DE102013103137B4

DE102013103137B4 - Normierung der Ausrichtung einer Roboter-Schweißzange

Info

Publication number: DE102013103137B4
Application number: DE102013103137.4A
Authority: DE
Inventors: Frank Garza; Brad Niederquell
Original assignee: Fanuc Robotics America Corp
Current assignee: Fanuc America Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2033-03-28
Also published as: CN103358308B; JP7174683B2; JP2013202692A; JP2020073283A; CN103358308A; US9144860B2; US20130256278A1; DE102013103137A1

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Schweißroboters (102), der eine Servoschweißzange (104) mit einer bewegbaren Spitze (106) und einer feststehenden Spitze (108) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:Berühren einer Oberfläche (112) eines Einzelteils (110) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen eines Basisprüfpunktes (114);Berühren der Oberfläche (112) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen von mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122), die von dem Basisprüfpunkt (114) verschoben sind;Berechnen von zwei nicht-kollinearen Vektoren aus den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122);Berechnen eines Normalenvektors aus den zwei nicht-kollinearen Vektoren; undVergleichen eines Winkels zwischen einer ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange (104) und dem Normalenvektor.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Schweißrobotersystem und - verfahren und spezieller ein Verfahren zum Korrigieren der Ausrichtung einer Servo-Punkteschweißzange des Schweißrobotersystems.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schweißrobotersysteme mit Punkteschweißzangen sind zum Beispiel in der US-Patentanmeldung US 2011/0 089 146 A1 und US 5 898 285 A beschrieben. Eine typische Servo-Punkteschweißzange umfasst einen Hauptkörper mit einer feststehenden Elektrodenspitze und einer bewegbaren Elektrodenspitze. Die feststehende Elektrodenspitze ist gegenüber der bewegbaren Elektrodenspitze angeordnet. Normalerweise ist die feststehende Elektrodenspitze im Verhältnis zum Hauptkörper der Punkteschweißzange unbeweglich, und die bewegbare Elektrodenspitze ist auf dem Hauptkörper befestigt und wird während eines Schweißvorgangs geöffnet und geschlossen.
Die JP 2002-239957 A beschreibt einen off-line Lernprozess eines Schweißrobotersystems bei welchem die Positionierung eines mehrachsigen Roboters derart berechnet wird, dass ein Schweißreferenzvektor senkrecht zu einer Referenzfläche bestimmt wird. Anschließend wird eine Schweißzange um den Schweißreferenzvektor rotiert um sicherzustellen, dass die Schweißzange nicht mit umliegenden Strukturen kollidieren kann.
JP 2000-94370 A stellt einen Ansatz vor, um die relative Neigung einer Werkbankoberfläche zu einem Robotersystem zu berechnen, indem die äußeren Produkte von Vektoren verwendet werden.
DE 69331787 T2 beschreibt ein System für die robotergesteuerte Kontrolle eines Objekts mit translatorischer und rotatorischer Bewegung, das eine automatische Verfolgung und Orientierung über die Werkstückoberfläche ermöglicht. Für eine gute Schweißqualität müssen beide Elektrodenspitzen ein Einzelteil mit gleichmäßiger Kraft zusammendrücken. Wenn die Spitzen das Einzelteil nicht berühren, ist das erneute Programmieren oder eine Programmierkorrektur erforderlich. Jedoch ist die Programmierkorrektur des Schweißroboters zeitaufwändig.
Die bekannten Verfahren einer automatischen Programmierkorrektur stellen nicht fest, ob sich die Schweißzangenelektroden senkrecht zur Oberfläche des zu schweißenden Einzelteils befinden, daher wird eine Ausrichtung der Punkteschweißzange nicht korrigiert. Ausrichtungsfehler, bei dem sich die Servo-Punkteschweißzange nicht senkrecht zu einem zu schweißenden Einzelteil befindet, kann unerwünscht zu einer ungleichmäßigen Kraftverteilung, ungleichmäßigen Stromdichte über den Schweißpunkt und letzten Endes zu einer schlechten Schweißqualität führen. Ein Ausrichtungsfehler kann schwierig und zeitaufwändig zu korrigieren sein, speziell wenn eine der Schweißzangenelektroden nicht vollständig sichtbar ist.
