DE102008004037A1 - Collision protection system for measuring sensor installed on industrial robot, has rectangular protective housing surrounding sensors, where sensor rays pass between free spaces of cage elements that are upstream to sensors - Google Patents

Collision protection system for measuring sensor installed on industrial robot, has rectangular protective housing surrounding sensors, where sensor rays pass between free spaces of cage elements that are upstream to sensors Download PDF

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Abstract

The system has a rectangular protective housing (3), which is cage-likely formed and surrounds sensors (4-6). Cage elements (15-18) are arranged in a direction of a measuring object. The cage elements are upstream to the sensors, and sensor rays pass between free spaces of the cage elements. The protective housing serves as a support and a retainer for a sensor unit (7). The protective housing is made of a flexible, elastically, and/or plastic deformable material. The protective housing has a baseplate (8) connected with a hand axle (1) of a joint arm robot (2).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kollisionsschutz für einen optischen oder opto-elektronischen Sensor, insbesondere für einen auf einem Industrieroboter montierten Messsensor, wobei ein Schutzgehäuse den Sensor umgibt.The The invention relates to a collision protection for a optical or opto-electronic sensor, in particular for a mounted on an industrial robot measuring sensor, wherein a protective housing surrounds the sensor.

Das Messen von beispielsweise Karosserie-Blechteilen von Kraftfahrzeugen geschieht häufig in einer sogenannten Robotermesszelle, in der ein handelsüblicher Industrieroboter ein berührungslos arbeitendes optisches Messsystem um das Messobjekt herum bewegt. Von diesem werden aus verschiedenen Positionen digitale Aufnahmen gemacht, die z. B. anhand auf dem Messobjekt aufgebrachter Zielmarken zu einer einzigen Aufnahme zusammengesetzt werden. Das Ergebnis aller Aufnahmen ist eine sogenannte Punktwolke des Messobjektes.The Measuring, for example, body sheet metal parts of motor vehicles happens frequently in a so-called robot measuring cell, in a commercial industrial robot a non-contact working optical measuring system moves around the measuring object. Of this digital shots are taken from different positions the z. B. based on applied to the target targets a single shot. The result of all Shooting is a so-called point cloud of the measurement object.

Aus verschiedenen Gründen kann es nun zu Kollisionen des Roboters bzw. des Messsensors mit feststehenden Objekten innerhalb des in der Regel zugangsgesicherten Bereichs der Robotermesszelle kommen.Out For various reasons, it can now cause collisions of the robot or the measuring sensor with fixed objects within the in usually access secured area of the robot cell come.

Zum Schutz vor Kollision mit feststehenden Objekten könnte der Roboter mit einer Abschaltsicherung ausgestattet werden, die in einen Not-Aus-Kreis eingebunden wird. Das Signal zum Auslösen des Not-Aus kommt dann z. B. aus einem Kraft-Momenten-Sensor, der auf eine bestimmte, auf das am Roboterflansch montierte Werkzeug (oder Messgerät) einwirkende Kraft reagiert. Weiterhin denkbar wäre der Einsatz einer Überlastkupplung zwischen Roboterflansch und Messgerät, wobei bei Vollauslenkung der Kupplung das Not-Aus-Signal erzeugt wird. Eine weitere vorstellbare Lösung könnte die Befestigung des Messsensors über Schrauben mit Sollbruchstelle sein, so dass der Messsensor bei Kollision vom Roboterflansch getrennt wird.To the Protection against collision with fixed objects could the robot will be equipped with a shutdown protection, the is integrated into an emergency stop circuit. The signal to trigger the emergency stop comes then z. B. from a force-moment sensor, the to a specific tool mounted on the robot flange (or meter) acting force responds. Still conceivable would be the use of an overload clutch between Robot flange and measuring device, with full deflection the coupling the emergency stop signal is generated. Another imaginable Solution could be attaching the measuring sensor over Be screws with predetermined breaking point, so that the measuring sensor in collision is separated from the robot flange.

Die EP 0 763 710 B1 beschreibt einen Kollisionsschutz für den Messarm eines Koordinatenmessgerätes, wobei er ein nachgiebig gelagertes, den Messarm an der zu schützenden Stelle abdeckendes Teil umfasst, wobei das Teil mit mehreren elektrisch verschalteten, federnden Kontaktstiften zusammenwirkt, die in den Messarm eingesetzt sind.The EP 0 763 710 B1 describes a collision protection for the measuring arm of a coordinate measuring machine, wherein it comprises a resiliently mounted, the measuring arm at the point to be protected covering part, said part cooperating with a plurality of electrically interconnected, resilient contact pins which are inserted into the measuring arm.

