DE102007043632A1

DE102007043632A1 - Entfernungsmessvorrichtung, Industrieroboter mit einer Entfernungsmessvorrichtung und Verfahren zum Vermessen eines Objekts

Info

Publication number: DE102007043632A1
Application number: DE102007043632A
Authority: DE
Inventors: Gerhard Hietmann
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-14
Also published as: DE102007043632B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Entfernungsmessvorrichtung (1), einen Industrieroboter (R1-R3) mit der Entfernungsaufrichtung (1) und ein Verfahren zum Vermessen eines Objekts (6) mittels der Entfernungsmessvorrichtung (1). Die Entfernungsmessvorrichtung (1) umfasst eine Lichtquelle (3) zum Erzeugen eines auf dem Objekt (6) fokussierbaren Lichtstrahls (5), dessen Ausrichtung bezüglich wenigstens zweier Achsen (11, 12) einstellbar ist, eine Abstandsmesseinrichtung (10), die den Abstand (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und einem aufgrund des Lichtstrahls (5) erzeugten Lichtpunkts (7) auf dem Objekt (6) ermittelt, und eine Winkelmessvorrichtung (P), die eingerichtet ist, Winkel (alpha, beta) des ausgerichteten Lichtstrahls (5) bezüglich der Achsen (11, 12) zu ermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft eine Entfernungsmessvorrichtung, einen Industrieroboter mit einer Entfernungsmessvorrichtung und ein Verfahren zum Vermessen eines Objekts.
Industrieroboter sind Handhabungsmaschinen, die zur selbsttätigen Handhabung von Objekten mit zweckdienlichen Werkzeugen ausgerüstet und in mehreren Bewegungsachsen insbesondere hinsichtlich Orientierung, Position und Arbeitsablauf programmierbar sind. Unter Verfahren zum Programmieren des Industrieroboters (Programmierverfahren) versteht man das planmäßige Vorgehen zur Erzeugung von Anwenderprogrammen.
Programmierverfahren lassen sich in direkte, indirekte und hybride verfahren unterscheiden. Direkte Verfahren werden auch als On-line-Verfahren und indirekte Verfahren werden auch als Off-line-Verfahren bezeichnet. Hybride Verfahren stellen eine Kombination aus direkten und indirekten Verfahren dar.
Zu den direkten Verfahren zählt die so genannte Teach-In-Programmierung und das Play-Back-Verfahren.
Bei der Teach-In-Programmierung, kurz: Teachen, wird der Industrieroboter mittels einer geeigneten Vorrichtung in die gewünschte Position gefahren und die Position in einer Steuerung des Industrieroboters gespeichert. Dieser Schritt wird solange wiederholt, bis die gesamte gewollte Bewegung des Industrieroboters durch angefahrene Raumpunkte beschrieben ist. So entsteht eine Abfolge von Raumpunkten, die der Industrieroboter nacheinander abfährt.
Geeignete Vorrichtungen für die Teach-In Programmierung sind z. B. Programmierhandgeräte mit Verfahrtasten, mit einer sogenannten Spacemouse, mit einem Joystick oder mit einer Kombination aus Tasten und radförmigem Regler.
Gegebenenfalls kann es bei der Bearbeitung eines Objekts mit dem Industrieroboter nötig sein, die Lage des zu bearbeitenden Objekts relativ zum Industrieroboter zu ermitteln. Um die Lage eines Industrieroboters relativ zum Objekt zu bestimmen, offenbart die WO 2004/071717 A1 eine Mehrzahl von Messpunkten auf der Oberfläche des Objekts zu registrieren und zu speichern, die Orientierung und die Position eines CAD-Modells des Objekts relativ zu einem Koordinatensystem des Industrieroboters durch Korrelation der Messpunkte in Bezug zum Modell zu bestimmen und für zumindest einige der Messpunkte und den entsprechenden Punkten im Modell eine sich ergebende Abweichung zu ermitteln. Für die Registrierung der Messpunkte fährt der Industrieroboter die Messpunkte mit einer Messspitze, die z. B. einen kontaktlosen Sensor umfasst, an.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Entfernungsmessvorrichtung anzugeben, die Vorraussetzungen für ein einfacheres Vermessen eines Objektes bietet, das mit einem Industrieroboter bearbeitet werden soll.
Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Entfernungsmessvorrichtung, aufweisend eine Lichtquelle zum Erzeugen eines auf einem Objekt fokussierbaren, sichtbaren Lichtstrahls, dessen Ausrichtung bezüglich wenigstens zweier Achsen einstellbar ist, eine Abstandsmesseinrichtung, die den Abstand zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und einem aufgrund des Lichtstrahls erzeugten Lichtpunkts auf dem Objekt ermittelt, und eine Winkelmessvorrichtung, die einge richtet ist, Winkel des ausgerichteten Lichtstrahls bezüglich der Achsen zu ermitteln.
Die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung umfasst die Lichtquelle, die den fokussierbaren und für das menschliche Auge sichtbaren Lichtstrahl aufweist. Der Lichtstrahl ist bezüglich der wenigsten beiden Achsen, also bezüglich wenigstens zweier Freiheitsgrade einstellbar. Aufgrund des sichtbaren Lichts des Lichtstrahls ist es für eine Person relativ einfach, den Lichtstrahl wie gewünscht auszurichten. Trifft der Lichtstrahl auf ein Objekt, dann wird auf der Oberfläche des Objekts ein Lichtpunkt sichtbar. Aufgrund des sichtbaren Lichtpunktes kann die Person die Entfernungsmessvorrichtung relativ einfach derart verstellen, dass der Lichtstrahl auf einen bestimmten Punkt der Oberfläche gerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung umfasst ferner die Abstandsmesseinrichtung, die den Abstand zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und dem aufgrund des Lichtstrahls erzeugten Lichtpunkts auf dem Objekt ermittelt. Da die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung bereits die Lichtquelle umfasst, ist die Abstandsmesseinrichtung gemäß einer Variante der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung als eine optische Abstandsmesseinrichtung insbesondere basierend auf einer Laufzeitmessung des Lichtstrahls oder auf Laser-Triangulation unter Verwendung des Lichtstrahls ausgebildet. Obwohl der Begriff "Laser-Triangulation" suggeriert, dass es sich bei der Lichtquelle um einen Laser handelt, können auch nicht als Laser ausgebildete Lichtquellen für die Laser-Triangulation verwendet werden. Ein Beispiel einer solchen Lichtquelle ist eine Leuchtdiode.
Die erfindungsgemäße Entfernungsvorrichtung umfasst ferner die Winkelmessvorrichtung, die eingerichtet ist, die Winkel des ausgerichteten Lichtstrahls bezüglich der Achsen zu ermitteln. Geeignete Winkelmessvorrichtungen umfassen beispielsweise Potentiometer, deren Widerstände abhängig vom eingestellten Winkel sind.
Somit kann die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung relativ einfach aufgrund des sichtbaren Lichtstrahls manuell ausgerichtet werden. Die eingestellten Winkel und der Abstand zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und dem erzeugten Lichtpunkt auf der Oberfläche des Objekts kann dann in automatisierter Weise, beispielsweise mittels eines Rechners, ermittelt werden. Diese ermittelten Werte können anschließend beispielsweise zur Vermessung des Objekts herangezogen werden.
