DE102006041886A1

DE102006041886A1 - Verfahren zur Positionierung von Werkstücken und Positioniersystem dazu

Info

Publication number: DE102006041886A1
Application number: DE200610041886
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Schweitzer; Dieter Dipl.-Ing. Leifert; Christoph Dipl.-Inform. Winterhalter
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB AG Germany
Priority date: 2006-09-06
Filing date: 2006-09-06
Publication date: 2008-03-27

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Positionierung von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter (12, 14, 16, 18) und mit einer Messvorrichtung (28) vorgeschlagen, wobei der wenigstens eine Roboter (12, 14, 16, 18) das Werkstück (22) an eine vorbestimmte Position bringt, wobei die Messvorrichtung die Ist-Position des Werkstückes bestimmt, wobei eine eventuelle Abweichung der Ist-Position zu einer vorgegebenen Soll-Position als Korrekturvorgabe für eine Korrektur der Ist-Position des Werkstückes durch den wenigstens einen Roboter (12, 14, 16, 18) herangezogen wird und wobei die Bestimmung der Ist-Position sowie die Korrektur so lange wiederholt wird, bis die Ist-Position einer vorgegebenen Soll-Position entspricht. Zudem betrifft die Erfindung ein Positioniersystem zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionierung von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter und mit einer Messvorrichtung sowie ein Positioniersystem zum Positionieren von Werkstücken zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren zur Positionierung von Werkstücken mit einem Roboter sind allgemein bekannt. So weisen eine Reihe von heute verwendeten Robotern bestimmte Werkzeuge auf, die zur Aufnahme von Werkstücken geeignet sind, wobei der Roboter die Werkstücke in eine vorbestimmte Position mit einer vorbestimmten Ausrichtung bewegt. An dieser Position werden die Werkstücke dann durch eine andere Maschine bearbeitet. Für manche der vorgenannten Aufgaben reicht die Genauigkeit eines Roboters jedoch nicht aus. Zum Einen dann, wenn die geforderten Genauigkeiten bei der Positionierung von Werkstücken größer sind als die der Steuerung und die der Motoren der Roboter zu leisten vermögen, zum Anderen ist es teilweise aufgrund der Größe des Werkstückes oder der Bauteilgeometrie erforderlich, mehrere Roboter gemeinsam zur Roboter-Positionierung zum Einsatz zu bringen, so dass sich deren Positionierungsfehler zu noch größeren Fehlern aufsummieren können.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Positionierung von Werkstücken sowie ein Positionierungssystem anzugeben, das eine besonders genaue Positionierung von Werkstücken ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren zur Positionierung von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter und einer Messvorrichtung gelöst, das folgende Verfahrensschritte aufweist. Der wenigstens eine Roboter verbringt das Werkstück an eine vorbestimmte Position. Die Messvorrichtung bestimmt die Ist-Position des Werkstücks, wobei eine eventuelle Abweichung der Ist-Position zu einer vorgegebenen Soll-Position als Korrekturvorgabe für eine Korrektur der Ist-Position des Werkstücks durch den wenigstens ein Roboter herangezogen wird. Schließlich wird die Bestimmung der Ist-Position sowie die Korrektur so lange wiederholt, bis die Ist-Position einer vorgegebenen Soll-Position entspricht.
Auf diese Weise ist die Genauigkeit der Positionierung durch die Messvorrichtung verbessert. Diese wird entsprechend des Positionierungsproblems eine bestimmte Genauigkeit aufweisen, so dass diese Genauigkeit vergleichsweise besser als die Genauigkeit ist, die der Roboter zu liefern vermag.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Anmeldungsgegenstandes wird dadurch erreicht, dass eine dreidimensionale Messung der Ist-Position des Werkstücks durchgeführt wird.
Auf diese Weise lassen sich Positionierungen in allen drei Raumrichtungen besonders einfach durchführen. Auch der wenigstens eine Roboter ist in der Lage dreidimensionale Bewegungen und damit Positionierungsaufgaben zu übernehmen, so dass dieser mit den Messvorrichtungen besonders günstig zusammenwirkt.
Es hat sich herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Soll-Position für das Werkstück und/oder die Roboterbewegungen sowie Positionen für den wenigstens ein Roboter in einem roboterexternen Datenverarbeitungssystem programmiert und/oder vorgegeben werden.
Auf diese Weise wird eine dem Roboter zugeordnete Robotersteuerung durch die einzelnen Berechnungen von Vergleichen sowie von Korrekturwerten entlastet.
Je nach Anwendungsfall können diese Berechnungen aber auch von der Robotersteuerung gegebenenfalls im Zusammenspiel mit dem Roboterhandbediengerät entsprechend programmiert oder vorgegeben werden. Auf diese Weise wird der Aufwand besonders gering gehalten.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Positioniersystem zum Positionieren von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter und mit einer Messvorrichtung zum Erfassen der Position von Werkstücken.