Es gibt anhaltenden Bedarf an einem Verfahren zum Korrigieren der Ausrichtung einer Punkteschweißzange einschließlich der Bestimmung eines Normalenvektors relativ zu einer Oberfläche eines zu schweißenden Einzelteils. Es ist wünschenswert, dass diese Informationen zum Korrigieren der Ausrichtung der Punkteschweißzange vor einem Schweißvorgang genutzt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit der gegenwärtigen Offenlegung wurde überraschend ein Verfahren zum Korrigieren der Ausrichtung einer Punkteschweißzange einschließlich des Bestimmens eines Normalenvektors relativ zu einer Oberfläche des zu schweißenden Einzelteils und zum Steuern der Ausrichtung der Punkteschweißzange vor einem Schweißvorgang entdeckt.
In einer erläuternden Ausführungsform bewirkt das Verfahren der vorliegenden Offenlegung die Fähigkeit, automatisch eine korrekte Ausrichtung für eine Servoschweißzange, zum Beispiel eine normierte Ausrichtung, ohne äußere Sensoren zu bestimmen. Das Verfahren der Ausrichtungskorrektur kann über einen Programmeditor zum Korrigieren eines einzelnen Punktes oder über eine digitale Eingabe zum Korrigieren eines vollständigen Programms in Gang gesetzt werden. Im Programmkorrekturmodus bewegt sich ein Roboter sequenziell durch das Schweißprogramm, um die genaue Ausrichtung zu bestimmen, und korrigiert die Ausrichtung einer Servoschweißzange. Während des Korrekturprozesses kann eine Schweißfolge durchgeführt werden, um die Flexibilität dieser Funktion zu erhöhen. Zum Beispiel kann der Programmkorrekturmodus je nach Bedarf während einer Produktion oder rechnerunabhängig arbeitend verwendet werden. Das Verfahren kann außerdem eine Datei generieren, welche die Punkte oder Positionen, die korrigiert wurden, den Korrekturumfang und andere Daten aufzeichnet. Je nach Bedarf kann eine Positionskorrektur auf eine spezifische Toleranz begrenzt werden.
Das Verfahren kann ferner die Rückmeldung eines Störmoments von zumindest einem die bewegbare Elektrode der Servo-Punkteschweißzange steuernden Motor nutzen, um Lagen des Einzelteils an mehreren Punkten im dreidimensionalen Raum zu detektieren. Wenn ein Normalenvektor gefunden wird, der auf den Stellen der mehreren Punkte basiert, kann folglich die Ausrichtung des Roboters geändert werden. Die Position und/oder die Ausrichtung des Roboters im Schweißprogramm können aktualisiert oder aufgezeichnet werden.
Es soll deutlich werden, dass die Plattenfläche um einen Schweißpunkt herum sich ändern oder nicht vorhanden sein kann. Außerdem kann ein Roboterarm mit dem Einzelteil oder einem anderen Gegenstand in der Bearbeitungsstation zusammenstoßen, wenn er sich zu den Prüfpunkten um den Schweißpunkt herum bewegt. Kurz, die zur Erfassung an jedem Schweißpunkt verfügbare tatsächliche Fläche ist begrenzt, d. h. ist vom Punkt abhängig. Im Grunde genommen können Suchmuster auf der Basis einer vorhandenen Oberfläche ausgewählt werden. Diese Muster können mit der Schweißpunktanweisung (zum Beispiel bei Laufzeit, innerhalb des Programms), oder durch die Auswahl einer Suchkonfiguration (zum Beispiel durch Bedienungsperson über einen Programmeditor rechnerunabhängig arbeitend) spezifiziert werden.
Es können mehrere Formen von Suchmustern verwendet werden. Suchmusterformen umfassen einen Prüfpunkt in der Mitte, um die folgenden Vorteile zu erreichen:

- reduzierter offener Abstand der Servoschweißzange für Suche;
- Verwendung eines gleichen Erfassungsschwellenwerts an allen Prüfpunkten;
- ein Referenzwert zur Gegenprobe/ Bestätigung; und
- Verwendung von gleicher Versetzung und offenem Abstand der Schweißzange an allen Prüfpunkten.

