DE102013204282B4 - Method for measuring an adjustable end effector and arrangement for carrying out such a method - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Messen einer räumlichen Orientierung von Modulen (8) eines einstellbaren Endeffektors (5) mit mehreren Modulen (8), die miteinander mithilfe mehrachsiger Gelenke verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen jeweils eine zylindrische Oberfläche mit einer optischen Strahlung (14, 15) beaufschlagt und ein Reflexionssignal ausgewertet wird, wobei jeweils an zwei in Erstreckungsrichtung einer Längsachse (6) der zylindrischen Oberfläche voneinander beabstandeten Positionen (P1, P2) Messungen in zwei Koordinatenachsrichtungen durchgeführt werden, um eine räumliche Ausrichtung der Längsachse (6) der zylindrischen Oberfläche zu bestimmen.Method for measuring a spatial orientation of modules (8) of an adjustable end effector (5) with a plurality of modules (8) which are connected to one another with the aid of multi - axial joints, characterized in that in each case a cylindrical surface with an optical radiation (14, 15 ) is applied and a reflection signal is evaluated, in each case at two in the extension direction of a longitudinal axis (6) of the cylindrical surface spaced positions (P1, P2) measurements in two coordinate axes are performed to a spatial orientation of the longitudinal axis (6) of the cylindrical surface determine.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer räumlichen Orientierung von Modulen eines einstellbaren Endeffektors mit mehreren Modulen, die miteinander mithilfe mehrachsiger Gelenke verbunden sind und Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for measuring a spatial orientation of modules of an adjustable end effector with a plurality of modules which are interconnected by means of multi-axis joints and arrangement for carrying out such a method.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern. Insbesondere soll ein berührungsloses Messen ermöglicht werden. Insbesondere sollen Messfehler reduziert werden. Insbesondere soll ein absolutes Messen unabhängig von einem Startpunkt ermöglicht werden. Insbesondere soll ein Einfluss von Erschütterungen reduziert werden. Insbesondere soll ein Einfluss einer Temperatur reduziert werden. Insbesondere soll ein Messaufwand reduziert werden. Insbesondere soll eine Messgenauigkeit erhöht werden. Insbesondere soll eine Messgeschwindigkeit erhöht werden. Insbesondere soll eine mechanische Koppelung beim Messen vermieden werden. Insbesondere sollen Probleme durch ferromagnetisehe oder leitende Teile vermieden werden. Insbesondere soll ein Messen auch in Innenräumen zuverlässig ermöglicht sein. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitzustellen.The invention has for its object to improve a method mentioned above. In particular, a contactless measurement should be possible. In particular, measurement errors are to be reduced. In particular, an absolute measurement should be made possible independently of a starting point. In particular, an influence of vibrations should be reduced. In particular, an influence of a temperature should be reduced. In particular, a measurement effort should be reduced. In particular, a measurement accuracy should be increased. In particular, a measurement speed should be increased. In particular, a mechanical coupling during measurement should be avoided. In particular, problems should be avoided by ferromagnetisehe or conductive parts. In particular, a measurement should be reliably enabled indoors. In addition, the invention has for its object to provide an arrangement for carrying out such a method.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren zum Messen einer räumlichen Orientierung von Modulen eines einstellbaren Endeffektors mit mehreren Modulen, die miteinander mithilfe mehrachsiger Gelenke verbunden sind, wobei zum Messen jeweils eine zylindrische Oberfläche mit einer optischen Strahlung beaufschlagt und ein Reflexionssignal ausgewertet wird, wobei jeweils an zwei in Erstreckungsrichtung einer Längsachse der zylindrischen Oberfläche voneinander beabstandeten Positionen Messungen in zwei Koordinatenachsrichtungen durchgeführt werden, um eine räumliche Ausrichtung der Längsachse der zylindrischen Oberfläche zu bestimmen.The object is achieved by a method for measuring a spatial orientation of modules of an adjustable end effector with a plurality of modules, which are connected to each other by means of multi-axis joints, wherein for measuring a respective cylindrical surface is exposed to an optical radiation and a reflection signal is evaluated, in each case Measurements can be made in two coordinate axis directions at two positions spaced apart in the direction of extension of a longitudinal axis of the cylindrical surface in order to determine a spatial orientation of the longitudinal axis of the cylindrical surface.