Auch in der DE 35 26 633 A1 ist eine Schutzeinrichtung einer Zustelleinheit, beispielsweise einer Pinole einer Messmaschine, beschrieben, deren Mantel von einem federnden Schutzschild umgeben ist. Das Schutzschild ist mittels mehrerer Druckfedern am Mantel abgestützt und den Druckfedern sind darüber hinaus Schaltglieder bzw. Schaltfedern zugeordnet.Also in the DE 35 26 633 A1 is a protective device of a delivery unit, for example a quill of a measuring machine, described, the jacket is surrounded by a resilient shield. The shield is supported by means of several compression springs on the jacket and the compression springs are also assigned switching elements or switching springs.

Auch die DE 39 27 245 A1 beschreibt eine Schutzeinrichtung für eine Zustelleinheit einer Maschine, bestehend aus einem einstückigen Schutzschild, welches an vier Stabfedern nach allen Seiten elastisch aufgehängt ist.Also the DE 39 27 245 A1 describes a protective device for a delivery unit of a machine, consisting of a one-piece shield, which is suspended elastically on four rod springs on all sides.

In der FR 2555 734 A1 wird eine Schutzeinrichtung für eine Portal-Messeinheit beschrieben, wobei eine einen Sensor tragende Säule von einer Anzahl übereinander mit Abstand angeordneter Rahmenelementen umgeben ist.In the FR 2555 734 A1 A protective device for a gantry measuring unit is described, wherein a column carrying a sensor is surrounded by a number of superimposed frame elements.

Ein insoweit vergleichbarer Pinolenschutz für eine Koordinaten-Messmaschine ist in der DE 35 14 444 A1 beschrieben, wobei der dort gezeigte Schutzmantel elektronisch ausgebildet ist und aus Lichtstrahlen besteht.An extent comparable Quill protection for a coordinate measuring machine is in the DE 35 14 444 A1 described, wherein the protective sheath shown there is formed electronically and consists of light rays.

Allen vorbeschriebenen (Patentliteratur) Einrichtungen gemeinsam ist, dass im Kollisionsfalle die Zustelleinheit, der Messarm, die Pinole u. s. w. geschützt ist, nicht hingegen der eigentliche Sensor.all common to (patent literature) institutions, that in case of collision, the feed unit, the measuring arm, the quill u. s. w. protected, but not the actual Sensor.

Aus der DE 37 39 607 A1 geht allerdings eine Anordnung zum Schutz von optischen und opto-elektronischen Messköpfen, insbesondere für Koordinatenmessgeräte, hervor, wobei ein ein Objektiv in einem Abstand konzentrisch umschließender Rohrstutzen vorgesehen ist, an dessen dem Messobjekt zugewandten Ende eine in Richtung der Achse des Objektivs zwischen Endlagen bewegliche und in jeder dieser Endlagen rastbare Hülse vorgesehen ist. Damit in Wirkverbindung stehende Schaltanordnungen machen es möglich, dass im Kollisionsfalle Havariesignale erzeugt werden. Zwar ist die gezeigte Anordnung konstruktiv und schaltungstechnisch relativ komplex aufgebaut, wenigstens ist es damit aber möglich, zumindest in einer unteren Endlage der Hülse das Objektiv schützend zu umgeben.From the DE 37 39 607 A1 However, an arrangement for the protection of optical and opto-electronic measuring heads, in particular for coordinate measuring machines, it appears, wherein a lens at a distance concentrically enclosing pipe socket is provided, at its end facing the measurement object in the direction of the axis of the lens between end positions movable and Lockable sleeve is provided in each of these end positions. In operative connection with switching arrangements make it possible that accident signals are generated in the event of a collision. Although the arrangement shown constructively and circuitry relatively complex structure, at least it is so possible, at least in a lower end position of the sleeve to protectively surround the lens.

Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kollisionsschutz für einen optischen oder opto-elektronischen Sensor bereit zu stellen, der einfach aufgebaut und hochwirksam ist.From Therefore, the invention is based on the object, a collision protection ready for an optical or opto-electronic sensor to provide, which is simple and highly effective.