In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Steuerung eines Schweißroboters, der eine Servoschweißzange mit einer bewegbaren Spitze und einer feststehenden Spitze aufweist, die Schritte Berühren einer Oberfläche eines Einzelteils mit der bewegbaren Spitze zum Messen eines Basisprüfpunktes und zumindest zweier zusätzlicher Prüfpunkte, die von dem Basisprüfpunkt verschoben sind. Aus den Messungen zusätzlicher Prüfpunkte werden zwei nicht-kollineare Vektoren erzeugt und aus diesen Vektoren ein Normalenvektor berechnet. Die Ausrichtung der Servoschweißzange wird auf diesen Normalenvektor modifiziert.
In einer weiteren Ausführungsform stellen die zusätzlichen Prüfpunkte die vorbestimmte Form eines Suchmusters bereit. Wiederum wird die Ausrichtung der Servoschweißzange auf diesen Normalenvektor modifiziert.
In einer weiteren Ausführungsform kann eine Position der Servo-schweißzange in einem Roboterschweißprogramm auf der Basis des Vergleichs der Ausrichtung der Servoschweißzange zu dem Normalenvektor korrigiert werden.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Obenerwähnte sowie andere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform bei Betrachtung angesichts der begleitenden Zeichnungen, in denen:

1 ist die schematische Darstellung einer Roboterschweißzange nach einer Ausführung der Offenlegung, die des Weiteren ein Verfahren zur Normierung der Ausrichtung mit der Roboter-Schweißzange zeigt;
2 bis 4 sind schematische Darstellungen einer bewegbaren Spitze der in 1 gezeigten Roboter-Schweißzange, die des Weiteren eine schrittweise Korrektur der Ausrichtung, Lagekorrektur und Abstandskorrektur zeigen, um eine gewünschte Punkteschweißstelle für die Servoschweißzange bereitzustellen;
5 ist die schematische Darstellung einer Reihe von Prüfstellenmustern, die durch die in 1 gezeigte Roboter-Schweißzange ausgeführt werden können, indem das beschriebene Verfahren zur Normierung der Ausrichtung genutzt wird; und
6 ist die schematische Darstellung einer bewegbaren Spitze und einer feststehenden Spitze der in 1 gezeigten Roboter-Schweißzange, die ferner die schrittweise Erfassung einer Einzelteilstelle im dreidimensionalen Raum unter Verwendung einer Störmomentrückmeldung von einem die bewegbare Elektrode steuernden Motor zeigt;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Normierung der Ausrichtung nach einer speziellen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung darstellt und das die in 1 gezeigte Roboter-Schweißzange verwendet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die folgende Beschreibung ist nur von beispielhafter Form und nicht dazu beabsichtigt, die vorliegende Offenlegung, Anwendung oder Verwendungen einzuschränken. Es soll verständlich werden, dass in den Zeichnungen durchweg entsprechende Bezugszahlen auch gleiche oder entsprechende Einzelteile und Merkmale angeben. Hinsichtlich der Verfahren, die offen gelegt werden, sind die dargestellten Schritte von beispielhafter Art und sind somit nicht notwendig oder entscheidend.
1 zeigt ein Roboterschweißsystem 100 zur Verwendung mit einem Verfahren nach der vorliegenden Offenlegung. Das Roboterschweißsystem 100 umfasst einen Schweißroboter 102, der eine Servoschweißzange 104 mit einer bewegbaren Spitze 106 und einer feststehenden Spitze 108 aufweist. Der Schweißroboter 102 ist so ausgeführt, um ein Einzelteil 110 wie ein Metallblech für ein Kraftfahrzeug, zu schweißen. Andere Arten von Einzelteilen 110 können ebenfalls mit dem Roboterschweißsystem 100 der vorliegenden Offenlegung geschweißt werden.
Die bewegbare Spitze 106 kann mit mindestens einem Motor 111 verbunden werden, der so gestaltet ist, um die bewegbare Spitze 106 zum Beispiel in einer Richtung zu dem Einzelteil 110 hin zu betätigen. Der mindestens eine Motor 111 kann ein Servomotor sein, der zum Beispiel so gestaltet ist, um eine automatische Rückmeldung für eine genaue Punktesteuerung zur Verfügung zu stellen. Je nach Bedarf kann ein Fachmann auch andere Einrichtungen zum Betätigen der bewegbaren Spitze 106 einsetzen.