Referenzmessungen können für den gesamten Endeffektor, d. h. für alle Module und dort für alle Messungen durchgeführt werden, um Fertigungs-, Montage- und ähnlich Toleranzen ausgleichen zu können. Die Einstellung kann dann nicht gegen ideale 20 Werte, wie Messröhrchen achsparallel zu Bezugs-Koordinatensystem, sondern gegen reale Werte aus Referenzmessung des Endeffektors erfolgen. Die Referenzwerte für Nick- und Gierwinkel eines Moduls können verwendet werden, der Referenzwert für den Rollwinkel wird bevorzugt verwendet.Reference measurements can be made for the entire end effector, ie for all modules and there for All measurements are performed to compensate for manufacturing, assembly and similar tolerances. The adjustment can then not be made against ideal values, such as measuring tubes axially parallel to the reference coordinate system, but against real values from the reference measurement of the end effector. The reference values for pitch and yaw angles of a module may be used, the reference value for the roll angle is preferably used.
Zum Bestimmen einer Verdrehung eines Moduls um eine zu einer Längsachse der zylindrischen Oberfläche parallele Achse kann jeweils eine Messung durchgeführt und in Bezug zu einer Referenzmessung gesetzt werden.In order to determine a rotation of a module about an axis parallel to a longitudinal axis of the cylindrical surface, one measurement can be carried out in each case and set in relation to a reference measurement.
Ein empfangenes Reflexionssignal kann eine Speicherung von Positionskoordinaten auslösen. Die Positionskoordinaten können von einem Industrieroboter zur Verfügung gestellt werden. Die Positionskoordinaten können von einer externen Positionsmesseinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Mithilfe einer externen Positionsmesseinrichtung kann eine Modulmesseinrichtung kalibriert werden.A received reflection signal can trigger storage of position coordinates. The position coordinates can be provided by an industrial robot. The position coordinates can be provided by an external position measuring device. By means of an external position measuring device, a module measuring device can be calibrated.
Ein Messergebnis kann zum nachfolgenden Einstellen des Endeffektors zur Verfügung gestellt werden. Ein Einstellen des Endeffektors kann automatisiert durchgeführt werden. Ein Einstellen des Endeffektors kann an einer Einstelleinrichtung durchgeführt werden.A measurement result may be provided for subsequent adjustment of the end effector. Adjustment of the end effector can be carried out automatically. Adjustment of the end effector may be performed on an adjuster.
Außerdem erfolgt die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit einer Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens aufweisend einen Industrieroboter mit einer Steuereinrichtung und einem einstellbaren Endeffektor, der Endeffektor aufweisend mehrere Module, die miteinander mithilfe mehrachsiger Gelenke verbunden sind, die Module jeweils aufweisend eine Gelenkhauptachse und einen Messzylinder mit einer Längsachse und einer reflektierenden zylindrischen Oberfläche und eine Modulmesseinrichtung mit in zwei unterschiedliche Koordinatenachsrichtungen ausgerichteten Messmodulen zur Durchführung reflexionsbasierter Messungen, wobei die Messmodule jeweils eine Lichtquelle aufweisen.In addition, the solution of the problem underlying the invention with an arrangement for carrying out such a method comprising an industrial robot with a control device and an adjustable end effector, the end effector comprising a plurality of modules which are interconnected by means of multi-axis joints, the modules each having a joint main axis and a Measuring cylinder having a longitudinal axis and a reflective cylindrical surface and a module measuring device with aligned in two different coordinate axis measuring modules for performing reflection-based measurements, wherein the measurement modules each having a light source.
Der Industrieroboter kann einen Manipulator aufweisen. Der Industrieroboter kann ein 6-Achs-Roboter sein. Der Industrieroboter kann Positionssensoren aufweisen. Der Industrieroboter kann eine Steuereinrichtung aufweisen. Der Steuereinrichtung können Signale der Positionssensoren zur Verfügung stehen. Der Endeffektor kann an einem freien Ende des Manipulators angeordnet sein.The industrial robot may have a manipulator. The industrial robot can be a 6-axis robot. The industrial robot may have position sensors. The industrial robot may have a control device. The control device signals of the position sensors can be available. The end effector may be disposed at a free end of the manipulator.