Die erfindungsgemäße Lösung ist in Patentanspruch 1 zu sehen. Demnach ist das Schutzgehäuse käfigartig ausgebildet und die dem Sensor in Richtung Messobjekt vorgelagerten Käfigelemente sind in der Weise angeordnet, dass Sensorstrahlen zwischen Freiräumen der Käfigelemente hindurchtreten können. Damit ist der Sensor praktisch vollständig von dem Schutzgehäuse umhüllt und somit zuverlässig gegen Kollision geschützt.The inventive solution is in claim 1 to see. Accordingly, the protective housing is cage-like trained and upstream of the sensor in the direction of the object to be measured Cage elements are arranged in such a way that sensor beams between Freiräumen the cage elements can pass. Thus, the sensor is almost completely from the protective housing wrapped and thus reliable against collision protected.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beansprucht.advantageous Embodiments and developments of the invention are claimed in the subclaims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt dabei inThe invention is described below with reference to Embodiments explained in more detail. The accompanying drawing shows in

1 ein an einen Industrieroboter zusammen mit einem Sensor angekoppeltes quaderförmiges Schutzgehäuse, 1 a parallelepiped protective housing coupled to an industrial robot together with a sensor,

2 eine Anordnung bzw. Zuordnung von Käfigelementen für einen ungehinderten Strahlendurchtritt und 2 an arrangement or assignment of cage elements for an unobstructed beam passage and

3 eine alternative Ausführungsform eines Schutzgehäuses mit im wesentlichen oval geformten Käfigelementen. 3 an alternative embodiment of a protective housing with substantially oval shaped cage elements.

Wie sich aus der Zusammenschau der 1 und 2 ergibt ist ein an einer Handachse 1 eines Gelenkarmroboters 2 angesetztes Schutzgehäuse 3 für eine aus drei einzelnen optischen oder optoelektronischen Sensoren, z. B. Kameras 4, 5, 6, bestehende Sensoreinheit 7 gleichzeitig als Träger für diese Sensoreinheit 7 ausgebildet. Hierzu weist das Schutzgehäuse 3 eine mit der Handachse 1 verbundene (z. B. verschraubte) Grundplatte 8 auf, an die, von zwei seitlichen angeschweißten Diagonalstreben 9, 10 gestützt, eine die Sensoreinheit 7 aufnehmende Halteplatte 11 angeschlossen ist.As can be seen from the synopsis of 1 and 2 results is one on a hand axis 1 an articulated arm robot 2 attached protective housing 3 for one of three individual optical or optoelectronic sensors, z. Eg cameras 4 . 5 . 6 , existing sensor unit 7 at the same time as a carrier for this sensor unit 7 educated. For this purpose, the protective housing 3 one with the hand axis 1 connected (eg bolted) base plate 8th on, on the diagonal braces welded from two sides 9 . 10 supported, one the sensor unit 7 receiving retaining plate 11 connected.

Die Sensoreinheit 7 bzw. die drei dort angeordneten Sensoren 4, 5, 6 ist nun allseitig von dem käfigartigen, quaderförmigen Schutzgehäuse 3 umgeben, wobei jeweils parallel bzw. rechtwinklig zueinander angeordnete und sich kreuzende Gitterstäbe entsprechende quadratische bzw. rechteckige Freiräume zwischen sich belassen. Im Austrittsbereich von Sensorstrahlen (Kamerablickfelder) 12, 13, 14 in Richtung Messobjekt sind die Gitterstäbe 15, 16, 17, 18 in der Weise angeordnet, dass die Sensorstrahlen 12, 13, 14 ungehindert durch die bestehenden Freiräume hindurchtreten können.The sensor unit 7 or the three sensors arranged there 4 . 5 . 6 is now on all sides of the cage-like, cuboid protective housing 3 surrounded, in each case parallel or arranged at right angles to each other and intersecting bars corresponding square or rectangular spaces left between them. In the exit area of sensor beams (camera field of view) 12 . 13 . 14 towards the target are the bars 15 . 16 . 17 . 18 arranged in the way that the sensor beams 12 . 13 . 14 can pass through the existing open spaces unhindered.

Eine alternative Ausführungsform eines Schutzgehäuses 19 ist in 3 gezeigt. Dabei ragen beidseitig der Halteplatte 11 im Bereich der Diagonalstreben 9, 10 von der Halteplatte 11 z. B. angeschweißte Stützarme 20, 21 ab, die beidseitig die Sensoreinheit 7 bzw. die Sensoren 4, 5, 6 umgreifen, wobei Endabschnitte 22, 23 der Stützarme 20, 21 abgewinkelt und aufeinander zu gerichtet sind.An alternative embodiment of a protective housing 19 is in 3 shown. In this case, the retaining plate protrude on both sides 11 in the area of diagonal struts 9 . 10 from the retaining plate 11 z. B. welded support arms 20 . 21 off, the sensor unit on both sides 7 or the sensors 4 . 5 . 6 embrace, with end sections 22 . 23 the support arms 20 . 21 angled and directed towards each other.