Wie in 1 des Weiteren dargestellt wird, umfasst das Verfahren der vorliegenden Offenlegung die Schritte: Berühren einer Oberfläche 112 des Einzelteils 110 mit der bewegbaren Spitze 106 zum Messen eines Basisprüfpunktes 114 und anschließendes Berühren der Oberfläche 112 mit der bewegbaren Spitze 106 zum Messen von mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten 116, 118, 120, 122, die von dem Basisprüfpunkt 114 verschoben sind. Aus den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten 116, 118, 120, 122 werden zwei nicht-kollineare Messungsvektoren berechnet. Aus diesen zwei Vektoren wird ein Normalenvektor berechnet und ein Winkel zwischen dem Normalenvektor und Vektor der ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange 104 bestimmt.
Das Verfahren kann des Weiteren den Schritt Einstellen der Ausrichtung der Servoschweißzange 104 relativ zum Normalenvektor umfassen. Die Einstellung kann bedingt basierend auf dem Winkel zwischen der ursprünglichen Ausrichtung (Vektor) und dem Normalenvektor durchgeführt werden. Zum Beispiel kann eine Korrektur der Ausrichtung ausgelassen werden, wenn der Winkel zwischen dem Normalenvektor und der ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange zu groß ist. Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenlegung können auch andere Typen von Einstellungen der Ausrichtung der Servoschweißzange 104 verwendet werden.
In einer in 2 bis 4 gezeigten speziellen Ausführungsform kann die bewegbare Spitze 106 der Servoschweißzange 102 einer stufenweisen Korrektur der Ausrichtung (2), Lagekorrektur (3) und Abstandskorrektur (4) unterzogen werden, um eine gewünschte Punkteschweißstelle 124 für die Servoschweißzange 102 bereitzustellen. Sobald der Normalenvektor berechnet ist, kann insbesondere die Servoschweißzange 104 in eine normale oder korrigierte Lage für die gewünschte Punkteschweißstelle 124 bewegt werden. Außerdem kann ein Winkel der bewegbaren Spitze 106 relativ zum Normalenvektor bestimmt und folglich eine Einstellung für die bewegbare Spitze 106 vorgenommen werden, um nach einer Drehbewegung die Berührung des Einzelteils 110 aufrechtzuerhalten.
Mit Bezug jetzt auf 5 kann das Verfahren der vorliegenden Offenlegung des Weiteren den Schritt des Spezifizierens einer Prüfpunktform, aus der der Normalenvektor zu berechnen ist, umfassen. Die Prüfpunktform kann zum Beispiel durch eine Form der Oberfläche 112 des zu schweißenden Einzelteils 110 vorgegeben sein. Das Roboterschweißsystem 100 kann die Prüfpunktform erzeugen, indem die Servoschweißzange 104 und die bewegbare Spitze 106 von dem Basisprüfpunkt 114 zu den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten 116, 118, 120, 122 in einem vorgegebenen Muster bewegt werden. Die Prüfpunktform kann schnell vor Beginn des Schweißvorgangs geführt werden. Die Geschwindigkeit, mit der die bewegbare Spitze 106 von einer Stelle zur anderen bewegt wird, kann zum Beispiel 250 mm/s betragen. Im Umfang der Offenlegung können auch andere Geschwindigkeiten zur Bildung der Prüfpunktform verwendet werden.
