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Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Positionsbestimmung einer Kinematik, beispielsweise einer Mehrachskinematik wie einem Roboterarm. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung solche Verfahren und Vorrichtungen, bei welchen eine Einrichtung zur Interaktion mit einem Objekt, beispielsweise zum Vermessen des Objekts oder zum Bearbeiten des Objekts, an einer Kinematik angebracht ist und es notwendig ist, die Position dieser Einrichtung möglichst genau zu bestimmen.
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Kinematiken werden beispielsweise in Form von Mehrachskinematiken wie Robotern in der Messtechnik eingesetzt, um Objekte, beispielsweise Werkstücke, zu vermessen. Hierzu wird beispielsweise an einem Endabschnitt einer Mehrachskinematik eine entsprechende Messeinrichtung, beispielsweise eine optische oder taktile Messeinrichtung, angebracht. Die Mehrachskinematik kann die Messeinrichtung dann entlang der Oberfläche des Objekts bewegen, um dieses zu vermessen, beispielsweise Eigenschaften der Oberfläche des Objekts lokal zu bestimmen. Um die Messwerte dann den korrekten Punkten der Oberfläche zuordnen zu können oder eine Gestalt der Oberfläche genau zu bestimmen, ist es dabei notwendig, Position und gegebenenfalls auch Orientierung der Messeinrichtung genau zu kennen.
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Eine ähnliche Situation ergibt sich, wenn mittels einer an einer Mehrachskinematik angebrachten Bearbeitungseinrichtung ein Werkstück oder anderes Objekt bearbeitet werden soll. Auch hier kann es nötig oder hilfreich sein, die Position der Bearbeitungseinrichtung genau bestimmen zu können, beispielsweise um die Bearbeitungseinrichtung präzise positionieren zu können.
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Für eine derartige Positionsbestimmung existieren verschiedene Verfahren, welche optische Mittel zur Positionsbestimmung benutzen.
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Zur Durchführung einer derartigen Positionsbestimmung sind verschiedene optische Verfahren bekannt, beispielsweise Laser-Tracker wie in der
US 2012/0265479 beschrieben, fotogrammatische, d. h. auf Kameraaufnahmen basierende, Systeme oder auf Trilateration beruhende Systeme wie in der
DE 10 2010 039 948 A1 beschrieben. Bei diesen Systemen beobachtet allgemein ein stationäres externes Messsystem die Kinematik bzw. einen interessierenden Abschnitt hiervon wie einen eine Messeinrichtung beinhaltenden Abschnitt oder ein an der Kinematik angebrachtes Messsystem beobachtet stationäre Referenzpunkte, z. B. Reflektoren. Dann bestimmt das Messsystem in einem Referenzkoordinatensystem Position und/oder Orientierung der Kinematik bzw. des interessierenden Abschnitts.
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Bei derartigen Verfahren mit einem stationären externen Messsystem oder stationären Referenzpunkten muss immer eine Sichtlinie zwischen dem interessierenden Abschnitt der Kinematik und den jeweiligen stationären Elementen vorhanden sein, um die Positionsbestimmung zu ermöglichen. Dies kann bei manchen mittels der Kinematik zu vermessenden oder zu bearbeitenden Objekten, welche beispielsweise Höhlungen und dergleichen aufweisen, bisweilen schwierig sein. Teilweise wird dieses Problem abgemildert, indem das Messsystem mit einer Vielzahl von stationären Messstationen versehen ist, von welchen zu einem gegebenen Zeitpunkt nur manche „Sichtkontakt” zu dem interessierenden Abschnitt haben müssen. Ein Bereitstellen einer derartigen Vielzahl von Messstationen erhöht jedoch wiederum den apparativen Aufwand.
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Aus der
WO 2004/026672 A2 sind Vorrichtungen und Verfahren zur Montage einer Klappe an einem Bauteil, insbesondere einer Autotür an einem Auto, bekannt. Hierzu werden zwei Mehrachskinematiken eingesetzt, wobei eine erste Mehrachskinematik zum Halten der Türe und eine zweite Mehrachskinematik zum Montieren eines Scharniers dienen. Mittels Sensoren und einer Hilfsfläche an der ersten Mehrachskinematik kann bei Sichtkontakt eine relative Position der Mehrachskinematiken zueinander bestimmt werden.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit welchen eine Positionsbestimmung einer Kinematik, insbesondere eines interessierenden Abschnitts einer Kinematik, welcher eine Einrichtung zur Interaktion mit einem Objekt dient, auch bei unregelmäßig aufgebauten Objekten mit hoher Genauigkeit ermöglicht wird.