Dabei ist das erfindungsgemäße Positioniersystem dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Datenverarbeitungsanlage mit einer Robotersteuerung und der Messvorrichtung zusammenarbeitet, dass durch ein Vergleichsmodul nach jeder Messung der Messvorrichtung ein Vergleich zwischen den von der Messvorrichtung erfassten Ist-Daten der Position und den durch die Robotersteuerung bereitgestellten Soll-Daten der Position durchgeführt ist, und dass die durch den Vergleich ermittelten Korrekturdaten zur Verwendung in der Robotersteuerung bereitgestellt sind.
Durch das Zusammenwirken von einer Messvorrichtung mit einem Roboter sowie einer Datenverarbeitungsanlage ist ein System geschaffen worden, dass eine Genauigkeit beim Positionieren von Werkstücken erreicht, die vom Roboter alleine nicht erreichbar ist.
Das Positioniersystem ist noch kompakter, wenn erfindungsgemäß die Datenverarbeitungsanlage die Robotersteuerung ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Messvorrichtung eine 3D-Messmachine ist.
Mit einer dreidimensionalen Messvorrichtung ist es nämlich möglich, in allen drei Raumrichtungen die Lage des Werkstücks exakt zu bestimmen. Entsprechend sind die gelieferten Korrekturdaten vom Vergleichsmodul mit dreidimensionalen Raumangaben versehen, und der Robotersteuerung entsprechend zur Verfügung stehen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
Anhand von dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung, sowie besondere Vorteile näher erläutert und beschrieben werden.
Es zeigt:
Einzige Fig. ein Positioniersystem mit vier Robotern.
Die einzige Figur zeigt ein Positioniersystem 10 mit einem ersten 12, einem zweiten 14, einem dritten 16 sowie einem vierten Roboter 18. Jeder der Roboter 12, 14, 16, 18 weist an seinem Ende eines Roboterarms ein Haltewerkzeug 20 auf, das mit einem einzigen Werkstück 22 verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich das Werkstück 22 durch entsprechende Roboterbewegungen in jede beliebige Raumlage verbringen. Die Roboter 12, 14, 16, 18 sind mit den ihnen zugeordneten Robotersteuerungen, hier angedeutet durch Leitungen 24, verbunden.
Zudem weist das Positioniersystem 10 eine 3D-Messmachine 28 auf, die mit einer Datenverarbeitungsanlage 30 verbunden ist. Außerdem ist die Datenverarbeitungsanlage 30 noch mit weiteren Leitungen 26 mit den Robotersteuerungen 25 verbunden.
Der vorstehend beschriebenen Positioniersystem 10 wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Positionierung von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter und einer Messvorrichtung wie folgt durchgeführt.
Zunächst veranlassen die Robotersteuerungen 25 jeden einzelnen Roboter 12, 14, 16, 18 ihren Werkzeughalter 20 an eine bestimmte Position in dessen Arbeitsbereich zu verbringen. Das Werkstück 22 wird nun auf die Haltewerkzeuge 20 aufgelegt. Das geschieht beispielsweise durch einen weiteren Roboter oder durch eine entsprechende Transportvorrichtung. Die Haltewerkzeuge 20 können dabei in einer einfachen Ausgestaltung lediglich Aufnahmepunkte sein, aber auch Greif- oder Klemmwerkzeuge sein, die zur Durchführung ihrer Funktion entsprechend gesteuert werden.
Die Roboter 12, 14, 16, 18 verbringen nun gemeinsam das Werkstück 22 in eine vorbestimmte Position, hier einer Bearbeitungsposition zum Setzen von Schweißpunkten. Die Information, dass das Werkstück 22 nun seine vorbestimmte Position erreicht hat, wird von den Robotersteuerungen 25 über die weitere Leitung 26 zu der Datenverarbeitungsanlage 30 übermittelt, die dann die 3D-Messmachine 28 so ansteuert, dass die Ist-Position des Werkstücks bestimmt wird. Die Genauigkeit der 3D-Messmachine 28 ist so gewählt, dass sie den Erfordernissen der Messaufgabe entspricht. Auf diese Weise können eventuelle Abweichungen der tatsächlichen Ist-Position von der vorgegebenen Soll-Position festgestellt werden. In einer einfachen Ausgestaltung eines entsprechenden Vergleichmoduls zur Berechnung der entsprechenden Abweichungen erhält man eine Maßangabe, z. B. Abweichung in Millimeter hier in einem kartesischen Bezugssystem, nachdem entsprechende Korrekturvorgaben für die Robotersteuerung berechnet wurden. Dies geschieht ebenfalls im Vergleichsmodul, das z. B. als Programm auf der Datenverarbeitungsanlage 30 installiert ist. Diese Korrekturvorgabe wird an die Robotersteuerung 25 übermittelt, so dass diese entsprechende Korrekturbewegungen für den Roboter berechnen und durchführen wird.
Nachdem die Roboter 12, 14, 16, 18 das Werkstück in die korrigierte Position verbracht haben wird von der 3D-Messmachine 28 wiederum die aktuelle Ist-Position gemessen und der zuvor beschriebene Vorgang solange wiederholt, bis die Positionsmessungen eine akzeptable Ist-Position ergeben, die der vorgegebenen Soll-Position entspricht, bzw. zulässige Toleranzen um die vorgegebene Soll-Position gelegen sind.
Es hat sich herausgestellt, dass die Bestimmung der Ist-Position besonders einfach durchgeführt wird, wenn ein Roboter 12, 14, 16, 18 oder dessen Haltewerkzeug 20 Positionsmarkierungen aufweisen, die mit der 3D-Meßmachine 28 zusammenwirken, z. B. bestimmte Reflektoren, die von einer Lasermessung wahrgenommen werden. Die Messung kann sich dann auf die Bestimmung der Positionen der Positionsmarkierung beschränken, da hierdurch auch die Lage des Werkstücks im Raum bestimmt ist.

