die Mittellängsachsen dieser beiden weiteren Nährungsschalter 35.3 und 35.4 stehen senkrecht zu denen der Näherungsschalter 35.1 und 35.2. Dabei sind, wie dies die 5 erkennen lässt, die Näherungsschalter 35.3 und 35.4 gegeneinander in Richtung ihrer Mittellängsachse ein Stück weit zueinander versetzt angeordnet, wobei der untere Nährungsschalter 35.3 gegenüber dem oberen vorsteht.
Die Vorgehensweise zum Vermessen der Schweißdrahtposition wird nachfolgend mit Bezugnahme auf die 4 bis 8 näher erläutert.
Nachdem der Schweißbrenner in der Reinigungsstation 10 gereinigt wurde, wird er zum Drahtabschneider 20 geführt. Dabei wird der Schweißdraht um ca. 2cm vorgeschoben. Im Drahtaschneider wird er dann auf die zum Vermessen benötigte Länge abgeschnitten.
Der Schweißbrenner wird dann robotergeführt linear in eine erste Messposition verfahren, in der der Werkzeugabschnitt 41 (nachfolgend „Schweißdraht 41) genannt) zwischen den beiden Näherungsschaltern 35.1 und 35.2 positioniert ist. Diese erste Messposition bei korrekt ausgerichtetem Schweißdraht stellt 4 dar.
Wenn nun der Schweißbrenner nicht exakt ausgerichtet ist, gelangt er in den Schaltbereich eines der Näherungsschalter 35.1 und 35.2. Dieser gibt dann ein Schaltsignal ab und der Roboter wird gestoppt. Ein solcher Verfahrenszustand ist in 7 gezeigt. Wenn keiner der Näherungsschalter 35.1 und 35.2 ein Schaltsignal abgibt, verfährt der Roboter den Schweißdraht 41 linear in die zweite, in 6 gezeigten Messpositionen. Wenn während der Verfahrbewegung einer der Näherungsschalter 35.1 und 35.2 anspricht, liegt eine Fehlpositionierung vor und der Roboter wird gestoppt.
Die zweite Messposition ist so gewählt, dass der Schweißdraht 41 bei korrekter Ausrichtung in den Schaltbereich des Näherungsschalters 35.3 eindringt. Dann gibt dieser ein Schaltsignal ab. Wird bei Erreichen der zweiten Messposition kein Schaltsignal abgegeben, wird der Roboter gestoppt, da eine Fehlpositionierung vorliegt.
Diese Fehlpositionierung kann beispielsweise auch dadurch gegeben sein, dass der Drahtüberstand zu kurz ist, wie die 8 zeigt. Ein solcher Fall kann eintreten wenn beispielsweise die Schweißdrahtspule leer ist.
Wenn eine Fehlpositionierung derart vorliegt, dass die Mittellängsachse des Schweißdrahtes 41 in Richtung der Verfahrbewegung von der ersten in die zweite Messposition geneigt ist, schaltet der Näherungsschalter 35.4 und erkennt die Fehlstellung.
Ein in die entgegengesetzte Richtung geneigter Draht wird vom Näherungsschalter 35.3 erkannt, da dieser anspricht, bevor die zweite Messposition erreicht ist.
Mit der dargestellten Messeinrichtung 30 können alleine aufgrund der Anordnung der Näherungsschalter 35.1 bis 35.4 in Verbindung mit der Verfahrbewegung des Roboters von der ersten in die zweite Messposition sämtlich unzulässigen Fehlstellungen sicher erkannt werden. Der Messzyklus dauert dabei nur ca. 1–2 Sekunden.

Claims

Verfahren zur Referenzpunktkontrolle eines Roboterwerkzeuges (40), wobei ein Werkzeugabschnitt (41) robotergeführt in den Messbereich (36) einer Messeinrichtung (30) in eine erste Messposition gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser ersten Messposition die Lage des Werkzeugabschnittes (41) mittels wenigstens eines Näherungsschalters (35.1, 35.2) überwacht wird, dass der Werkzeugabschnitt (41) anschließend robotergeführt in eine zweite Messposition verfahren wird, und dass in dieser zweiten Messposition der Werkzeugabschnitt (41) mittels wenigstens eines weiteren Näherungsschalters (35.3, 35.4) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugabschnitt (41) bei korrekter Werkzeugstellung in der ersten Messposition in den von zwei Näherungsschaltern (35.1, 35.2) begrenzten Messbereich eingefahren wird, und dass dabei von keinem der Näherungsschalter (35.1, 35.2) ein Schaltsignal abgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die der ersten Messposition zugeordneten Näherungsschalter (35.1, 35.2) den Messbereich diametral gegenüberliegend begrenzen, und dass der Werkzeugabschnitt (41) linear zwischen den beiden, von den Näherungsschaltern (35.1, 35.2) begrenzten Schaltbereichen in die zweite Messposition verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugabschnitt (41) bei korrekter Werkzeugstellung in der zweiten Messposition in den von dem Näherungsschalter (35.3) begrenzten Messbereich eingefahren wird und der Näherungsschalter (35.3) dabei ein Schaltsignal abgibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Werkzeugabschnitt (41) in der zweiten Messposition zwei Näherungsschalter (35.3, 35.4) zugeordnet sind, und dass diese Näherungsschalter (35.3, 35.4) in Verfahrrichtung des Werkzeugabschnittes (41) von der ersten in die zweite Messposition zueinander versetzt angeordnet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugabschnitt (41) von einem Schweißdraht gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schweißdraht in einem Drahtabschneider (20) gekürzt wird, und dass das geschnittene Ende des Schweißdrahtes in den Messbereich (36) der Messeinrichtung (30) eingefahren wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drahtvorschubeinheit des Roboterwerkzeuges (40) den Schweißdraht vor dem Schneidvorgang um einen vorbestimmten Betrag vorschiebt, und dass nach dem erfolgten Drahtabschnitt der Schweißdraht in den Messbereich (36) verfahren wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Roboterwerkzeug (40) nach dem erfolgten Drahtschnitt linear in die erste Messposition verfahren wird.
Messeinrichtung gekennzeichnet nach einem der Ansprüche 1 bis. 9.