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Diesbezüglich wird ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung nach Anspruch 7 bereitgestellt. Die Unteransprüche definieren weitere Ausführungsbeispiele.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Positionsbestimmung bereitgestellt, umfassend:
Positionieren einer ersten Kinematik zur Interaktion mit einem Objekt,
Positionieren einer zweiten Kinematik in einer Sichtlinie zur ersten Kinematik,
Bestimmen einer relativen Position der ersten Kinematik zur zweiten Kinematik basierend auf Strahlung,
nach dem Positionieren der ersten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt und dem Positionieren der zweiten Kinematik in Sichtlinie zur ersten Kinematik,
Positionieren der zweiten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt,
Positionieren der ersten Kinematik in Sichtlinie zu der zweiten Kinematik, und
Bestimmen einer relativen Position der zweiten Kinematik zu der ersten Kinematik,
wobei das Positionieren der ersten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt ein Bewegen der ersten Kinematik entlang dem Objekt umfasst, wobei eine Position der zweiten Kinematik während des Bewegens der ersten Kinematik zumindest zeitweise stationär bleibt.
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Bei einem derartigen Verfahren kann die zweite Kinematik gleichsam als Messstation für die erste Kinematik verwendet werden und entsprechend positioniert werden, um eine Sichtlinie zur Bestimmung der relativen Position zu gewährleisten.
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Hierfür können insbesondere die erste Kinematik und die zweite Kinematik eine Anordnung zur strahlungsbasierten Bestimmung der relativen Position aufweisen, so dass das Bestimmen der relativen Position auf Basis von Strahlung, insbesondere optischer Strahlung, erfolgen kann.
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Bei der Interaktion mit dem Objekt kann sich die erste Kinematik insbesondere bewegen, um beispielsweise eine Oberfläche des Objekts zu vermessen oder zu bearbeiten. Die zweite Kinematik kann dabei stationär, z. B. an einer Referenzposition, bleiben oder nur von Zeit zu Zeit ihre Position wechseln. Da beispielsweise eine interne Positionsgenauigkeit einer Kinematik für eine stationäre Position üblicherweise genauer ist als eine sogenannte Bahngenauigkeit, d. h. eine Genauigkeit bei einer Bewegung, kann in diesem Fall durch erfindungsgemäße Verfahren die Position der zweiten Kinematik, insbesondere eines interessierenden Bereichs hiervon, genauer bestimmt werden, als wenn z. B. lediglich interne Positionsdaten der ersten Kinematik während der Bewegung herangezogen würden.
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Erfindungsgemäß wechselt die Rolle der ersten Kinematik und der zweiten Kinematik, d. h. es kann auch die zweite Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt positioniert werden und die erste Kinematik dann in Sichtlinie zur zweiten Kinematik positioniert werden. In diesem Fall kann dann die Position der zweiten Kinematik auf Basis der relativen Position und der Position der ersten Kinematik bestimmt werden.
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Es können auch mehr als zwei Kinematiken verwendet werden, wobei jeweils eine der Kinematiken in einer Sichtlinie zu einer anderen der Kinematiken positioniert werden kann, um eine entsprechende relative Position zu bestimmen.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, umfassend:
eine erste Kinematik mit einer Einrichtung zur Interaktion mit einem Objekt,
eine zweite Kinematik, wobei die zweite Kinematik eine weitere Einrichtung zur Interaktion mit dem Objekt umfasst,
wobei die erste Kinematik und die zweite Kinematik eine Messanordnung zur strahlungsbasierten Bestimmung einer relativen Position der ersten Kinematik zu der zweiten Kinematik umfassen, und
eine Steuerung, welche eingerichtet ist, die erste Kinematik zur Interaktion der Einrichtung mit dem Objekt zu positionieren und dabei die zweite Kinematik derart zu positionieren, dass eine Sichtlinie für die strahlungsbasierte Bestimmung der relativen Position durch die Messanordnung frei bleibt, und nach dem Positionieren der ersten Kinematik zur Interaktion der Einrichtung mit dem Objekt und dem Positionieren der zweiten Kinematik in Sichtlinie zur ersten Kinematik die zweite Kinematik zur Interaktion der weiteren Einrichtung mit dem Objekt zu positionieren,
und die erste Kinematik derart zu positionieren, dass eine Sichtlinie zu der ersten Kinematik zur strahlungsbasierten Bestimmung der relativen Position durch die Messanordnung frei bleibt, wobei das Positionieren der ersten Kinematik zur Interaktion mit dem Objekt ein Bewegen der ersten Kinematik entlang dem Objekt umfasst, wobei eine Position der zweiten Kinematik während des Bewegens der ersten Kinematik zumindest zeitweise stationär bleibt.