Claims

Verfahren zur Positionierung von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter (12, 14, 16, 18) und mit einer Messvorrichtung (28), wobei – der wenigstens eine Roboter (12, 14, 16, 18) das Werkstück (22) an eine vorbestimmte Position verbringt, wobei – die Messvorrichtung die Ist-Position des Werkstückes bestimmt, – wobei eine eventuelle Abweichung der Ist-Position zu einer vorgegebenen Soll-Position als Korrekturvorgabe für eine Korrektur der Ist-Position des Werkstückes durch den wenigstens einen Roboter (12, 14, 16, 18) herangezogen wird, und wobei – die Bestimmung der Ist-Position sowie die Korrektur solange wiederholt wird, bis die Ist-Position einer vorgegebenen Soll-Position entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Messtoleranzen und/oder Maßtoleranzen bei der Vorgabe der Soll-Position berücksichtigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine dreidimensionale Messung der Ist-Position des Werkstückes (22) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position für das Werkstück (22) und/oder die Roboterbewegungen sowie -positionen für den wenigsten einen Roboter (12, 14, 16, 18) in einem robotersystemexternen Datenverarbeitungssystem (30) programmiert und/oder vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position für das Werkstück (22) und/oder die Roboterbewegungen sowie -positionen für den wenigsten einen Roboter (12, 14, 16, 18) mit einer Robotersteuerung (25) gegebenenfalls mit einem Roboterhandbediengerät programmiert und/oder vorgegeben werden.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse und/oder die Messzyklen dokumentiert werden.
Positioniersystem zum Positionieren von Werkstücken mit wenigstens einem Roboter (12, 14, 16, 18) und mit einer Messvorrichtung zur Erfassung der Position von Werkstücken dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Datenverarbeitungsanlage (30) mit einer Robotersteuerung (25) und der Messvorrichtung (28) zusammenarbeitet, dass durch ein Vergleichsmodul nach jeder Messung der Messvorrichtung (28) ein Vergleich zwischen den von der Messvorrichtung erfassten Ist-Daten der Position und den durch die Robotersteuerung (25) bereitgestellten Soll-Daten der Position durchgeführt ist, und dass die durch den Vergleich ermittelten Korrekturdaten für eine Verwendung in der Robotersteuerung (25) bereitgestellt sind.
Positioniersysteme nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Datenverarbeitungsanlage (30) die Robotersteuerung (25) ist.
Positioniersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Roboter (12, 14, 16, 18) einen Werkstückaufnehmer (20) hat.
Positioniersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Roboter (12, 14, 16, 18) eine Positionsmarkierung für den Werkstückaufnehmer (20) oder die Position eines Roboterarmes aufweist.
Positioniersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung eine 3D-Messmaschine (28) ist.