Die Module des Endeffektors können entlang einer Linie angeordnet sein. Die Linie kann gerade oder gekrümmt sein. Die Linie kann räumlich gekrümmt sein. Die Linie kann mehrfach gekrümmt sein. Die Module des Endeffektors können mithilfe von Kugelgelenken miteinander verbunden sein. Die Module können jeweils zwei einander gegenüberliegende Verbindungsabschnitte zur Verbindung mit einem benachbarten Modul aufweisen. Die Gelenkhauptachsen der Module können sich jeweils zwischen den Verbindungsabschnitten erstrecken. Die Module des Endeffektors können jeweils einen Greifer zum Greifen eines Werkstücks aufweisen. Die Module des Endeffektors können jeweils einen Sauggreifer aufweisen. Die Module mit den Messzylindern können jeweils geometrisch zumindest annähernd gleich ausgeführt sein.The modules of the end effector may be arranged along a line. The line can be straight or curved. The line can be spatially curved. The line can be curved several times. The modules of the end effector can be connected by means of ball joints. The modules may each have two opposing connecting sections for connection to an adjacent module. The main hinge axes of the modules may each extend between the connecting sections. The modules of the end effector may each comprise a gripper for gripping a workpiece. The modules of the end effector can each have a suction gripper. The modules with the measuring cylinders can each be designed geometrically at least approximately equal.
Der Endeffektor kann an unterschiedliche Werkstücke geometrisch anpassbar sein. Der Endeffektor kann zur Handhabung biegeschlaffer Werkstücke dienen. Der Endeffektor kann zur Handhabung von Zuschnitten dienen. Der Endeffektor kann zur Handhabung von Faserwerkstoffen, insbesondere aus Kohlefasern, dienen. Der Endeffektor kann bei der Herstellung von Faserverbundwerkstücken verwendet werden.The end effector may be geometrically adaptable to different workpieces. The end effector can be used to handle flexible workpieces. The end effector can be used to handle blanks. The end effector can be used for handling fiber materials, in particular carbon fibers. The end effector can be used in the manufacture of fiber composite workpieces.
Die Messzylinder können sich jeweils zumindest annähernd über die gesamte Breite eines Moduls erstrecken. Die Messzylinder können derart angeordnet sein, dass ihre zylindrische Oberfläche zumindest annähernd allseitig zur Durchführung von Messungen freigestellt ist. Die Messzylinder können jeweils zumindest oberflächlich aus einem Material bestehen, das eine hohe optische Reflexion aufweist. Die Messzylinder können jeweils zumindest oberflächlich aus einem Material bestehen, das eine diffuse optische Reflexion aufweist. Die Messzylinder können jeweils eine polierte Oberfläche aufweisen. Die Messzylinder können jeweils eine Oberfläche mit einer reflektierenden Beschichtung aufweisen. Die Messzylinder können jeweils eine helle Oberfläche aufweisen. Die Messzylinder können jeweils eine Oberfläche mit einer hellen, beispielsweise weißen, Beschichtung aufweisen. Die Oberfläche der Messzylinder kann matt sein, d. h. sie reflektiert nicht gerichtet. Damit wird verhindert, dass der Laserstrahl vom Detektor weg reflektiert wird (Einfallswinkel = Ausfallswinkel auf gewölbter Oberfläche).The measuring cylinders can each extend at least approximately over the entire width of a module. The measuring cylinders can be arranged such that their cylindrical surface is at least approximately free on all sides for carrying out measurements. The measuring cylinders can each consist at least superficially of a material which has a high optical reflection. The measuring cylinders can each consist at least superficially of a material which has a diffuse optical reflection. The measuring cylinders can each have a polished surface. The measuring cylinders may each have a surface with a reflective coating. The measuring cylinders can each have a bright surface. The measuring cylinders can each have a surface with a light, for example white, coating. The surface of the measuring cylinder may be dull, d. H. she does not reflect judged. This prevents the laser beam from being reflected away from the detector (angle of incidence = angle of reflection on curved surface).
Die Modulmesseinrichtung kann ein Gestell aufweisen. Die Messmodule können an dem Gestell angeordnet sein. Die Messmodule können jeweils eine Lichtquelle und einen Lichtsensor aufweisen. Die Lichtquelle kann ein Laser sein. Die Messmodule können jeweils eine lokale Elektronikanordnung aufweisen. Die Messmodule können jeweils ein Gehäuse aufweisen. Die Messmodule können jeweils mit der Steuereinrichtung des Industrieroboters elektrisch signalleitend verbunden sein.The module measuring device can have a frame. The measuring modules can be arranged on the frame. The measuring modules can each have a light source and a light sensor. The light source may be a laser. The measuring modules can each have a local electronic arrangement. The measuring modules can each have a housing. The measuring modules can each be electrically signal-conducting connected to the control device of the industrial robot.
Die Gelenkhauptachsen der Module und die Längsachsen der Messzylinder können jeweils zueinander parallel und von einander beabstandet sein. Die Messmodule können zueinander zumindest annähernd rechtwinklig ausgerichtet sein. The main hinge axes of the modules and the longitudinal axes of the measuring cylinders may each be parallel to each other and spaced from each other. The measuring modules can be aligned with each other at least approximately at right angles.