Um das Verstellen der Lichtquelle zu vereinfachen, umfasst gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entfernungsmessrichtung diese eine manuelle Verstellvorrichtung zum manuellen Verstellen der Ausrichtung des Lichtstrahls bezüglich der beiden Achsen. Die manuelle Verstellvorrichtung umfasst beispielsweise einen Führungsknopf oder einen Führungsbügel, der insbesondere derart ergonomisch günstig geformt ist, dass er relativ einfach mit der menschlichen Hand geführt werden kann. Die manuelle Verstellvorrichtung kann auch Rändelräder mit einer relativ großen Übersetzung aufweisen, mit denen der Lichtstrahl bezüglich der Achsen derart manuell einstellbar ist, dass eine relativ große Drehbewegung an den Rändelrädern eine relativ kleine Winkeländerung bezüglich der Achsen, die insbesondere rechtwinklig zueinander ausgerichtet sein können, bewirken.
Nach einer Variante der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung weist diese Eingabemittel auf, bei deren Aktivierung die Abstandsmesseinrichtung den Abstand und die Winkelmessvorrichtung die Winkel ermittelt. Die Eingabemittel haben beispielsweise die Form einer insbesondere am Führungsbügel angeordneten Taste, sodass die Entfernungsmessvorrichtung den Abstand und die Winkel beim Drücken dieser Taste ermittelt. Somit ist es beispielsweise in relativ einfacher Weise möglich, verschiedene Punkte auf der Oberfläche des Objekts zu vermessen, um beispielsweise ein grafisches Rechenmodell, insbesondere ein Drahtgittermodell des Objekts zu erstellen.
Wenn nach einer Variante der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung deren Abstandsmesseinrichtung den aktuellen Abstand und die Winkelmessvorrichtung die aktuellen Winkel zyklisch ermitteln, wenn die Eingabemittel aktiviert sind, dann ist es in relativ einfacher Weise möglich, das Objekt zu vermessen, indem beispielsweise die Eingabemittel ständig aktiviert sind und die Oberfläche z. B. entlang einer Linie mit dem Lichtstrahl abgetastet wird.
Gemäß eines weiteren Aspekts der Erfindung weist eine Vorrichtung die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung und einen bezüglich der Entfernungsmessvorrichtung in einer bekannten Position angeordneten Industrieroboter mit mehreren Roboterachsen auf. Die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung kann beispielsweise ortsfest in der bekannten Position relativ zum Industrieroboter angeordnet sein. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung beispielsweise an einem Stativ befestigt sein.
Die erfindungsgemäße Entfernungsvorrichtung kann jedoch auch am Industrieroboter, insbesondere an einem seiner beweglichen Strukturteile, an einer seiner Roboterachsen oder an einem Flansch des Industrieroboters angeordnet sein. Beispielweise kann der Flansch des Industrieroboters derart ausgeführt sein, dass an diesem die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung direkt befestigt werden kann. Es ist aber auch möglich, dass der Industrieroboter einen Adapter aufweist, der am Flansch des Industrieroboters befestigt wird und eine weitere Flanschvorrichtung für das Werkzeug und eine oder mehrere Haltevorrichtungen für die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung aufweist.
Nach einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuervorrichtung des Industrieroboters mit der Entfernungsmessvorrichtung verbunden und derart eingerichtet, den Abstand und die Winkel auszuwerten. Aufgrund dieser Auswertung kann beispielsweise die Position der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung bezüglich des Industrieroboters oder eine Lage und Orientierung eines mit dem Industrieroboter bearbeitenden Objekts ermittelt werden.
Die Steuervorrichtung des Industrieroboters kann eingerichtet sein, aufgrund mehrerer Abstände zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und verschiedener Punkte eines Objekts und den dazugehörigen Winkel das Objekt zumindest teilweise zu vermessen.
Diese Vermessung kann beispielsweise dazu verwendet werden, aufgrund der Winkel und der dazugehörigen Abständen zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und den Punkten des Objekts dessen Lage und Orientierung bezüglich des Industrieroboters zu ermitteln.
Gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Steuervorrichtung derart eingerichtet, dass sie aufgrund der Winkel und den dazugehörigen Abständen zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und den Punkten des Objekts im Rahmen einer Programmierung einer Bahn des Industrieroboters einzelne, im Rahmen der Programmierung des Industrieroboters ermittelte Positionen und/oder Orientierungen des Industrieroboters modifiziert. Die Programmierung der Bahn des Industrieroboters wird beispielsweise im Rahmen der so genannten Teach-In-Programmierung durchgeführt.
Gemäß einer weiteren Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist diese eine Hilfsvorrichtung auf, wobei die Steuervorrichtung eingerichtet ist, für eine Programmierung der Bahn des Industrieroboters aufgrund einer mittels der Entfernungsmessvorrichtung ermittelten Orientierung der Hilfsvorrichtung eine entsprechende Orientierung des Industrieroboters festzulegen. In diesem Fall kann die Hilfsvorrichtung derart ausgerichtet werden, dass ihre Orientierung einer späteren Orientierung des Industrieroboters, beispielsweise des Flansches des Industrieroboters oder dessen Tool Center Points (TCP) entspricht. Die Orientierung der Hilfsvorrichtung kann mittels der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung ermittelt werden.
Ist die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung am Industrieroboter, insbesondere an dessen Flansch befestigt, so kann eine Bewegungsrichtung des Industrieroboters oder eines am Flansch des Industrieroboters befestigten Werkzeugs durch Ausrichten des Lichtstrahls der Entfernungsmessvorrichtung entsprechend der gewollten Bewegungsrichtung verwendet werden. Damit kann intuitiv der Industrieroboter und damit auch die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung in die Nähe eines zu vermessenden Arbeitsbereichs bewegt werden. Wird zusätzlich noch ein Kraftsensor z. B. an einem Führungsgriff, allgemein an einer manuellen Führungsvorrichtung der Entfernungsmessvorrichtung angeordnet, insbesondere integriert, kann der Industrieroboter ohne Betätigen von Eingabemittel zum Aktivieren der Abstandsmesseinrichtung in die gewünschte Richtung "gezogen" werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Vermessen eines Objekts mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung folgende Verfahrensschritte auf:

a) manuelles Ausrichten des Lichtstrahls der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung derart, dass der Lichtstrahl einen Lichtpunkt auf einem Objekt erzeugt, und
b) Ermitteln des Abstands zwischen der Entfernungsvorrichtung und dem Lichtpunkt und Ermitteln der Winkel, die der Lichtstrahl bezüglich der Achsen einnimmt.

Insbesondere wenn die Schritte a) und b) für verschiedene Abstände zwischen der Entfernungsmessvorrichtung und dem Lichtpunkt mehrmals wiederholt werden, kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, beispielsweise das Objekt zu vermessen, um insbesondere ein Rechenmodell des Objekts herzustellen. Das Rechenmodell ist beispielsweise ein Drahtgittermodell.
Wenn nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Bahn, auf der sich der Industrieroboter bewegen soll, aufgrund der ermittelten Abstände und Winkel ermittelt wird, dann kann das erfindungsgemäße Verfahren zum Programmieren des Industrieroboters verwendet werden.
Nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Entfernungsmessvorrichtung am Industrieroboter befestigt und es wird vor dem manuellen Ausrichten des Lichtstrahls der Industrieroboter im Rahmen einer Programmierung einer Bahn für den Industrieroboter in die Nähe eines zu ermittelnden Punktes der Bahn herangefahren und aufgrund des Abstands und den Winkeln die Position des zu ermittelnden Punktes ermittelt. Diese Variante ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein zu ermittelnder Punkt für den Industrieroboter mit dem Industrieroboter während seiner Programmierung nicht angefahren werden soll oder kann. So sollen mehrere Punkte dann nicht von dem Industrieroboter angefahren werden, wenn eine möglichst rasche Programmierung erforderlich ist. Dabei können mehrere verschiedene Positionen aus der selben Position des Industrieroboters geteached werden. Grundlage ist die Erkenntnis, dass die Punkte von der Entfernungsmessvorrichtung wesentlich schneller anvisiert werden können, als es durch ein Anfahren der Punkte mittels des Industrieroboters möglich wäre. Daneben kann es erforderlich sein, wenn in der aktuellen Position des Industrieroboters und der mit diesem verbundenen Entfernungsmessvorrichtung, der zu messende Punkt am Objekt mit dem Lichtstrahl aus einer entfernteren Position nicht erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Lichtquelle derart geschwenkt, dass der Lichtpunkt entlang einer Linie verläuft, nach dem der Industrieroboter im Rahmen seiner Programmierung in die Nähe eines zu ermittelnden Punktes der Bahn herangefahren wurde, wobei entlang der Linie mehrere Abstände und der zugehörige Winkel ermittelt werden und aufgrund der Abstände mit dazugehörigen Winkeln die Position des Punktes ermittelt wird.