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Mit einer derartigen Vorrichtung können Vorteile entsprechend den oben beschriebenen Verfahren realisiert werden.
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Die Steuerung kann dabei zudem eingerichtet sein, die Position der ersten Kinematik basierend auf der von der Anordnung zur strahlungsbasierten Bestimmung der relativen Position bestimmten relativen Position und auf Basis einer Position der zweiten Kinematik, beispielsweise aus internen Steuerdaten der zweiten Mehrachskinematik, zu bestimmen.
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Die Anordnung zur strahlungsbasierten Bestimmung der relativen Position kann dabei insbesondere auf Basis von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise sichtbarem Licht oder Infrarotlicht, oder auch auf Basis von Ultraschall arbeiten.
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Die Einrichtung zur Interaktion mit einem Objekt kann beispielsweise eine Messeinrichtung wie eine optische Messeinrichtung oder auch eine Bearbeitungseinrichtung, beispielsweise ein Werkzeug, umfassen.
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Die Vorrichtung, insbesondere die Steuerung, kann zur Durchführung eines oder mehrerer der oben erläuterten Verfahren ausgestaltet sein.
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Detailliertere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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3 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel,
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4 eine weitere Ansicht der Vorrichtung der 3 mit anderen Positionen von Roboterarmen,
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5 eine schematische Ansicht eines Abschnitts einer Kinematik gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
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6 eine Ansicht einer Vorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert erläutert. Es ist zu bemerken, dass diese Ausführungsbeispiele lediglich der Veranschaulichung dienen sollen und nicht als einschränkend auszulegen sind.
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Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist. Auf der anderen Seite ist eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit einer Vielzahl von Merkmalen nicht dahingehend auszulegen, dass alle diese Merkmale zur Ausführung der Erfindung notwendig sind, da andere Ausführungsbeispiele weniger Merkmale und/oder alternative Merkmale aufweisen können.
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In 1 ist ein Blockdiagramm einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Vorrichtung der 1 umfasst eine erste Kinematik 10, eine zweite Kinematik 11 sowie eine Steuerung 12. Unter einer Kinematik ist dabei allgemein eine Einrichtung zu verstehen, bei welcher ein Abschnitt der Mehrachskinematik, beispielsweise ein Endabschnitt, in einem gewissen Raumbereich, z. B. durch Rotations- und/oder Translationsbewegungen bewegbar ist. Ein Beispiel für eine Kinematik stellt eine Mehrachskinematik wie beispielsweise ein Roboterarm oder eine auf Schienen geführte Einrichtung dar.