Die Anordnung kann eine externe Positionsmesseinrichtung, insbesondere ein Tracking-Interferometer, aufweisen. Mithilfe der externen Positionsmesseinrichtung kann eine Position des Manipulators unabhängig von den Positionssensoren des Industrieroboters bestimmt werden. Die externe Positionsmesseinrichtung ermöglicht eine genauere Positionsbestimmung als die internen Positionssensoren des Industrieroboters.The arrangement may comprise an external position-measuring device, in particular a tracking interferometer. Using the external position measuring device, a position of the manipulator can be determined independently of the position sensors of the industrial robot. The external position measuring device enables a more accurate position determination than the internal position sensors of the industrial robot.
Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine Bestimmung einer Position und/oder Orientierung eines multiaxial verstellbaren Endeffektors.In summary and in other words, the invention thus provides, inter alia, a determination of a position and / or orientation of a multiaxially adjustable end effector.
Es kann ein Lichtsensor zum berührungslosen Messen eines modularen, flexiblen Endeffektors eingesetzt werden. Für eine Messung eines einzelnen Moduls kann jeweils eine Komponente „Messzylinder” an jedem Einzelmodul angeordnet sein. Eine Messvorrichtung kann die Position des Messzylinders jedes einzelnen Moduls aufnehmen und in Abhängigkeit zu einem Nachbarmodul die Bestimmung der Orientierung ermöglichen.A light sensor can be used for non-contact measurement of a modular, flexible end effector. For a measurement of a single module, in each case one component "measuring cylinder" can be arranged on each individual module. A measuring device can record the position of the measuring cylinder of each individual module and make it possible to determine the orientation as a function of a neighboring module.
Solange eine Messgenauigkeit innerhalb einer Robotergenauigkeit ausreichend ist, kann eine alleinige Verwendung dieser Messvorrichtung (Lichtsensoren) in Verbindung mit einem 6-Achs-Manipulator (Roboter) genügen. Bei erhöhten Genauigkeitsanforderungen kann zusätzlich zu den 6 Freiheitsgraden des Roboters eine externe Führung eingesetzt werden. Diese externe Führung kann mittels Lasertracker erfolgen. Damit kann eine höhere Genauigkeit bei der Positionsaufnahme erreicht werden. Diese höhere Genauigkeit einer externen Führung kann zudem für eine Kalibration der Messvorrichtung verwendet werden.As long as a measurement accuracy within a robot accuracy is sufficient, sole use of this measuring device (light sensors) in conjunction with a 6-axis manipulator (robot) can be sufficient. With increased accuracy requirements, an external guide can be used in addition to the 6 degrees of freedom of the robot. This external guidance can be done by laser tracker. Thus, a higher accuracy in the position recording can be achieved. This higher accuracy of an external guide can also be used for a calibration of the measuring device.
Zur Messung kann ein Messzylinder entlang einer Achse in Richtung eines Lichtstrahls bewegt werden. Der Messzylinder kann Bestandteil eines Einzelmoduls sein.For measurement, a measuring cylinder can be moved along an axis in the direction of a light beam. The measuring cylinder can be part of a single module.
Sobald der Messzylinder den Strahl des Lichtsensors reflektiert, kann die Position und Orientierung des Koordinatensystems des Einzelmoduls in einem Bezugskoordinatensystem in der Messvorrichtung abgespeichert werden. Diese Erfassung kann an mehreren Stellen am Messzylinder und mit Sensoren, die in zwei verschiedene Richtungen strahlen, vorgenommen werden. Die Orientierung des jeweiligen Moduls kann dann aus den gemessenen Punkten berechnet werden.As soon as the measuring cylinder reflects the beam of the light sensor, the position and orientation of the coordinate system of the individual module can be stored in a reference coordinate system in the measuring device. This detection can be made in several places on the measuring cylinder and with sensors that radiate in two different directions. The orientation of the respective module can then be calculated from the measured points.
Der Lichtsensor kann lediglich Auslöser für eine Abspeicherung von Koordinaten sein, mit deren Hilfe dann später eine Ausrichtung der Module berechnet wird. Die Messinformation kann aus dem 6-Achs-System erzeugt werden und nur der Messzeitpunkt kann durch die Lichtsensoren festgelegt werden.The light sensor can only trigger a storage of coordinates, with the help of which then an orientation of the modules is calculated later. The measurement information can be generated from the 6-axis system and only the measurement time can be determined by the light sensors.