Nach einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Hilfsvorrichtung verwendet, wobei diese in eine gewünschte Orientierung ausgerichtet wird, die Orientierung der Hilfsvorrichtung mittels der Entfernungsmessvorrichtung ermittelt wird und die ermittelte Orientierung der Hilfsvorrichtung als eine Soll-Orientierung des Industrieroboters verwendet wird.
Gemäß weiterer Ausprägungen und Anwendungen zumindest einiger Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Entfernungsmess vorrichtung bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die die erfindungsgemäße Entfernungsmessvorrichtung und den Industrieroboter aufweisen, kann der Lichtstrahl der Entfernungsmessvorrichtung verwendet werden, um z. B. einen Raumpunkt auf einem Objekt anzuzeigen. Im Rahmen dieses Anzeigens kann beispielsweise der Industrieroboter kollisionsfrei in eine erforderliche Position fahren, von der aus der Lichtstrahl den gewünschten Punkt auf dem Objekt anzeigt. Dies ist möglich, da die Orientierung der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung bezüglich des Industrieroboters bekannt ist, da die Winkel bezüglich ihrer Achsen mittels der Winkelmessvorrichtung gemessen werden können. Mit dieser Variante können auch Bahnbewegungen auf einem Bauteil angezeigt werden.
Um für einen späteren Nach-Teach-Vorgang eine verbesserte Roboterstellung automatisch anfahren zu können, kann die Position des Industrieroboters vom ursprünglichen Mess-Teach-Vorgang abgespeichert werden. Zum Zeigen von Positionen und Bahnen auf Objekten kann es nötig sein, dass auf Basis der aktuellen Stellung des ausgerichteten Lichtstrahls der Entfernungsmessvorrichtung durch eine geeignete Stellung der Roboterachsen, eine Sichtverbindung von der Lichtquelle zum Bauteil möglich ist. Bei einer ungünstigen Stellung der beiden Achsen der Entfernungsmessvorrichtung ist es möglich, dass dies nicht immer sichergestellt ist. Die beiden Achsen können dann auch mit jeweils einem Antrieb, insbesondere einem elektrischen Antrieb versehen sein.
Mit der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung ist es möglich, neue intuitive Programmierverfahren für den Industrieroboter zu realisieren. So kann z. B. mit der Lichtquelle ein Objekt ausgewählt und registriert werden, indem z. B. die Lage des Objekts durch mehrfaches Überstreichen mit der Lichtquelle bestimmt wird. Anschließend kann die Lichtquelle derart ausgerichtet werden, dass sie auf einen Zielpunkt zeigt oder es kann eine Zielumgebung ebenfalls registriert werden (z. B. Erfassen einer Fügestelle). Eine Person kann anschließend aus einer Art Bibliothek auswählen, wie das Objekt aufgenommen werden soll und was am Zielort mit dem Objekt geschehen soll (Ablegen, Fügen, Montieren, usw.). Der Industrieroboter kann dann die erforderlichen Kommandos erzeugen, um die gewünschte Aktion auszuführen.
Weitere Aktionen können sein: Schleifen des mit der erfindungsgemäßen Entfernungsmessvorrichtung markierten Bereichs, Bohren von Löchern an den gezeigten Stellen, usw..
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 eine Entfernungsmessvorrichtung,
2, 3 einen Industrieroboter und die Entfernungsmessvorrichtung der 1,
4, 5 einen weiteren Industrieroboter, an dem die Entfernungsmessvorrichtung der 1 befestigt ist,
6–9 Anwendungen der Entfernungsmessvorrichtung der 1,
10, 11 Hilfsvorrichtungen, die für eine Verwendung mit der Entfernungsmessvorrichtung der 1 vorgesehen sind,
12 veranschaulicht eine weitere Anwendung des Industrieroboters der 4 und 5,
13, 14 einen weiteren Industrieroboter, an dem die Entfernungsmessvorrichtung der 1 befestigt ist.
Die 1 zeigt eine Entfernungsmessvorrichtung 1, die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Abstandmesseinrichtung 10 aufweist, deren Abstandsmessprinzip auf der so genannten Laser-Triangulation beruht. Dieses Messprinzip zum Messen eines Abstands ist als solches allgemein bekannt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Abstandsmesseinrichtung 10 ein Gehäuse 2 auf, in dem eine einen Lichtstrahl erzeugende Lichtquelle, z. B. ein Laser 3, und eine Kamera, z. B. eine CCD-Sensorzeile 4, angeordnet sind. Vor der CCD-Sensorzeile 4 kann eine Linse angeordnet sein und der Laser 3 erzeugt einen für das menschliche Auge sichtbares Licht in Form eines Laserstrahls 5 als den Lichtstrahl der Lichtquelle.
Um die Entfernung zwischen der Entfernungsmessvorrichtung 1 und einem Objekt 6 bzw. einem bestimmten Punkt des Objekts 6 zu ermitteln, wird der Laserstrahl 5 auf dem Objekt 6 fokussiert, wodurch ein Lichtpunkt 7 auf dem Objekt 6 sichtbar wird. Der Lichtpunkt 7 wird mittels der CCD-Sensorzeile 4 beobachtet. Je nach Abstand d zwischen der Entfernungsmessvorrichtung 1 und dem Lichtpunkt 7 ergibt sich ein Winkel φ, unter dem der Lichtpunkt 7 beobachtet wird, und somit eine abstandsabhängige Position des Abbilds des Lichtpunktes 7 an der CCD-Sensorzeile 4. Aus der Position des Abbildes des Lichtpunktes 7 auf der CCD-Sensorzeile 4 lässt sich der Abstand d zwischen der Entfernungsmessvorrichtung 1 und dem Lichtpunkt 7, also dem bestimmten Punkt des Objekts 6, errechnen.
Obwohl dieses Messprinzip unter dem Begriff "Laser-Triangulation" bekannt ist, können auch andere Lichtquellen verwendet werden, die einen Lichtstrahl erzeugen. Ein Beispiel einer solchen Lichtquelle, die kein Laser ist, ist eine Leuchtdiode.
Die Entfernungsmessvorrichtung 1 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Haltevorrichtung 8 auf, mit der die Entfernungsmessvorrichtung 1 z. B. an einem in der 2 gezeigten Stativ 9 befestigt werden kann.