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Die erste Kinematik 10 umfasst bei dem Ausführungsbeispiel der 1 eine Einrichtung 13 zur Interaktion mit einem Objekt, beispielsweise einem Werkstück. Die Einrichtung 13 kann dabei beispielsweise eine Messeinrichtung wie eine optische oder taktile Messeinrichtung oder ein Werkzeug zum Bearbeiten des Objekts umfassen. Des Weiteren umfassen die erste Kinematik 10 und die zweite Kinematik 11 eine Anordnung 14 zur Bestimmung einer Position der ersten Kinematik 10 relativ zu einer Position der zweiten Kinematik 11, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein Teil 14A der Anordnung 14 an der ersten Kinematik 10 und ein anderer Teil 14B der Anordnung 14 an der zweiten Kinematik 11 angebracht ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist dabei der Teil 14A benachbart oder nahe bei der Einrichtung 13, insbesondere auf einem gleichen Abschnitt der Kinematik 10 wie die Einrichtung 13, angeordnet, so dass durch die Positionsbestimmung eine Position und bei manchen Ausführungsbeispielen auch eine Orientierung der Einrichtung 13 bestimmbar ist. Die Positionsbestimmung erfolgt dabei mittels Strahlung 15, beispielsweise mittels elektromagnetischer Strahlung wie sichtbarem Licht oder Infrarotlicht oder mittels Schall wie beispielsweise Ultraschall. Die Anordnung 14 zur Positionsbestimmung kann dabei eine auf herkömmlichen Prinzipien und Vorgehensweisen basierende Anordnung sein, beispielsweise eine Laser-Tracker-Anordnung oder eine Anordnung zur Trilateration oder Triangulation. Beispielsweise kann der Teil 14A eine oder mehrere Markierungen oder Reflektoren aufweisen, und der Teil 14B kann eine Strahlungsquelle und einen Detektor aufweisen, um Strahlung zu emittieren und von den Markierungen oder Reflektoren zurückgeworfenes Licht zu detektieren und/oder umgekehrt. Ein Beispiel für eine derartige Anordnung 14 wird später unter Bezugnahme auf die 3–6, insbesondere die 5, näher erläutert, es kann jedoch grundsätzlich jegliche Art herkömmlicher Anordnung zur Positionsbestimmung verwendet werden.
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Die Steuerung 12 steuert die Position der ersten Kinematik 10 und der zweiten Kinematik 11. Dabei kann insbesondere die erste Kinematik 10 so positioniert und bewegt werden, dass mit der Einrichtung 13 eine gewünschte Interaktion mit dem Objekt möglich ist. Dabei wird die zweite Kinematik 11 derart positioniert, dass eine Sichtlinie für den Strahl 15 nicht gestört ist und somit eine Bestimmung der relativen Position der ersten Kinematik 10 zu der zweiten Kinematik 11 möglich ist. Dabei ist bei Ausführungsbeispielen ein Positionswechsel der zweiten Kinematik nur selten nötig, so dass die zweite Kinematik 11 zumindest für jeweils eine gewisse Zeitdauer, während der sich die erste Kinematik 10 bewegt, stationär bleibt. Die Position der ersten Kinematik 10 kann dann auf Basis der (stationären) Position der zweiten Kinematik 11 und der durch die Anordnung 14 bestimmten relativen Position bestimmt werden. Auf gleiche Weise kann die Orientierung der ersten Kinematik bestimmt werden, wenn diese benötigt wird. Die Position der zweiten Kinematik kann dabei z. B. aus Steuerdaten der Ansteuerung selbst bestimmt werden, da eine Positioniergenauigkeit bei einer stationären Positionierung der zweiten Kinematik 11 in vielen Fällen ausreichend ist, bei einer Bewegung wie einer Bewegung der ersten Kinematik 10 (Bahngenauigkeit) jedoch unzureichend sein kann. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann auch die zweite Kinematik 11 konstruktionsbedingt eine höhere Positionsgenauigkeit aufweisen als die erste Kinematik 10. Im Gegenzug kann bei derartigen Ausführungsbeispielen eine Beweglichkeit der ersten Kinematik 10 höher sein, um mit dem Objekt interagieren zu können, während eine Beweglichkeit der zweiten Kinematik 11 nur ausreichend sein muss, um eine Sichtlinie für die Positionsbestimmung zu gewährleisten. Die Position der zweiten Kinematik 11 kann jedoch ebenso durch eine stationäre Messeinrichtung wie in der Beschreibungseinleitung erläutert bestimmt werden.
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In 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines entsprechenden Verfahrens dargestellt, wobei das Verfahren der 2 beispielsweise in der Vorrichtung der 1 oder den weiter unten beschriebenen Vorrichtungen der 3–6 implementiert sein kann, jedoch auch unabhängig hiervon verwendbar ist.