Es können zwei Lasersensoren und ein 6-Achs-Manipulator (Roboter) zum genauen Erfassen einer bis dahin unbekannten Position und Orientierung eines Endeffektormoduls kombiniert werden.Two laser sensors and a 6-axis manipulator (robot) can be combined to accurately detect a hitherto unknown position and orientation of an end effector module.
Es können IST-Informationen (Position und Orientierung) für einen nachgelagerten, automatisierten Einstellvorgang automatisiert erzeugt werden. Es kann eine manuelle oder eine vollautomatisierte Umsetzung erfolgen.Actual information (position and orientation) can be automatically generated for a downstream, automated setting process. It can be a manual or a fully automated implementation.
Eine lichtsensorbasierte Messvorrichtung kann mit einer externen Führung des 6-Achs-Manipulators (Roboter) verbunden werden. Dadurch wird eine hochgenaue Vermessung der Position und Orientierung möglich. Durch eine Kombination der externen Führung mit dem 6-Achs-Manipulator (Roboter) kann die Messvorrichtung hochgenau kalibriert werden.A light sensor-based measuring device can be connected to an external guide of the 6-axis manipulator (robot). This allows a highly accurate measurement of position and orientation. By combining the external guidance with the 6-axis manipulator (robot), the measuring device can be calibrated with high precision.
Mit „kann” sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.By "may" in particular optional features of the invention are referred to. Accordingly, there is an embodiment of the invention each having the respective feature or features.
Mit der Erfindung wird ein berührungsloses Messen ermöglicht. Messfehler werden reduziert. Ein absolutes Messen unabhängig von einem Startpunkt wird ermöglicht. Ein Einfluss von Erschütterungen wird reduziert. Ein Einfluss einer Temperatur wird reduziert werden. Ein Messaufwand wird reduziert. Eine Messgenauigkeit wird erhöht. Eine Messgeschwindigkeit wird erhöht. Eine mechanische Koppelung beim Messen wird vermieden. Probleme durch ferromagnetische oder leitende Teile werden vermieden. Ein Messen ist auch in Innenräumen zuverlässig ermöglicht. Außerdem ist eine Anordnung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens bereitgestellt.With the invention, a contactless measurement is possible. Measurement errors are reduced. An absolute measurement independent of a starting point is made possible. An influence of vibrations is reduced. An influence of a temperature will be reduced. A measuring effort is reduced. A measuring accuracy is increased. A measuring speed is increased. A mechanical coupling during measurement is avoided. Problems due to ferromagnetic or conductive parts are avoided. Measuring is also possible reliably indoors. In addition, an arrangement for carrying out such a method is provided.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages. Concrete features of these embodiments may represent general features of the invention. Features associated with other features of these embodiments may also constitute individual features of the invention.
Es zeigen schematisch und beispielhaft: They show schematically and by way of example:
Der Industrieroboter ist programmierbar. Der Industrieroboter ist ein 6-Achs-Roboter. Der Industrieroboter
Der Endeffektor
Die Verstellbarkeit des Endeffektors
Grundsätzlich ist der Endeffektor
Die Messeinrichtung
Die Module
Bei einem Messvorgang wird der Endeffektor
Als Voraussetzung für die spätere Berechnung der Orientierung der einzelnen Module
Bei einem nachfolgenden Messvorgang werden je Module
Das Modul
Der oben beschriebene Messvorgang wird jetzt in vertikaler Richtung mit dem zweiten Messmodul
Nach diesen beiden erfolgten Ausrichtungen bleibt als letzter Freiheitsgrad die Verdrehung des Moduls
Wie in
Für den letzten Einstellvorgang wird also das Modul
Damit ist die räumliche Orientierung des Moduls
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Messeinrichtungmeasuring device
- 22
- Messmodulmeasurement module
- 33
- Messmodulmeasurement module
- 44
- Industrieroboterindustrial robots
- 55
- Endeffektorend effector
- 66
- Längsachselongitudinal axis
- 77
- Messzylindermeasuring cylinders
- 88th
- Modulmodule
- 99
- GelenkhauptachseHinge main axis
- 1010
- Manipulatormanipulator
- 1111
- Kugelgelenkball joint
- 1212
- SauggreiferSuction pads
- 1313
- Gestellframe
- 1414
- Laserstrahllaser beam
- 1515
- Laserstrahllaser beam
- 1616
- Koordinatensystemcoordinate system
Claims (11)
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Representative=s name: EGE & LEE PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE Representative=s name: EGE & LEE PATENTANWAELTE, DE Representative=s name: EGE LEE & PARTNER PATENTANWAELTE PARTGMBB, DE |
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R082 | Change of representative |
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