Dort, wo die Korrektur der Ausrichtung in einer Vielzahl von unterschiedlichen Richtungen erwünscht ist, wie beispielsweise in einer Richtung nach außen und einer seitlichen Richtung relativ zu der Servoschweißzange 104, kann die Prüfpunktform den Basisprüfpunkt 114 und mindestens drei der zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele kann die Prüfpunktform die Form eines spitzgestellten Vierecks 126, die Form eines mit der Spitze nach außen zeigenden Dreiecks 128 und die Form eines mit der Spitze nach innen zeigenden Dreiecks 130 umfassen. Dort, wo die Korrektur der Ausrichtung in einer einzigen Richtung erwünscht ist, wie beispielsweise nur in der Richtung nach außen oder nur in der seitlichen Richtung relativ zur Servoschweißzange 104, kann die Prüfpunktform den Basisprüfpunkt 114 und zwei zusätzliche Prüfpunkte 116, 118 umfassen. Als nicht einschränkende Beispiele kann die Prüfpunktform eine nach außen zeigende Linie 132 und eine zur Seite zeigende Linie 134 umfassen.
In einem anderen Beispiel kann die Prüfpunktform erzeugt werden, indem ein Suchradius um den Basisprüfpunkt 114 herum erzeugt wird, auf dem die mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 geprüft werden. In einer Ausführungsform beträgt der Radius der Grundeinstellung etwa +/- 5 mm von dem Basisprüfpunkt 114. Es können auch andere Typen von Prüfpunktformen mit einer unterschiedlichen Anzahl und Ausführungen der zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 sowie unterschiedlichen Suchradien genutzt werden.
Es soll auch verständlich werden, dass die mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 mit dem Einzelteil 110 ausgerichtet sein können und einen voreingestellten Spielraum für einen Drehbewegungsfehler aufweisen können, der auf einem Übertragungsabstand dazwischen an dem Basisprüfpunkt 114 und den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten 116, 118, 120, 122 basiert. Der vorbestimmte Spielraum für den Drehbewegungsfehler kann je nach Bedarf für jedes spezielle Einzelteil 110 ausgewählt werden.
Beim Bestimmen des Basisprüfpunktes 114 und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 auf der Oberfläche 112 des Einzelteils 110 kann das vorliegende Verfahren das Messen eines Abstandes zwischen der bewegbaren Spitze 106 und der Oberfläche 112 umfassen. Insbesondere kann der Abstand ein Abstand in der Z-Richtung sein, wie es in 2 bis 4 dargestellt ist. Zum Beispiel kann der Abstand in der Z-Richtung aufgezeichnet werden, bis mit der Oberfläche 112 für jeden der ursprünglichen und der zusätzlichen Prüfpunkte 114, 116, 118, 120, 122 ein Kontakt auftritt. Die Vielzahl von gemessenen Abständen kann zur Bestimmung der Ebene und des Normalenvektors relativ zur Oberfläche 112 des Einzelteils 110 verwendet werden.
In einer speziellen Ausführungsform kann der Schritt des Detektierens des Basisprüfpunktes 114 und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 während der Schritte Berühren des Einzelteils 110 eine elektrische Kontinuitätsmessung umfassen. Zum Beispiel wird veranlasst, dass dort, wo das Einzelteil 110 geerdet ist, die bewegbare Spitze 106 die Oberfläche 112 berührt hat, wenn eine Spitzenspannung infolge Kontakts der bewegbaren Spitze 106 mit der Oberfläche 112 des geerdeten Einzelteils 110 unter eine vorgegebene Höhe abfällt. Wie es in 1 dargestellt ist, kann die elektrische Kontinuitätsmessung über eine Signalleitung 131 einem Computer 133 wie beispielsweise eine Servoschweißzangensteuerung oder eine Robotersteuerung, als nicht einschränkende Beispiele, mitgeteilt werden. Die vorbestimmte Spannung von Einrichtungen zur Messung der Spannung der bewegbaren Spitze 106 kann je nach Bedarf durch einen erfahrenen Handwerker ausgewählt werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Schritt des Detektierens des Basisprüfpunktes 114 und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 während der Schritte Berühren des Einzelteils 110 einen berührungslosen optischen Sensor 135 einschließen, der sich durch eine Signalleitung 134, wie in 1 gezeigt, mit dem Computer 133 in Verbindung befindet. Der berührungslose optische Sensor 135 kann den Abstand in der Z-Richtung zwischen der bewegbaren Spitze 106 und der Oberfläche 112 des Einzelteils 110 messen. Zum Beispiel kann der berührungslose optische Sensor 135 eine Fotozelle und/oder ein Laserstrahldetektor sein. Ein gewöhnlicher Fachmann kann je nach Bedarf andere Typen von berührungslosen optischen Sensoren 135 zum Messen des Kontakts der bewegbaren Spitze 106 mit der Oberfläche 112 des Einzelteils 110 auswählen.