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In Schritt 20 wird eine erste Kinematik derart positioniert, dass eine entsprechende Einrichtung der ersten Kinematik wie die Einrichtung 13 der 1 mit einem Objekt interagieren kann. Bei 21 wird eine zweite Kinematik derart in einer Sichtlinie zur ersten Kinematik positioniert, dass eine Positionsbestimmung mit einer Anordnung der ersten Kinematik und der zweiten Kinematik wie der Anordnung 14 der 1 ermöglicht wird. Dabei kann bei 21 die zweite Kinematik insbesondere an einer definierten, bekannten Stelle positioniert werden, d. h. in einem derartigen Fall steht die Position der zweiten Kinematik mit hoher Genauigkeit fest.
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Bei 22 wird dann die relative Position und gegebenenfalls Orientierung der ersten Kinematik zu der zweiten Kinematik bestimmt, und bei 23 wird die Position der ersten Kinematik auf Basis der relativen Position aus Schritt 22 und der Position der zweiten Kinematik bestimmt und optional die Orientierung der ersten Kinematik auf Basis der relativen Orientierung und der Orientierung der zweiten Kinematik bestimmt.
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Die Position der ersten Kinematik kann dabei insbesondere eine Position (und gegebenenfalls Orientierung) eines Abschnitts der ersten Kinematik, beispielsweise eines Endabschnitts, umfassen, wobei dieser Abschnitt dann bevorzugt die entsprechende Einrichtung zur Interaktion mit dem Objekt umfasst.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen kann dann bei 24 eine „Übergabe” stattfinden, d. h. die Rolle der ersten Kinematik und der zweiten Kinematik kann wechseln, und das Verfahren kann erneut mit wechselnden Rollen durchgeführt werden. Eine derartige Übergabe kann auch mehrmals geschehen.
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Durch eine oder mehrere derartige Übergaben kann sich das Messsystem gleichsam ausgehend von einem ersten bekannten Fixpunkt fortbewegen, um so kontinuierlich mit relativ hoher Genauigkeit Positionsbestimmungen vornehmen zu können.
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Als nächstes werden detailliertere Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf 3–6 näher erläutert.
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In 3 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt, welche einen ersten Roboterarm 2.1 und einen zweiten Roboterarm 2.2, welche auf einer gemeinsamen Basis 1 angebracht zeigt. 4 zeigt die Vorrichtung der 3 mit einer anderen Position der Roboterarme 2.1, 2.2. Die Roboterarme 2.1, 2.2 stellen ein Beispiel für Mehrachskinematiken dar und dienen in dem dargestellten Beispiel zur Vermessung eines Werkstücks 4. In 5 ist ein Beispiel für einen letzten Abschnitt 3.x (x = 1 oder 2 im Fall der 3 und 4), in diesem Fall einen Endabschnitt, schematisch dargestellt.
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Die Roboterarme 2.1, 2.2 verfügen jeweils über mehrere Achsen, um Endabschnitte 3.1 bzw. 3.2 im Raum zu positionieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Endabschnitte 3.1, 3.2 wie insbesondere in 5 dargestellt jeweils eine optische Messeinrichtung 6.x umfassend eine Beleuchtung 11.x (beispielsweise eine Lampe, eine Streifenmusterbeleuchtung, eine laserbasierte Beleuchtung oder dergleichen) und eine Datenaufnahmeeinheit 10.x, beispielsweise eine Kamera oder einen anderen Sensor, auf. Wie bereits oben erwähnt, kann x für das Ausführungsbeispiel der 3 und 4 1 oder 2 sein, wobei x = 1 auf das jeweilige Element des ersten Roboterarms 2.1 und x = 2 auf das jeweilige Element des zweiten Roboterarms 2.2 hinweist.
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Statt der dargestellten optischen Messeinrichtung können auch andere Einrichtungen zur Interaktion mit einem Objekt wie dem Werkstück 5 an einem Abschnitt der jeweiligen Mehrachskinematik, beispielsweise an dem Endabschnitt 3.x, bereitgestellt sein, beispielsweise andere Messeinrichtungen wie beispielsweise taktile Messeinrichtungen oder Einrichtungen zur Behandlung eines Werkstücks oder anderen Objekts, beispielsweise zur Behandlung mittels Laserstrahlung oder mittels mechanischen Werkzeugen wie einen Fräser, Bohrer oder Schweißer.