Die Stützarme 20, 21 dienen der Aufnahme und Halterung von sie durchdringenden und in gewissem Abstand zueinander angeordneten ovalen Ringstäben 24, 25, 26 unterschiedlichen Querschnitts, die, entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2, die Sensoreinheit 7 im Wesentlichen allseitig einhüllen. Die „Ringweite" des letzten, den Sensoren 4, 5, 6 vorgelagerten Ringstabes 25 ist so ausreichend dimensioniert, dass die Sensor strahlen 12, 13, 14 durch den gebildeten Freiraum ungehindert hindurchtreten können.The support arms 20 . 21 serve to receive and hold them penetrating and spaced apart oval ring rods 24 . 25 . 26 different cross-section, according to the embodiment of the 1 and 2 , the sensor unit 7 essentially enveloped on all sides. The "ring width" of the last, the sensors 4 . 5 . 6 upstream ring rod 25 is sufficiently dimensioned that the sensor radiate 12 . 13 . 14 can pass through the free space formed unhindered.

Die Schutzgehäuse 3, 19 der beiden gezeigten Ausführungsbeispiele dienen über die jeweilige Halteplatte 11 somit gleichzeitig als Träger der Sensoreinheit 7. Das jeweilige Schutzgehäuse 3, 19 bzw. die Gitterstäbe 15–18 und Ringstäbe 24–26 bestehen vorteilhafter Weise aus flexiblem Material und können ggf. selbst als „Sensor" für die Kollisionserkennung fungieren. Die Abmaße des Schutzgehäuses 3, 19 sind so zu wählen, dass unter Berücksichtigung einer maximal möglichen Bewegungsgeschwindigkeit der Roboter-Handachse 1 und der Zeitspanne bis zum möglichen völligen Stillstand des Gelenkarmroboters 2 durch Not-Aus keine Berührung der Sensoreinheit 7 bzw. der Sensoren 4, 5, 6 mit einem die Bewegungsbahn der Sensoreinheit 7 kreuzenden Objekt eintreten kann.The protective housing 3 . 19 The two embodiments shown serve over the respective holding plate 11 thus simultaneously as a carrier of the sensor unit 7 , The respective protective housing 3 . 19 or the bars 15 - 18 and ringsticks 24 - 26 are advantageously made of flexible material and may possibly even act as a "sensor" for the collision detection The dimensions of the protective housing 3 . 19 are to be chosen so that taking into account a maximum possible movement speed of the robot hand axis 1 and the time until the possible complete standstill of the articulated arm robot 2 Emergency stop does not touch the sensor unit 7 or the sensors 4 . 5 . 6 with a trajectory of the sensor unit 7 crossing object can occur.

Je nach Materialauswahl (z. B. Kunststoff oder gummiartiges Material) des Schutzgehäuses 3, 19 kann bei einer eventuellen Kollision eine elastische oder plastische Deformation des Schutzgehäuses 3, 19 hervorgerufen werden. Kann aufgrund dieser Deformation bereits ein elektrisches Signal erzeugt werden, so kann auf ein zusätzliches Einbringen von Kollisionssensoren im Bereich des Schutzgehäuses 3, 19 verzichtet werden. Dieses ist dann selbst der Kollisionssensor. Denkbar wäre natürlich auch, zusätzliche Kollisionssensoren in Gestalt von Dehnmessstreifen oder Piezosensoren im Bereich der Schutzgehäuse 3, 19 anzuordnen.Depending on the material selection (eg plastic or rubber-like material) of the protective housing 3 . 19 can in case of a collision elastic or plastic deformation of the protective housing 3 . 19 be caused. If an electrical signal can already be generated due to this deformation, then additional collision sensors can be introduced in the area of the protective housing 3 . 19 be waived. This is then itself the collision sensor. It would also be conceivable, of course, additional collision sensors in the form of strain gauges or piezoelectric sensors in the field of protective housing 3 . 19 to arrange.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (8)