An der Haltevorrichtung 8 ist das Gehäuse 2 der Abstandsmesseinrichtung 10 und somit auch die Abstandsmesseinrichtung 10 als solche bezüglich einer ersten Drehachse 11 und bezüglich einer zur ersten Drehachse 12 rechtwinklig ausgerichteten zweiten Drehachse 12 schwenkbar gelagert, so dass die Abstandsmesseinrichtung 10 z. B. in Richtung eines Pfeils 13 um die erste Drehachse 11 und z. B. in Richtung eines zweiten Pfeils 14 um die zweite Drehachse 12 geschwenkt werden kann. Somit ist es möglich, die Abstandsmesseinrichtung 10 in zwei Freiheitsgraden zu schwenken, so dass diese im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels bezüglich einer Referenzlinie 15 einen ersten Winkel α und einen zweiten Winkel β einnehmen kann. Der erste Winkel α ist einer Drehung der Abstandsmesseinrichtung 10 um die erste Drehachse 11 zugeordnet und in der 1 nicht explizit gezeigt und der zweite Winkel β ist einer Drehung der Abstandsmesseinrichtung 10 um die zweite Drehachse 12 zugeordnet und in der 1 dargestellt. Die Drehachsen 11, 12 können jeweils auch ein Getriebe aufweisen.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist die Entfernungsmessvorrichtung 1 einen Führungsknopf oder einen Führungsbügel 16 auf, mit dem die Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Winkel α, β manuell einstellbar ist. Der Führungsbügel 16 ist am Gehäuse 2 der Abstandsmesseinrichtung 10 befestigt.
Um die Winkel α, β, bezüglich derer die Abstandsmesseinrichtung 10 ausgerichtet werden kann, möglichst genau einstellen zu können, umfasst die Entfernungsmessvorrichtung 1 im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels zwei mit den Drehachsen 11, 12 gekoppelte Rändelräder 17, 18 mit einer relativ großen Übersetzung, mit denen die Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich ihrer Drehachsen 11, 12 manuell einstellbar ist. Somit bewirken relativ große Drehbewegungen an den Rändelrädern 17, 18 relativ kleine Winkeländerungen bezüglich der Referenzlinie 15.
Die beiden Drehachsen 11, 12 sind jeweils mit einer Winkelmessvorrichtung gekoppelt, die der Übersicht halber nicht detaillierter dargestellt sind. Winkelmessvorrichtungen als solche sind allgemein bekannt und können z. B. mit den Drehachsen 11, 12 gekoppelte Potentiometer P aufweisen, so dass z. B. Spannungswerte von an den Potentiometern P anliegenden elektrischen Spannungen proportional zu den aktuellen Winkeln α, β sind, die die Abstandmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 einnimmt. Eine Auswertung dieser Spannungswerte z. B. mittels eines entsprechend eingerichteten Rechners ergeben demnach die aktuellen Winkel α, β, die die Abstandmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 aktuell einnimmt. Die 1 zeigt eines der Potentiometer P zum Ermitteln des Winkels α.
Wenn die Entfernungsmessvorrichtung 1 mit dem Rechner verbunden ist und auf diesem ein geeignetes Rechnerprogramm läuft, dann kann die Entfernungsmessvorrichtung 1 z. B. verwendet werden, ein grafisches Rechenmodell, insbesondere ein so genanntes grafisches Drahtgittermodell, von z. B. dem in der 2 dargestellten Objekt 6 zu erstellen. Ein Drahtgittermodell, das im Englischen als "Wireframe" Modell bezeichnet wird, modelliert im CAD insbesondere dreidimensionale Objekte, wie das Objekt 6, wobei Oberflächen des Objekts 6 im Drahtgittermodell als Linien dargestellt werden und es auch möglich ist, insbesondere nur Kanten zu visualisieren.
Um das Rechenmodell zu erstellen, verstellt eine in den Figuren nicht näher dargestellte Person die Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 insbesondere unter Verwendung des Führungsbügels 16 und der Rändelräder 17, 18, um den Laserstrahl 5 bzw. die Abstandsmesseinrichtung 10 auf verschiedene Punkte des Objekts 6 auszurichten. Wenn im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Person Eingabemittel, z. B. eine am Führungsbügel 16 angeordnete Taste 19 betätigt, dann ermittelt die Entfernungsmessvorrichtung 1 den aktuellen Abstand d zwischen der Entfernungsmessvorrichtung 1 und dem aktuellen Lichtpunkt 7 am Objekt 6. Diese Entfernung d und die dazugehörigen Winkel α, β, die die Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 einnehmen, werden dem Rechner übermittelt bzw. der Rechner errechnet diese Winkel α, β, aufgrund der von den Winkelmessvorrichtungen der Entfernungsmessvorrichtung 1 erzeugten Signale. Sind genügend Werte aufgenommen, d. h. stehen genügend Abstände d mit dazugehörigen Winkel α, β dem Rechner zur Verfügung, dann kann dieser mittels seines Rechnerprogramms das Rechenmodell des Objekts 6 berechnen.
Es ist aber auch möglich, dass die Entfernungsmessvorrichtung 1 derart ausgeführt ist, dass sie bei betätigter Taste 19 zyklisch die Abstände d und die entsprechenden Winkel α, β mittels des Rechners aufzeichnet.
Die Entfernungsmessvorrichtung 1 kann aber auch vorgesehen sein, in Verbindung mit einem Industrieroboter, beispielsweise mit einem in der 2 gezeigten 6-Achs Industrieroboter R1, verwendet zu werden.
Der in der 2 gezeigte Industrieroboter R1 weist eine Kinematik für Bewegungen in sechs Freiheitsgraden, in allgemein bekannter Weise Gelenke, Hebel 20, 21, sechs Roboterachsen, von denen in der 1 nur eine der Roboterachsen A explizit dargestellt ist, und einen Flansch F auf. Jeder der Roboterachsen A wird von einem Antrieb bewegt und am Flansch F kann ein Werkzeug 24 befestigt sein.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Antriebe elektrische Antriebe, die jeweils einen nicht näher dargestellten elektrischen Motor aufweisen.
Die elektrischen Antriebe bzw. die elektrischen Motoren sind in nicht näher dargestellter Weise mit einem Steuerrechner 22 verbunden, auf dem ein geeignetes und dem Fachmann im Grundsatz bekanntes Rechnerprogramm läuft, das die Bewegungen des Industrieroboters R1 steuert. Der Begriff "Steuern" soll in diesem Zusammenhang auch eine Regelung umfassen. Im so genannten Programmbetrieb steuert der Steuerrechner 22 die elektrischen Antriebe derart, dass der Flansch F bzw. der so genannte Tool Center Point (TCP) des Industrieroboters R1 eine dem Rechnerprogramm entsprechende Bewegung ausführt. Im Programmbetrieb arbeitet der Industrieroboter R1 z. B. nur bei einem nicht näher dargestellten geschlossenen Sicherheitszaun stets wiederholend das den Industrieroboter R1 steuernde Rechnerprogramm in einer relativ schnellen Arbeitsgeschwindigkeit kontinuierlich ab. Unter Programmbetrieb kann aber auch ein Testmodus verstanden werden, in dem z. B. das den Industrieroboter R2 steuernde Rechnerprogramm beispielsweise kontinuierlich oder Programmschrittweise in einer reduzierten Geschwindigkeit abgearbeitet wird. Dabei kann es vorgesehen sein, dass eine Bedienperson z. B. einen nicht näher dargestellten Zustimmtaster eines Bediengerätes aktiviert halten muss. Der Schutzzaun kann während dieses Testbetriebes offen sein, d. h. die Bedienperson kann sich in der Nähe des Industrieroboters R2 aufhalten.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst der Industrieroboter R1 noch einen Sockel 23, auf dem im Wesentlichen die Kinematik des Industrieroboters R1 befestigt ist.
Für bestimmte Anwendungen ist die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 relativ zum Industrieroboter R1 notwendig. Die 3 veranschaulicht eine Möglichkeit, diese Position zu bestimmen, wenn die Entfernungsmessvorrichtung 1 unabhängig vom Industrieroboter R1 beispielsweise mittels des Stativs 9 im Raum aufgestellt ist.