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Bei der Positionierung der 3 ist der Endabschnitt 3.2 des Roboterarms 2.2 positioniert und wird bewegt, um das Objekt 4 mit der Messeinrichtung 6.2 zu vermessen. Während dieser Bewegung des Roboterarms 2.2 wird der Roboterarm 2.1, insbesondere dessen Endabschnitt 3.1, in eine Position gebracht, dass eine Positionsmessanordnung umfassend Positionsmesseinrichtungen 5.1, 5.2 eine relative Position und bevorzugt auch eine relative Orientierung des Abschnitts 3.2 zu dem Abschnitt 3.1 bestimmen kann, was erfordert, dass eine Sichtlinie für Strahlen 7, welche zu dieser Bestimmung der relativen Position verwendet wird, frei ist. Diese Position des Endabschnitts 3.1 muss dabei erst dann geändert werden, wenn sich der zweite Roboterarm 2.2 so weit bewegt hat, dass die Sichtlinie beispielsweise durch das Werkstück 4 unterbrochen wird.
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Die Positionsmesseinrichtungen 5.x sind in 5 detaillierter dargestellt.
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Bei der schematischen Darstellung der 5 umfasst die Positionsmesseinrichtung 5.x zur Positionsbestimmung Zielmarken 8.x, im Falle der 5 drei Zielmarken 8.x, welche in Form eines Dreiecks angeordnet sind. Zudem umfasst die Positionsmesseinrichtung 5.x ein Detektionssystem 9.x zum Erfassen der Zielmarken an dem jeweiligen anderen Roboterarm. Beispielsweise erfasst in 3 das Detektionssystem 9.1 des Roboterarms 2.1 die Zielmarken 8.2 der Messeinrichtung 5.2 des Roboterarms 2.2.
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Derartige Zielmarken beispielsweise in Form von Reflektoren werden beispielsweise bei Positionsbestimmungen auf Basis von Kurzpulsmessungen wie beispielsweise aus der
DE 10 2010 039 948 A1 bekannt verwendet, wobei in dem vorliegenden Fall nicht wie in dieser Anmeldung beschrieben Reflektor oder Sensor stationär sind, sondern an den Roboterarmen
2.1 und
2.2 angebracht sind, und wobei im vorliegenden Fall die Zielmarken
8.x beispielsweise die Reflektoren und das Detektionssystem
9.x die Lichtemitter und Detektoren einer derartigen Anordnung umfassen würden. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Detektionssystem
9.x eine Kamera umfassen, welche ein Bild der Zielmarken
8.x erfasst und durch Auswertung des Bildes die relative Position und/oder Orientierung des Abschnitts
3.2 zu dem Abschnitt
3.1 bestimmt. Bei wiederum anderen Ausführungsbeispielen kann die Anordnung
5.x zur Positionsbestimmung auf Basis eines Laser-Trackers arbeiten.
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Die Position, in welche der Roboterarm 2.1 der 3 gebracht wird, ist bei einem Ausführungsbeispiel eine Referenzposition, welche mit hoher Genauigkeit angefahren werden kann. Bei anderen Ausführungsbeispielen können zusätzliche stationäre Messeinrichtungen bereitgestellt sein, um die Position des Roboterarms 2.1, insbesondere des Endabschnitts 3.1, genau zu bestimmen. Zusammen mit der relativen Positionsbestimmung durch die Positionsmessanordnung kann dann auch Position und/oder Orientierung des Endabschnitts 3.2 mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
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Wenn dann beispielsweise Abschnitte des Objekts 4 der 3 vermessen werden sollen, welche für den Roboterarm 2.2 schwer zugänglich sind, kann bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel, bei welchem die Endabschnitte 3.1, 3.2 beide mit einem Messsystem 6.x ausgestattet sind, ein Rollentausch, d. h. Wechsel der Funktion stattfinden, wie dies in 4 dargestellt ist. Hierzu bleibt beispielsweise der Roboterarm 2.2 in einer zuletzt durch den Roboterarm 2.1 bestimmten Position stehen, und der Roboterarm 2.1 beginnt, sich zur Vermessung des Objekts 4 zu bewegen. Wie in 4 dargestellt dient dann gleichsam die Messeinrichtung 5.2 als „stationäres” Messsystem zur Bestimmung der Position des Endabschnitts 3.1, wobei diese Positionsbestimmungen wie oben unter Bezugnahme auf 3 erläutert, lediglich mit vertauschten Rollen, stattfinden kann. Ein derartiger Rollentausch kann mehrmals stattfinden, solange ein sich akkumulierender Fehler durch den Rollentausch nicht größer wird als ein maximaler für die jeweilige Anwendung tolerierbarer Fehler. Steht zusätzlich ein externes stationäres Messsystem oder eine andere Kalibriermöglichkeit bereit, kann auch die Position des jeweils stationär bleibenden Roboterarms während des Verfahrens neu kalibriert werden.