Der Schritt Detektieren des Basisprüfpunktes 114 und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 während der Schritte des Berührens des Einzelteils 110 kann geführt werden, indem die Rückmeldung eines Störmoments der bewegbaren Spitze 106 an dem Motor 111 gemessen wird. Die Rückmeldung eines Störmoments kann je nach Bedarf auch durch eine Signalleitung 131 oder durch andere Einrichtungen zu dem Computer 133 übertragen werden.
In 6 ist ein veranschaulichender Erfassungsvorgang unter Verwendung der Rückmeldung eines Störmoments für jede der Stellen 114, 116, 118, 120, 122 dargestellt. In einer Anfangsposition kann, wenn eine Stelle der Oberfläche 112 des Einzelteils 110 unbekannt ist (in 6 in Strichlinien gezeigt), die Servoschweißzange 104 bis zu einem vorbestimmten Unterlagenabstand geöffnet werden. Die Servoschweißzange 104 und die bewegbare Spitze 106 werden anschließend zu einer nächsten Stelle beschleunigt und es wird die Geschwindigkeit der Servoschweißzange erfasst. Die Servoschweißzange 104 beginnt dann sich zu schließen, indem die bewegbare Spitze 106 zu dem Einzelteil 110 hin betätigt wird. Die Bewegung der bewegbaren Spitze 106 erleichtert das Ablesen einer Momentnorm, weil das Momentablesen stabil wird, nachdem sich die bewegbare Spitze 106 zu bewegen beginnt. Nachdem die Momentnorm erreicht ist, beginnt die Erfassung des Einzelteils 110 selbst und wird bei der Erfassung einer Momentrückmeldung beendet, die von der Momentnorm abweicht, was ein Hinweis darauf ist, dass die bewegbare Spitze 106 die Oberfläche 112 des Einzelteils 110 berührt hat. Dadurch wird die Messung des Basisprüfpunktes 114 und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 unter Verwendung der Rückmeldung eines Störmoments, das vorteilhaft keine Verwendung von getrennten Sensoren oder einer Ausrüstung zum Messen des Abstandes zur Oberfläche 112 erfordert, bewirkt.
Innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenlegung können auch andere Einrichtungen zum Messen der Abstände zu dem Basisprüfpunkt 114 und den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten 116, 118, 120, 122 verwendet werden.
Mit Bezug auf 7 ist ein spezielles Verfahren 136 zur Normierung der Ausrichtung unter Verwendung der Roboter-Schweißzange 102 dargestellt. Nach einem Auslöseschritt 138, bei dem ein Benutzer das Verfahren 136 zur Normierung der Ausrichtung für das zu schweißende Einzelteil 110 beginnt, bestimmt das Verfahren 136 zur Normierung der Ausrichtung die aktuelle Position (CURPOS) des Roboters 102 und die aktuelle Position der Servoschweißzange 104 in einem Bezugsschritt 140. Die bewegbare Spitze 106 wird anschließend auf die Oberfläche 112 des Einzelteils 110 in einem Schritt 142 der ursprünglichen Stelle bewegt, was den Basisprüfpunkt 114 bewirkt. Die Servoschweißzange 104 und ebenso die bewegbare Spitze 106 werden anschließend zu jedem der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte 116, 118, 120, 122 in einem Prüfformschritt 144 bewegt, wie es im Vorstehenden weiter beschrieben wird. Aus Prüfpunktmessungen werden zwei nicht-kollineare Vektoren berechnet. Im Schritt 148 der Berechnung eines Normalenvektors wird der Normalenvektor aus zwei Messungsvektoren berechnet. Die vorbestimmten Berechnungen umfassen die in 7 dargestellten Berechnungen, sind aber nicht darauf beschränkt. Der Drehbewegungswinkel zwischen der ursprünglichen Ausrichtung (Vektor) und Normalenvektor werden im Schritt 150 bestimmt. Wenn der Benutzer zulässt, dass Korrektur stattfindet, dann wird die Servoschweißzange 104 in einem Korrekturschritt 152 zu den berechneten Koordinaten, die durch den Normalenvektor definiert sind, bewegt. Im Fertigstellungsschritt 154 wird die Servoschweißzange 104 geöffnet und für einen Schweißvorgang auf dem Einzelteil 110 bereit gemacht.