Für die Positionsbestimmung der Entfernungsmessvorrichtung 1 können Marker 25 verwendet werden, die bereits vermessen sind. Die Marker 25 sind z. B. am Industrieroboter R1, beispielsweise an dessen Sockel 23, oder im Arbeitsbereich des Industrieroboters R1, beispielsweise an einer vermessenen Referenzplatte 26, die auch mobil ausgeführt sein kann, angeordnet.
Um die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 relativ zum Industrieroboter R1 zu ermitteln, um z. B. die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 bezüglich eines Roboterkoordinatensystems des Industrieroboters R1 zu erhalten, kann, nachdem die Entfernungsmessvorrichtung 1 ortsfest z. B. mittels des Stativs 9 aufgestellt ist, die nicht näher dargestellte Person die Abstandsmesseinrichtung 10 derart ausrichten, dass der Laserstrahl 5 des Lasers 3 nacheinander auf die einzelnen, am Sockel 23 des Industrieroboters R1 oder an der Referenzplatte 26 angeordneten Marker 25 ausgerichtet ist. Ist der Laserstrahl 5 wie gewünscht auf einen der Marker 25 am Sockel 23 bzw. an der Referenzplatte 26 ausgerichtet, dann betätigt die Person die Taste 19 der Entfernungsmessvorrichtung 1, wodurch die aktuelle Entfernung d und die entsprechenden Winkel α, β, bezüglich derer die Abstandsmesseinrichtung 10 zur Haltevorrichtung 8 ausgerichtet ist, dem Steuerrechner 22 übermittelt werden, der dazu in nicht gezeigter Weise mit der Entfernungsmessvorrichtung 1 verbunden ist. Sind alle bzw. genügend Marker 25 vermessen, dann kann der Steuerrechner 22 in im Prinzip bekannter Weise die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 bezüglich des Industrieroboters R1 berechnen.
Um das korrekte Ausrichten der Abstandsmesseinrichtung 10 auf die Marker 25 der Person zu erleichtern, können diese eine Lichtquelle aufweisen bzw. als Lichtquelle ausgeführt sein. Geeignete Lichtquellen sind z. B. Leuchtdioden.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die Marker 25 zudem als Fotodioden 27 ausgeführt. Ist der Laserstrahl 5 der Entfernungsmessvorrichtung 1 auf einen als Fotodiode 27 ausgebildeten Marker 25 ausgerichtet, dann erzeugt aufgrund des Lichts des Laserstrahls 5 die relevante Fotodiode 27 ein elektrisches Signal. Dieses verarbeitet der Steuerrechner 22 und erzeugt beispielsweise mittels eines Lautsprechers 29 ein akustisches oder mittels einer Anzeige 28 ein optisches Signal für die Person. Dadurch wird die Person zuverlässig über die korrekt ausgerichtete Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 informiert und kann die Taste 19 betätigen.
In einer alternativen Ausführungsform sind die Marker 25 als CCD-Sensoren 30 ausgeführt, deren Positionen vermessen sind, oder als ein pixilierter CCD-Sensor 30' ausgeführt, der vermessen ist. Trifft der Lichtstrahl 5 auf den CCD-Sensor 30, 30', dann erzeugt das relevante Pixel des CCD-Sensors 30, 30' ein elektrisches Signal. Aufgrund der Positionen der relevanten Pixel, den entsprechenden Abständen d der Entfernungsmessvorrichtung 1 zu den relevanten Pixel und den entsprechenden Winkeln α, β, kann dann der Steuerrechner 22 die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 bezüglich des Industrieroboters R1 berechnen.
Alternativ können die Marker 25 z. B. auch am Werkzeug 24 angeordnet sein.
Ist die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 relativ zum Industrieroboter R1 bekannt, dann kann diese verwendet werden, die Lage und Orientierung des Objekts 6 relativ zum Industrieroboter R1 zu bestimmen. Dazu ist im Steuerrechner 22 ein Rechenmodell des Objekts 6, z. B. ein Drahtgittermodell gespeichert. Um die Lage und Orientierung des Objekts 6 relativ zum Industrieroboter R1 zu erhalten, kann die Person die Abstandsmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 auf verschiedene, insbesondere markante Punkte des Objekts 6 ausrichten und die entsprechenden Entfernungen d und Winkel α, β mittels Betätigen der Taste 19 im Steuerrechner 22 speichern. Dieser ist derart programmiert, dass er eine Zuordnung zwischen den einzelnen Punkten am Objekt 6 und den korrespondierenden Punkten im Rechenmodell herstellt. Sind genügend Punkte am Objekt 6 ermittelt worden, dann kann ein auf dem Steuerrechner 22 laufendes Rechnerprogramm aufgrund der Zuordnung Punkte im Rechenmodell und Punkte des Objekts 6 die Lage und Orientierung des Objekts 6 relativ zum Industrieroboter R1 berechnen.
Anstelle eines Objekts 6 kann mit der Entfernungsmessvorrichtung 1 auch ein Zellenmodell einer Roboterzelle des In dustrieroboters R1 erstellt werden. Für die Erstellung des Zellenmodells werden z. B. Säulen, Zäune, Peripheriekomponenten oder Bearbeitungstische vermessen.
Die 4 und 5 zeigen einen weiteren Industrieroboter R2. Wenn folgend nicht anders beschrieben, dann sind Bestandteile des in den 4 und 5 gezeigten Industrieroboters R2, die mit Bestandteilen des in den 2 und 3 gezeigten Industrieroboter R1 weitgehend bau- und funktionsgleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der in den 4 und 5 gezeigte Industrieroboter R2 unterscheidet sich im Wesentlichen von dem in den 2 und 3 gezeigten Industrieroboter R1 durch einen Zwischenadapter 31, der einerseits am Flansch F des Industrieroboters R2 befestigt ist und andererseits das Werkzeug 24 aufnehmen kann, wie es in den 4 und 5 dargestellt ist. Der Zwischenadapter 31 ist ferner dafür vorgesehen, dass die Entfernungsmessvorrichtung 1 mit ihrer Haltevorrichtung 8 am Zwischenadapter 31 befestigt werden kann, wie dies in den 4 und 5 zu sehen ist. Alternativ kann auch der Flansch 7 des Industrieroboters R2 z. B. derart ausgeführt sein, dass an diesen direkt die Entfernungsmessvorrichtung 1 mit ihrer Haltevorrichtung 8 befestigt werden kann.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der Zwischenadapter 31 vier rechtwinklig zueinander ausgerichtete Seiten auf, an denen die Entfernungsmessvorrichtung 1 mit ihrer Haltevorrichtung 8 am Zwischenadapter 31 befestigbar ist.
Die Entfernungsmessvorrichtung 1 ist mit dem Steuerrechner 22 verbunden. Die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 z. B. bezüglich des Roboterkoordinatensystems des Industrieroboters R2 kann entsprechend der Position der am Stativ 9 befestigten Entfernungsmessvorrichtung 1 bezüglich des Industrieroboters R1 mittels der Marker 25 des Sockels 23 des Industrieroboters R2 bestimmt werden, wie dies in der 5 veranschaulicht ist. Auch kann die Referenzplatte 26 verwendet werden.
Mit dem Industrieroboter R2 kann auch die Lage und Orientierung des Objekts 6 relativ zum Industrieroboter R2 entsprechend, wie obenstehend für den Industrieroboter R1 beschrieben, bestimmt werden.
Ist die Entfernungsmessvorrichtung 1 bezüglich des Industrieroboters R2 eingemessen, indem z. B. deren Position relativ zum Roboterkoordinatensystem bekannt ist, dann kann die Entfernungsmessvorrichtung 1 auch zum Erstellen des Rechnerprogramms, das die Roboterachsen A des Industrieroboters R2 im Automatikbetrieb steuert, verwendet werden.