Kollisionsschutz für einen optischen oder opto-elektronischen Sensor, insbesondere für einen auf einem Industrieroboter montierten Messsensor, wobei ein Schutzgehäuse den Sensor umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (3, 19) käfigartig ausgebildet ist, den Sensor (4, 5, 6) weitgehend allseitig umgibt und dass dem Sensor (4, 5, 6) in Richtung auf ein Messobjekt vorgelagerte Käfigelemente (15, 16, 17, 18, 25) in der Weise angeordnet sind, dass Sensorstrahlen (12, 13, 14) zwischen Freiräumen der Käfigelemente (15, 16, 17, 18, 25) ungehindert hindurchtreten können.Collision protection for an optical or opto-electronic sensor, in particular for a measuring sensor mounted on an industrial robot, wherein a protective housing surrounds the sensor, characterized in that the protective housing ( 3 . 19 ) is cage-like, the sensor ( 4 . 5 . 6 ) is largely surrounded on all sides and that the sensor ( 4 . 5 . 6 ) in the direction of a measuring object upstream cage elements ( 15 . 16 . 17 . 18 . 25 ) are arranged in such a way that sensor beams ( 12 . 13 . 14 ) between free spaces of the cage elements ( 15 . 16 . 17 . 18 . 25 ) can pass through unhindered. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (3, 19) der Aufnahme und Halterung für eine aus mindestens einem Sensor (4, 5, 6) bestehende Sensoreinheit (7) dient.Collision protection according to claim 1, characterized in that the protective housing ( 3 . 19 ) of the receptacle and holder for one of at least one sensor ( 4 . 5 . 6 ) existing sensor unit ( 7 ) serves. Kollisionsschutz nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (3, 19) eine mit einer Handachse (1) eines Gelenkarmroboters (2) verbundene Grundplatte (8) aufweist, an die, von zwei seitlich angeschweißten Diagonalstreben (9, 10) gestützt, eine die Sensoreinheit (7) aufnehmende Halteplatte (11) angeschlossen ist.Collision protection according to claim 2, characterized in that the protective housing ( 3 . 19 ) one with a hand axis ( 1 ) of an articulated arm robot ( 2 ) connected base plate ( 8th ), to which, from two laterally welded diagonal braces ( 9 . 10 ), the sensor unit ( 7 ) receiving retaining plate ( 11 ) connected. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (3) quaderförmig ausgebildet ist, wobei jeweils parallel und rechtwinklig zueinander angeordnete und sich kreuzende Gitterstäbe (15, 16, 17, 18) entsprechende quadratische bzw. rechteckige Freiräume zwischen sich belassen.Collision protection according to claim 1, characterized in that the protective housing ( 3 ) is parallelepiped-shaped, wherein in each case parallel and arranged at right angles to each other and intersecting bars ( 15 . 16 . 17 . 18 ) leave corresponding square or rectangular spaces between them. Kollisionsschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (19) von zwei diametral gegenüberliegend angeordneten Stützarmen (20, 21) gebildet wird, wobei Endabschnitte (22, 23) der Stützarme (20, 21) abgewinkelt und aufeinander zu gerichtet sind und wobei die Stützarme (20, 21) der Aufnahme und Halterung von sie durchdringenden und in gewissem Abstand zueinander angeordneten ovalen Ringstäben (24, 25, 26) unterschiedlichen Querschnitts dienen.Collision protection according to claim 1, characterized in that the protective housing ( 19 ) of two diametrically opposed support arms ( 20 . 21 ), wherein end sections ( 22 . 23 ) of the support arms ( 20 . 21 ) are angled and directed towards each other and wherein the support arms ( 20 . 21 ) receiving and holding it by penetrating and spaced apart oval ring rods ( 24 . 25 . 26 ) serve different cross-section. Kollisionsschutz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (3, 19) aus einem flexiblen, elastisch, und/oder plastisch deformierbaren Material bestehen.Collision protection according to one or more of claims 1-5, characterized in that the protective housing ( 3 . 19 ) consist of a flexible, elastic, and / or plastically deformable material. Kollisionsschutz nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische und/oder plastische Deformation des Schutzgehäuses (3, 19) als Kollisions-Sensorsignal dient.Collision protection according to claim 6, characterized in that the elastic and / or plastic deformation of the protective housing ( 3 . 19 ) serves as a collision sensor signal. Kollisionsschutz nach einem oder mehreren der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgehäuse (3, 19) mit Kollisionssensoren versehen ist.Collision protection according to one or more of claims 1-7, characterized in that the protective housing ( 3 . 19 ) is provided with collision sensors.
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