Das vorliegende Verfahren kann des Weiteren den Schritt Korrigieren einer Position der Servoschweißzange 104 in einem Roboterschweißprogramm umfassen, das zum Beispiel auf einer Robotersteuerung (nicht gezeigt) ausgeführt wird. Die Korrektur an der Position der Servoschweißzange 104 in dem Programm kann auf dem Vergleich des Winkels zwischen der ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange 104 (Vektor) und dem Normalenvektor basieren. Die Korrektur des auszuführenden Programms kann in Ergänzung dazu durchgeführt werden, dass je nach Bedarf eine Normierung der Ausrichtung der Servoschweißzange 104 und der bewegbaren Spitze 106 relativ zur Oberfläche 112 des Einzelteils 110 oder als eine Alternative zur Normierung der Ausrichtung zugelassen wird.
Vorteilhaft ist, dass das Verfahren der vorliegenden Offenlegung die Fähigkeit bewirkt, automatisch eine korrekte, zum Beispiel normierte Ausrichtung für die Servoschweißzange 104 des Roboters 102 ohne Verwendung von externen Sensoren zu bestimmen. Auf Grund der Vermeidung eines Ausrichtungsfehlers, bei dem sich die Servoschweißzange 104 nicht senkrecht zu dem Einzelteil 110 befindet, wird einer ungleichmäßigen Kraftverteilung, ungleichmäßigen Stromdichte über dem Schweißpunkt und letzten Endes einer Qualitätsverschlechterung der Schweißung entgegengewirkt.
Bezugszeichenliste:

100: Roboterschweißsystem
102: Schweißroboter
104: Servoschweißzange
106: bewegbare Spitze
108: feststehende Spitze
110: Einzelteil
111: Motor
112: Oberfläche
114: Basisprüfpunkt
116: zusätzliche Prüfpunkte
118: zusätzliche Prüfpunkte
120: zusätzliche Prüfpunkte
122: zusätzliche Prüfpunkte
124: Punkteschweißstelle
126: Viereck
128: nach außen zeigendes Dreieck
130: nach innen zeigendes Dreieck
132: nach außen zeigende Linie
134: zur Seite zeigende Linie
131: Signalleitung
133: Computer
134: Signalleitung
135: optischer Sensor
136: Verfahren zur Normierung der Ausrichtung
140: Bezugsschritt
142: Schritt
144: Prüfformschritt
148: Schritt
150: Schritt
152: Korrekturschritt
154: Fertigstellungsschritt

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Schweißroboters (102), der eine Servoschweißzange (104) mit einer bewegbaren Spitze (106) und einer feststehenden Spitze (108) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Berühren einer Oberfläche (112) eines Einzelteils (110) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen eines Basisprüfpunktes (114); Berühren der Oberfläche (112) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen von mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122), die von dem Basisprüfpunkt (114) verschoben sind; Berechnen von zwei nicht-kollinearen Vektoren aus den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122); Berechnen eines Normalenvektors aus den zwei nicht-kollinearen Vektoren; und Vergleichen eines Winkels zwischen einer ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange (104) und dem Normalenvektor.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt Einstellen der Ausrichtung der Servoschweißzange (104) relativ zu dem Normalenvektor.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die normierte Ausrichtung in ein Roboterschweißprogramm aufgezeichnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt Spezifizieren einer Prüfpunktform basierend auf einer Form der Oberfläche (112) des Einzelteils (110).