So ist es möglich, z. B. im Rahmen der Teach-In-Programmierung des Industrieroboters R2 den Industrieroboter R2 in die Nähe eines entsprechenden Punktes z. B. mittels eines nicht näher dargestellten, jedoch allgemein bekannten Programmierhandgerätes zu bringen. Die genaue Lage dieses Punktes für das Rechnerprogramm kann dann durch Ausrichten des Laserstrahls 5 der Abstandsmesseinrichtung 10 auf den genauen Punkt am Objekt 6 bestimmt werden. Aufgrund der aktuellen Lage des Industrieroboters R2 bzw. der aktuellen Lage eines ausgewählten Punktes des Industrieroboters R2, beispielsweise seines TCP oder seines Flansches F, kann der Steuerrechner 22 aufgrund des Abstands d zwischen der Entfernungsmessvorrichtung 1 und den Winkeln α, β der Abstandsmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 die genaue Lage des ausgewählten Punktes des Objekts 6 berechnen. Diese Methode ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der genaue Punkt am Objekt 6 nicht mit dem Industrieroboter R2 während der Teach-In-Programmierung angefahren werden soll oder kann. So sollen mehrere Punkte dann nicht von dem Industrieroboter angefahren werden, wenn eine möglichst rasche Programmierung erforderlich ist. Dabei können mehrere verschiedene Positionen aus der selben Position des Industrieroboters geteached werden. Grundlage ist die Erkenntnis, dass die Punkte von der Entfernungsmessvorrichtung wesentlich schneller anvisiert werden können, als es durch ein Anfahren der Punkte mittels des Industrieroboters möglich wäre. Daneben kann es erforderlich sein, wenn in der aktuellen Position des Industrieroboters und der mit diesem verbundenen Entfernungsmessvorrichtung, der zu messende Punkt am Objekt mit dem Lichtstrahl aus einer entfernteren Position nicht erreicht werden kann.
Beispielsweise beim Schutzgasschweißen zweier in der 6 dargestellter Bleche 32, 33 variiert teilweise eine zu schweißende Nahtbreite eines Spaltes 34 zwischen den beiden Blechen 32, 33. Der gewünschte Punkt für die Teach-In-Programmierung ist dann nicht immer offensichtlich oder befindet sich zwischen den beiden zu verschweißenden Blechen 32, 33. Eine Draufsicht der beiden Bleche 32, 33 ist in den 7 bis 9 gezeigt.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist es für diesen Fall vorgesehen, in dem Bereich, in dem ein Punkt 36 für die Teach-In-Programmierung des Industrieroboters R2 aufgenommen werden soll, eine Linie 35 quer zu dem zu schweißenden Spalt 34 zwischen den beiden Blechen 32, 33 mit der Entfernungsmessvorrichtung 1 zu vermessen, indem die Person die Abstandmessvorrichtung 10 z. B. in Richtung des Pfeils 14 bezüglich ihrer Haltevorrichtung 8 zwischen zwei Stellungen schwenkt. Für die eine Stellung ergibt sich ein erster Lichtpunkt 7a auf dem Blech 32 und für die zweite Stellung ergibt sich ein zweiter Lichtpunkt 7b auf dem ande ren Blech 33. Die zu den Lichtpunkten 7a, 7b entsprechenden Laserstrahlen sind in der 6 mit den Bezugszeichen 5a und 5b versehen.
Während des Schwenkens der Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich des Pfeils 14 betätigt die Person die Taste 19 der Entfernungsmessvorrichtung 1, wodurch während des Schwenkens für mehrere Abstände d die dazugehörigen Winkel α, β der Abstandmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 mit dem Steuerrechner 22 aufgezeichnet werden.
Anschließend kann der Steuerrechner 22 aufgrund dieser Werte den Punkt 36 berechnen, an den der Industrieroboter R2 während des Automatikbetriebs einen Schweißbrenner als Werkzeug 24 bewegen soll. Dies wird für mehrere Stellen entlang des Spaltes 34 wiederholt, wie es in der 7 verdeutlicht ist.
Alternativ kann für das Bestimmen der Punkte 36 die Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 derart manuell verstellt werden, dass der Lichtpunkt 7 des Laserstrahls 5 im Bereich des Spalts 34 insbesondere auf einer in der 8 gezeigten zig-zag-förmigen Bahn 37 verläuft. Während der Lichtpunkt 7 auf dieser Bahn 37 verläuft, betätigt die Person die Taste 19, so dass der Steuerrechner 22 mehrere Abstände d mit den dazugehörigen Winkeln α, β der Abstandsmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 aufzeichnet und daraus mehrere Punkte 36 berechnet, die der Schweißbrenner im Automatikbetrieb des Industrieroboters R2 anfahren soll.
Zusätzlich oder alternativ können nicht nur die Punkte 36 berechnet werden, sondern es können aufgrund der aufgezeichneten Daten auch weitere Prozessparameter an die reale Kontur des Objekts 6 angepasst werden, wie z. B. die Bewegungs geschwindigkeit des Industrieroboters R2 im Automatikbetrieb, einen Schweißstrom für den Schweißbrenner, eine Pendellänge oder eine Pendelamplitude.
Die eben beschriebenen Methoden können auch dazu verwendet werden, ein Rechenmodell des Objekts 6 zu erstellen oder ein bereits erstelltes Rechenmodell manuell zu ändern, insbesondere zu optimieren.
In einer weiteren Ausführungsform ist es vorgesehen, die Abstandsmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 einzustellen und dann zu fixieren. Anschließend fährt dann automatisch der Industrieroboter R2 über ein zu vermessendes Objekt, z. B. über den Spalt 34 der beiden Bleche 32, 34 z. B. in Form einer Pendelbewegung. Der Lichtpunkt 7 des Laserstrahls 5 der Abstandsmesseinrichtung 10 folgt dann einer z. B. in der 9 dargestellten pendelförmigen Bahn 38.
Mit den eben beschriebenen Methoden lässt sich die Position eines Punktes mit der Entfernungsmessvorrichtung 1 ermitteln. Diese Position kann für die Teach-In-Programmierung des Industrieroboters R2 verwendet werden, so dass diejenige Koordinate im Raum ermittelt werden kann, die der Industrieroboter R2 während seines Automatikbetriebs anfahren soll. Um auch die Orientierung für diesen Punkt zu ermitteln, wird nach einer Ausführungsform eine in der 10 dargestellte Hilfsvorrichtung 39 verwendet.
Die in der 10 gezeigte Hilfsvorrichtung 39 ist vorgesehen, manuell geführt zu werden. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Hilfsvorrichtung 39 rohrförmig ausgeführt, läuft an einem seiner Enden 40 spitz zu und weist eine Platte 41 auf.
Soll zusätzlich zur Position eines zu vermessenden Punktes 42 auch noch die Orientierung des Industrieroboters R2 bzw. dessen Flansch F oder TCP im Rahmen der Teach-In-Programmierung ermittelt werden, so wird im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Hilfsvorrichtung 39 mit ihrem spitzen Ende 40 an denjenigen Punkt 42 am Objekt 6 gehalten, dessen Orientierung ermittelt werden soll, indem das spitze Ende 40 der Hilfsvorrichtung 39 gemäß einer gewollten Orientierung des Industrieroboters R2 orientiert wird. Die Position 42 kann unabhängig von der Orientierung oder gleichzeitig mit der Orientierung ermittelt werden.