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Ein derartiger Rollentausch kann es beispielsweise ermöglichen, schrittweise in tiefere Hohlräume eines Objekts einzudringen oder wie in den 3 und 4 dargestellt ein Objekt von mehreren Seiten zu erfassen.
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Zu bemerken ist, dass der Einsatz der Erfindung nicht auf zwei Kinematiken, beispielsweise zwei Roboterarme wie in 3 und 4 gezeigt, beschränkt ist. Als Beispiel zeigt 6 eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel mit vier Roboterarmen 2.1–2.4. Die Bezugszeichen in 6 entsprechend denen der 3–5, wobei nun x = 1, 2, 3 oder 4 gilt. In der in 6 dargestellten Situation vermessen die Roboterarme 2.1 und 2.3 das Objekt 4, während der Roboterarm 2.2 als „stationäre” Messstation für den Roboterarm 2.1 und der Roboterarm 3.4 als „stationäre” Messstation für den Roboterarm 2.3 dient. Auch hier ist wie bereits unter Bezugnahme auf 3 und 4 diskutiert ein Rollentausch möglich, wobei dieser Rollentausch, d. h. eine Übergabe der jeweiligen Aufgabe (Vermessen des Werkstücks oder „stationäre” Messstation) von einem Roboterarm auf einen anderen, wobei bei dem Beispiel der 6 die Zuteilung der Funktion dabei im Wesentlichen frei erfolgen kann.
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Zu bemerken ist, dass die dargestellten und diskutierten Ausführungsbeispiele lediglich als beispielhaft und nicht als den Bereich der Erfindung einschränkend zu verstehen sind, da eine Vielzahl verschiedener Variationen möglich ist. Beispielsweise können auch andere Kinematiken als die dargestellten Roboterarme verwendet werden, beispielsweise auch in weniger als drei Dimensionen bewegliche Kinematiken. Beispielsweise kann eine Messeinrichtung zur Positionsbestimmung nur entlang einer Raumrichtung bewegbar sein, um eine Sichtlinie für eine strahlungsbasierte Positionsbestimmung zu einer zweiten Kinematik, über welche mit einem Objekt interagiert wird, zu gewährleisten. Auch weisen wie auch in 1 dargestellt nicht notwendigerweise alle verwendeten Kinematiken eine Einrichtung zur Interaktion mit einem Objekt auf, obwohl dies bei den Ausführungsbeispielen der 3–6 der Fall ist. Die verwendeten Kinematiken müssen nicht gleich aufgebaut sein wie bei den Ausführungsbeispielen der 3–6, sondern können auch unterschiedlichen Aufbau aufweisen. Beispielsweise kann wie oben erwähnt eine Kinematik nur in einer Raumrichtung oder in zwei Raumrichtungen beweglich sein, während eine andere Kinematik in drei Raumrichtungen bewegbar sein kann.
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In einem derartigen Fall können die als Messeinrichtungen zur Positionsbestimmung dienenden Kinematiken beispielsweise nur jeweils ein Detektionssystem 9.x aufweisen, während die zur Interaktion mit dem Objekt dienenden Kinematiken nur Referenzmarken 8.x aufweisen. Bei anderen Arten von Positionsbestimmungssystemen kann eine entsprechende Aufteilung vorgenommen werden. Die Kinematiken, welche nur der Positionsbestimmung dienen, können dann insbesondere Kinematiken sein, welche eine hohe Positionierungsgenauigkeit aufweisen. Beispielsweise können sie mit hochpräzisen Schrittmotoren oder anderen Elementen entlang Schienen bewegt werden, während diejenigen Kinematiken, welche die Einrichtung zur Interaktion mit dem Objekt aufweisen, sich mit geringerer Positioniergenauigkeit dreidimensional im Raum bewegen können.
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Wie ersichtlich sind eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