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Prüfpunktform den Basisprüfpunkt (114) und zwei zusätzliche Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Ausrichtung der Servoschweißzange (104) in einer einzigen Richtung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Prüfpunktform den Basisprüfpunkt (114) und mindestens drei zusätzliche Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Ausrichtung der Servoschweißzange (104) in einer Vielzahl von Richtungen eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 4. bei dem die Prüfpunktform die Form eines spitzgestellten Vierecks (126), die Form eines mit der Spitze nach außen zeigenden Dreiecks (128), die Form eines mit der Spitze nach innen zeigenden Dreiecks (130), eine nach außen zeigende Linie (132) oder eine zur Seite zeigende Linie ist (134).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) mit dem Einzelteil (110) ausgerichtet sind und einen vorgegebenen Spielraum für einen Drehbewegungsfehler basierend auf einem Übertragungsabstand zwischen dem Basisprüfpunkt (114) und den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt Messen eines Abstands zwischen der bewegbaren Spitze (106) und der Oberfläche (112) an dem Basisprüfpunkt (114) und den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122) während der Schritte des Berührens des Einzelteils (110).
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren mit dem Schritt Detektieren des Basisprüfpunktes (114) und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) während der Schritte des Berührens des Einzelteils (110) mit einer Rückmeldung eines Störmoments der bewegbaren Spitze (106).
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren mit dem Schritt Detektieren des Basisprüfpunktes (114) und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) während der Schritte des Berührens des Einzelteils (110) mit einer elektrischen Kontinuitätsmessung.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem das Einzelteil (110) geerdet ist und veranlasst wird, dass die bewegbare Spitze (106) die Oberfläche (112) berührt hat, wenn infolge Kontakts mit der Oberfläche (112) des geerdeten Einzelteils (110) eine Spitzenspannung unter eine vorgegebene Höhe abfällt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit dem Schritt Detektieren des Basisprüfpunktes (114) und der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) während der Schritte des Berührens des Einzelteils (110) mit einem berührungslosen optischen Sensor (135).
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der berührungslose optische Sensor (135) Abstände zwischen der bewegbaren Spitze (106) und der Oberfläche (112) des Einzelteils (110) misst.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem der berührungslose optische Sensor (135) eine Fotozelle und/oder ein Laserstrahldetektor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt Korrigieren einer Position der Servoschweißzange (104) in einem Roboterschweißprogramm basierend auf einem Winkel zwischen der ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange (104) und dem Normalenvektor.
Verfahren zur Steuerung eines Schweißroboters (102), der eine Servoschweißzange (104) mit einer bewegbaren Spitze (106) und einer feststehenden Spitze (108) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Berühren der Oberfläche (112) eines Einzelteils (110) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen eines Basisprüfpunktes (114); Berühren der Oberfläche (112) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen der mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122), die von dem Basisprüfpunkt (114) verschoben sind, wobei der Basisprüfpunkt (114) und die mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) die Form eines vorgegebenen Suchmusters bewirken; Berechnen von zwei nicht-kollinearen Vektoren von dem Basisprüfpunkt (114) und den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122); Berechnen eines Normalenvektors aus den zwei nicht-kollinearen Prüfvektoren; Vergleichen eines Winkels zwischen einer ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange (104) und dem Normalenvektor; und Einstellen der Ausrichtung der Servoschweißzange (104) relativ zu dem Normalenvektor.
Verfahren zur Steuerung eines Schweißroboters (102), der eine Servoschweißzange (104) mit einer bewegbaren Spitze (106) und einer feststehenden Spitze (108) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Berühren der Oberfläche (112) eines Einzelteils (110) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen eines Basisprüfpunktes (114); Berühren der Oberfläche (112) mit der bewegbaren Spitze (106) zum Messen von mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122), die von dem Basisprüfpunkt (114) verschoben sind, wobei der Basisprüfpunkt (114) und die mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkte (116, 118, 120, 122) die Form eines vorgegebenen Suchmusters bewirken; Berechnen von zwei nicht-kollinearen Vektoren aus dem Basisprüfpunkt (114) und den mindestens zwei zusätzlichen Prüfpunkten (116, 118, 120, 122); Berechnen eines Normalenvektors aus den zwei nicht-kollinearen Prüfvektoren; Vergleichen eines Winkels zwischen einer ursprünglichen Ausrichtung der Servoschweißzange (104) und dem Normalenvektor; und Korrigieren einer Position der Servoschweißzange (104) in einem Roboterschweißprogramm basierend auf dem Vergleich der Ausrichtung der Servoschweißzange (104) zu dem Normalenvektor.