Anschließend wird die Abstandsmesseinrichtung 8 bezüglich der Haltevorrichtung 8 derart ausgerichtet, dass ihr Laserstrahl 5 bei einem darauffolgenden manuellen Schwenken zwischen zwei Punkten die Platte 41 der Hilfsvorrichtung 39 entlang einer Linie 43 überstreicht. Während des Überstreichens der Platte 41 entlang der Linie 43 werden mehrere Abstände d mit den dazugehörigen Winkeln α, β der Abstandsmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 ermittelt, indem beispielsweise die Person die Taste 19 während des Überstreichens der Platte 41 betätigt lässt. Anschließend wird die Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 in eine weitere Stellung gebracht, so dass ihr Laserstrahl 5 bei einem darauffolgenden manuellen Schwenken zwischen zwei Punkten die Platte 41 der Hilfsvorrichtung 39 entlang einer von der Linie 43 verschiedenen Linie 44 überstreicht. Während des Überstreichens der Platte 41 entlang der Linie 44 werden mehrere Abstände d mit den dazugehörigen Winkeln α, β der Abstandsmesseinrichtung 10 relativ zur Haltevorrichtung 8 ermittelt, indem beispielsweise die Person die Taste 19 während des Überstreichens der Platte 41 betätigt lässt. Aus den gemessenen Punkten entlang der Linien 43, 44 berechnet danach ein auf dem Steuerrechner laufendes Rechnerprogramm z. B. mittels der "Best-Fit" Methode die Ori entierung des spitzen Endes 40 der Hilfsvorrichtung 39, deren Abmessungen und insbesondere deren Orientierung der Platte 41 bezüglich des spitzen Endes 40 bekannt sind.
Dies kann für mehrere Punkte wiederholt werden, wobei die 10 die Hilfsvorrichtung 39 für zwei verschiedene Orientierungen zeigt. Auch können für die einzelnen Punkte mehr als zwei Linien 43, 44 überstrichen werden.
Es ist aber auch möglich, zunächst die einzelnen Lagen der zu ermittelnden Punkte zu vermessen, d. h. deren Abstände d, indem z. B. die Kontur der Oberfläche des Objekts 6 vermessen wird. In einem weiteren Schritt wird dann nur noch die Orientierung an den relevanten Bahnkonturpunkten mittels der Hilfsvorrichtung 39 ermittelt. Hierfür ist z. B. ein Bezug zwischen dem TCP des Industrieroboters R2 und der insbesondere rechteckförmig ausgeführten Platte 41 bekannt. Durch das Vermessen der Platte 41 durch die Linien 43, 44, die insbesondere an zwei Ecken der rechteckförmigen Platte 41 verlaufen, kann die Orientierung der Hilfsvorrichtung 39 und somit die gewollte Orientierung des Industrieroboters R2 berechnet werden.
Die 11 zeigt eine weitere Hilfsvorrichtung 51, mittels derer die Orientierung des Industrieroboters R2 z. B. im Rahmen der Teach-In-Programmierung bestimmt werden kann. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist die Hilfsvorrichtung 51 an einer Haltevorrichtung mit einem magnetischen Fuß 46 befestigt, mittels dem die Haltevorrichtung auf der Oberfläche eines metallischen Objekts, z. B. dem Objekt 6, wenn dieses beispielsweise ein metallisches Objekt 6 ist, lösbar befestigt werden kann. Am Fuß 46 ist ein im Wesentliches starres, z. B. rohrförmiges Halteteil 45 der Haltervorrichtung befestigt, an dem wiederum ein flexibles, z. B. ebenfalls rohrförmig ausgebildetes Halteteil 47 mit einem seiner Enden angeordnet ist. Am anderen Ende des flexiblen Halteteils 47 ist die Hilfsvorrichtung 51 befestigt und kann mittels des flexiblen Halteteils 47 bezüglich der Haltevorrichtung unterschiedlich orientiert werden. Das flexible Halteteil 47 ist ferner derart ausgeführt, dass es im Wesentlichen in einer eingestellten Position verbleibt.
Die Hilfsvorrichtung 51 weist einen ersten Teil 49 auf, der im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels die Form eines Pyramidenstumpfes aufweist, an dem sich ein rohrförmiges zweites Teil anschließt, dessen dem ersten Teil 49 abgewandtes Ende 48 spitz zuläuft.
Die Hilfsvorrichtung 51 lässt sich demnach manuell derart ausrichten, dass ihr spitzes Ende 48 der Orientierung des Industrieroboters R2 entsprechen soll. Um die Orienteierung der Hilfsvorrichtung 51 zu ermitteln, wird die Abstandsmesseinrichtung 10 derart geschwenkt, dass der Lichtpunkt 7 des Laserstrahls 5 entlang einer Linie 50 verläuft, die auf der Oberfläche des pyramidenförmigen ersten Teils 49 der Hilfsvorrichtung 51 verläuft. Während des Schwenkens der Abstandsmesseinrichtung 10 werden wieder mehrere Abstände d und die dazugehörigen Winkel α, β im Steuerrechner 22 gespeichert. Überstreicht die Linie 50 wenigstens zwei Seitenflächen des pyramidenförmig ausgeführten ersten Teils 49 der Hilfsvorrichtung 51, dann kann ein auf dem Steuerrechner 22 laufendes Rechnerprogramm die Orientierung des spitzen Endes 48 der Hilfsvorrichtung 51 ermitteln. Diese Orientierung entspricht z. B. dann der Orientierung, die der TCP des Industrieroboters R2 für diesen Punkt während des Automatikbetriebs einnehmen soll.
Die 12 zeigt eine weitere Anwendung des Industrieroboters R2, an dem die Entfernungsmessvorrichtung 1 befestigt ist. Für diese Anwendung wird eine Verfahrrichtung des Werk zeugs 24 mittels der Entfernungsmessvorrichtung 1 vorgegeben.
Für diese Anwendung wird die Abstandsmesseinrichtung 10 derart manuell eingestellt, dass ihr Laserstrahl 5 bezüglich eines Pfeils 52 ausgerichtet ist. Die Richtung des Pfeils 52 soll einer Verfahrrichtung des Industrieroboters R2 im Automatikbetrieb entsprechen, so dass dieser im Automatikbetrieb z. B. das Werkzeug 24 in Richtung eines Pfeils 53, dessen Richtung der Richtung des Pfeils 52 entspricht, bewegt wird. Ist die gewünschte Richtung gefunden, was die Person aufgrund des sichtbaren Laserstrahls 5 relativ einfach beurteilen kann, dann betätigt sie die Taste 19, wodurch die aktuellen Winkel α, β der Abstandsmesseinrichtung 10 bezüglich der Haltevorrichtung 8 im Steuerrechner 22 gespeichert werden. Dieser kann dann aufgrund dieser Daten die gewünschte Bewegungsrichtung des Industrieroboters R2 im Automatikbetrieb errechnen. In einem weiteren Anwendungsfall kann im Teach-In-Betrieb die aktuelle Orientierung der Abstandsmesseinrichtung 10 zyklisch bestimmt werden und nach Betätigen einer Eingabetaste ein Handverfahrmodus aktiviert sein, bei dem der Industrieroboter R2 immer in die Richtung verfahren wird, die aufgrund des Richtungsvektors von der Abstandsmesseinrichtung 10 vorgegeben ist.
Die 13 und 14 zeigen einen weiteren Industrieroboter R3. Wenn folgend nicht anders beschrieben, dann sind Bestandteile des in den 13 und 14 gezeigten Industrieroboters R3, die mit Bestandteilen der in den 2 bis 5 gezeigten Industrierobotern R1, R2 weitgehend bau- und funktionsgleich sind, mit denselben Bezugszeichen versehen.
Der in den 13 und 14 gezeigt Industrieroboter R3 unterscheidet sich im Wesentlichen von dem in den 4 und 5 gezeigten Industrieroboter R2 dadurch, dass die Ent fernungsmessvorrichtung 1 nicht mittels eines Zwischenadapter 31 am Industrieroboter R2 befestigt ist, sondern an einem bewegten Strukturteil des Industrieroboters R3.
Die Entfernungsmessvorrichtung 1 ist mit dem Steuerrechner 22 verbunden. Die Position der Entfernungsmessvorrichtung 1 z. B. bezüglich des Roboterkoordinatensystems des Industrieroboters R3 kann entsprechend der Position der am Zwischenadapter 31 befestigten Entfernungsmessvorrichtung 1 des Industrieroboters R2 bestimmt werden, wie dies in der 14 veranschaulicht ist. Auch kann die Referenzplatte 26 verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2004/071717 A1 [0007]

Claims

Entfernungsmessvorrichtung, aufweisend – eine Lichtquelle (3) zum Erzeugen eines auf einem Objekt (6) fokussierbaren, sichtbaren Lichtstrahls (5), dessen Ausrichtung bezüglich wenigstens zweier Achsen (11, 12) einstellbar ist, – eine Abstandsmesseinrichtung (10), die den Abstand (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und einem aufgrund des Lichtstrahls (5) erzeugten Lichtpunkts (7) auf dem Objekt (6) ermittelt, und – eine Winkelmessvorrichtung (P), die eingerichtet ist, Winkel (α, β) des ausgerichteten Lichtstrahls (5) bezüglich der Achsen (11, 12) zu ermitteln.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1, deren Abstandsmesseinrichtung als eine optische Abstandsmesseinrichtung (10) insbesondere basierend auf einer Laufzeitmessung des Lichtstrahls (5) oder auf Laser-Triangulation unter Verwendung des Lichtstrahls (5), ausgebildet ist.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die beiden Achsen (11, 12) der Entfernungsmessvorrichtung (1) rechtwinklig zueinander ausgerichtet sind.
Entfernungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Entfernungsmessvorrichtung (1) eine manuelle Verstellvorrichtung (16–18) zum manuellen Verstellen der Ausrichtung des Lichtstrahls (5) bezüglich der beiden Achsen (11, 12) aufweist.
Entfernungsmessvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend Eingabemittel (19), bei deren Aktivierung die Entfernungsmessvorrichtung (1) den aktuellen Abstand (d) und die Winkelmessvorrichtung (W) die Winkel (α, β) ermittelt.
Entfernungsmessvorrichtung nach Anspruch 5, deren Abstandsmesseinrichtung (1) die aktuellen Abstände (d) und die Winkelmessvorrichtung (P) die aktuellen Winkel (α, β) zyklisch ermittelt, wenn die Eingabemittel (19) aktiviert sind.
Vorrichtung, aufweisend – eine Entfernungsmessvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und – einen bezüglich der Entfernungsmessvorrichtung (1) in einer bekannten Position angeordneten Industrieroboter (R1–R3) mit mehreren Roboterachsen (A).
Vorrichtung nach Anspruch 7, deren Entfernungsmessvorrichtung (1) ortsfest in der bekannten Position relativ zum Industrieroboter (R1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, deren Entfernungsvorrichtung (1) am Industrieroboter (R2, R3), insbesondere an einem seiner beweglichen Strukturteile, an einer seiner Roboterachsen (A) oder an einem Flansch (F) des Industrieroboters (R2, R3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, deren Industrieroboter (R1–R3) eine Steuervorrichtung (22) aufweist, mit der die Entfernungsmessvorrichtung (1) ver bunden ist und die eingerichtet ist, den Abstand (d) und die Winkel (α, β) auszuwerten.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Steuervorrichtung (22) eingerichtet ist, aufgrund mehrerer der Abstände (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und verschiedenen Punkten eines Objekts (6) und den dazugehörigen Winkeln (α, β) das Objekt (6) zumindest teilweise zu vermessen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Steuerrechner (22) eingerichtet ist, aufgrund der Winkel (α, β) und der dazugehörigen Abständen (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und den Punkten des Objekts (6) dessen Lage und/oder Orientierung bezüglich des Industrieroboters (R1–R3) zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Steuervorrichtung (22) eingerichtet ist, aufgrund der Winkel (α, β) und den dazugehörigen Abständen (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und den Punkten des Objekts (6) im Rahmen einer Programmierung einer Bahn des Industrieroboters (R2, R3) einzelne, im Rahmen der Programmierung des Industrieroboters (R2, R3) ermittelte Positionen und/oder Orientierungen des Industrieroboters (R2, R3) zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, aufweisend eine Hilfsvorrichtung (39, 51), wobei die Steuervorrichtung (22) eingerichtet ist, für eine Programmierung einer Bahn des Industrieroboters (R2, R3) aufgrund einer mittels der Entfernungsmessvorrichtung (1) ermittelten Orientierung der Hilfsvorrichtung (39, 51) eine entspre chende Orientierung des Industrieroboters (R2, R3) festzulegen.
Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 9 zum Vorgeben einer Bewegungsrichtung (53) des Industrieroboters (R2) oder eines am Flansch (F) des Industrieroboters (R2) befestigten Werkzeugs (24) durch Ausrichten (52) des Lichtstrahls (5) der Entfernungsmessvorrichtung (1) entsprechend der Bewegungsrichtung (53).
Verwendung einer Entfernungsmessvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Erzeugen eines Rechnermodels eines Objekts (6) aufgrund eingestellter Winkel (α, β) und dazugehöriger Abstände (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und Punkten des Objekts (6).
Verfahren zum Vermessen eines Objekts mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, aufweisend folgende Verfahrensschritte: a) manuelles Ausrichten des Lichtstrahls (5) der Entfernungsmessvorrichtung (1) derart, dass der Lichtstrahl (5) einen Lichtpunkt (7) auf einem Objekt (6) erzeugt, und b) Ermitteln des Abstands (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und dem Lichtpunkt (7) und Ermitteln der Winkel (α, β), die der Lichtstrahl (5) bezüglich der Achsen (11, 12) einnimmt.
Verfahren nach Anspruch 17, aufweisend mehrmaliges Wiederholen der Schritte a) und b) für verschiedene Abstände (d) zwischen der Entfernungsmessvorrichtung (1) und dem Lichtpunkt (7) sowie den dazugehörigen Winkeln (α, β)
Verfahren nach Anspruch 18, aufweisend Ermitteln einer Bahn, auf der sich der Industrieroboter (R2, R3) bewegen soll, aufgrund der ermittelten Abstände (d) und Winkel (α, β).
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die Entfernungsmessvorrichtung (1) am Industrieroboter (R2, R3) befestigt ist und vor dem manuellen Ausrichten des Lichtstrahls (5) der Industrieroboter (R2, R3) im Rahmen einer Programmierung einer Bahn für den Industrieroboter (R2, R3) in die Nähe eines zu ermittelnden Punktes der Bahn herangefahren wird und aufgrund des Abstands (d) und den Winkeln (α, β) die Position des zu ermittelnden Punktes ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, bei dem die Lichtquelle (3) derart geschwenkt wird, dass der Lichtpunkt (7) entlang einer Linie (35) verläuft, nachdem der Industrieroboter (R2, R3) im Rahmen seiner Programmierung in die Nähe eines zu ermittelnden Punktes der Bahn herangefahren wurde, und entlang der Linie (35) mehrere Abstände (d) und dazugehörige Winkel (α, β) ermittelt werden und aufgrund der Abstände (d) mit dazugehörigen Winkeln (α, β) die Position ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, aufweisend Verwenden einer Hilfsvorrichtung (39, 51), Ausrichten der Hilfsvorrichtung (39, 51) in eine gewünschte Orientierung, Ermitteln der Orientierung der Hilfsvorrichtung mittels der Entfernungsmessvorrichtung (1) und Verwenden der ermittelten Orientierung der Hilfsvorrichtung (39, 51) als eine Soll-Orientierung des Industrieroboters (R2, R3).