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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Onlinebahnführung für einen Roboter, ein Verfahren zur Überwachung einer Applikationsstruktur sowie einen Sensor zum Durchführen dieser Verfahren.
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Um zwei Werkstücke miteinander zu verbinden, bedient man sich der Fügetechnik. Bei dieser Fügetechnik wird eine Applikationsstruktur, zum Beispiel eine Lötnaht, Schweißnaht oder eine Kleberaupe, durch einen Applikator auf ein oder mehrere Werkstücke gleichzeitig aufgebracht. Dieser Applikator ist an einem Arm eines Roboters angebracht. Eine zweite Möglichkeit ist es das Werkstück zu einem Applikator zu führen und mit dem Werkstück die Applikationsbahn abzufahren. Der Roboter oder der Applikator, an dem der Roboter das Werkstück vorbeiführt, weisen ferner eine Überwachungseinheit auf, mit der die auf dem Werkstück aufgebrachten Applikationen hinsichtlich ihrer Qualität optisch überprüft werden können.
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Dabei wird eine Applikationsbahn des Roboters durch ein an das Werkstück angepasstes Roboterprogramm festgelegt. Da die optische Überwachungseinheit jeweils der aufgetragenen Applikationsstruktur so nachgeführt werden muss, dass die Applikationsstruktur immer im Meßfeld der optischen Überwachungseinheit liegt, ist es erforderlich, den Rotationswinkel des Sensors als weiteren Parameter bei der Bahnplanung des Roboters zu programmieren. Dies erfordert einen erheblichen zusätzlichen Programmieraufwand, der gerade bei Verwendung unterschiedlicher Werkstücken bzw. Werkstückvarianten zu einem hohen Zeit- und Pflegeaufwand führt. Zudem ist die Rotationsgeschwindigkeit von weiteren Größen abhängig, wie etwa der Geschwindigkeit des Roboters, was die Programmierung des Rotationssollwinkels zusätzlich erschwert.
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Problematisch ist ferner, dass es nur schwer möglich ist eine, Applikationsstruktur auch bei einer Kurvenfahrt eines Applikators genau zu überwachen. Entsprechendes gilt auch, wenn der Roboter das Werkstück am Applikator und der Messeinheit vorbeiführt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Applikationsbahn eines Roboters einfach und genau festzulegen und eine Applikationsstruktur auch bei einer Kurvenfahrt eines Applikators überwachen zu können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Onlinebahnführung für einen Roboter, mit dem eine Roboterbahn genau festgelegt werden kann, sowie durch ein Verfahren zur Überwachung einer Applikationsstruktur gelöst. Die Aufgabe wird ferner durch einen Sensor gelöst, mit dem diese beiden Verfahren durchführbar sind.
- [A01] Die Erfindung betrifft somit einen Sensor, der eine Durchführung aufweist, in der ein Werkzeug zum Aufbringen einer Applikationsstruktur auf einem Werkstück angeordnet ist. Ist der Sensor in einer ersten Position in Bezug auf die Bewegungsrichtung eines Roboterarms hinter dem Werkzeug angeordnet ist, kann eine Qualitätsprüfung der Applikationsstruktur durchführt werden. Ist der Sensor in einer zweiten Position in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Roboterarms vor dem Werkzeug angeordnet, so kann ein Verfahren zur Onlinebahnführung für einen Roboter durchführt werden.
- [A02] Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Onlinebahnführung eines Roboters aufweisend ein Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken sowie einen Sensor, wobei der Sensor Lichtgeneratoren aufweist und wobei das Verfahren folgende aufeinanderfolgende Schritte enthält:
1. Die Lichtgeneratoren des Sensors werden durch Drehung um eine Drehachse in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Roboterarms auf einer Roboterbahn vor das Werkzeug bewegt;
2. der Roboter fährt die Roboterbahn ab, wobei an ausgewählten Stellen der Roboterbahn Sensorsignale als Referenz abgespeichert werden;
3. der Roboter fährt die Roboterbahn erneut ab, wobei kontinuierlich ein Vergleich zwischen Istwert und Sollwert stattfindet;
4. aus einem Vergleich der Soll- und der Istwerte wird ein Regelsignal gewonnen und die Roboterbahn bei einer Abweichung des Sollwerts von dem Istwert online verändert.
- [A03] Vorzugsweise sind die Lichtgeneratoren des Sensors 5 bis 15 mm und besonders bevorzugt 10 mm vor dem Werkzeug angeordnet.
- [A04] Bei dem Istwert handelt es sich um die tatsächliche Position des Roboters auf der Roboterbahn und bei dem Sollwert um die hinterlegte Position des Roboters auf der Roboterbahn.
- [A05] Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Überwachung einer Applikationsstruktur mittels eines Sensors, wobei die Applikationsstruktur durch ein Werkzeug auf ein Werkstück aufgebracht wird und wobei eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einer Anordnung, die das Werkzeug und den Sensor umfasst, stattfindet, enthaltend folgende aufeinanderfolgende Schritte:
1. Es wird die Position des TCPs (Tool Center Points) des Werkzeugs erfasst.
2. Während das Werkzeug die Applikationsstruktur auf dem Werkstück aufbringt, wird die Information über die Position des TCPs in einer definierten Abtastrate über eine Schnittstelle an den Sensor übertragen.
3. Es wird mithilfe eines Programmes und basierend auf der bekannten Position des Sensors, d.h. zum Beispiel dem Versatz des TCPs gegenüber dem Meßfeld des Sensors, ein Rotationswinkel berechnet, bei dem der Mittelpunkt des Meßfeldes des Sensors eine Applikationsbahn, zum Beispiel einer Raupenbahn, schneidet.
4. Der Sensor wird um den ermittelten Rotationswinkel um die eigene Achse gedreht und es wird die Applikationsstruktur in dem entsprechenden Abschnitt, in dem die Applikationsstruktur gerade aufgebracht wurde, vermessen.
5. Die Schritte 1 bis 4 werden wiederholt, bis die Applikationsstruktur vollständig vermessen wurde.
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Mithilfe des beschriebenen Verfahrens ist es nicht mehr erforderlich, ein separates Programm für die Bewegung des Sensors zu erstellen. Veränderungen des Bearbeitungsprogramms werden automatisch in eine Sensorbewegung umgesetzt. Solche Veränderungen betreffen beispielsweise ein Override (generelle Bahngeschwindigkeitsänderung), die Hinzunahme oder Wegnahme von Bahnpunkten, Änderungen von lokalen Geschwindigkeiten oder Überschleifungsparameter.
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Bei diesem Verfahren wird der Sensor „automatisch“ der Applikationsbahn (Bearbeitungsbahn) nachgeführt, wodurch die Vermessung der Applikationsstruktur direkt nach deren Auftragung auf das Werkstück erfolgt.
- [A06] Das Programm kann dabei im Sensor, in einem externen Rechner oder in einer Robotersteuerung integriert sein.
- [A07] Bei dem Verfahren können das Werkzeug sowie der Sensor feststehend angeordnet sein. Der Roboter führt dabei das Werkstück an dem Werkzeug vorbei, wobei das Werkzeug die Applikationsstruktur auf dem vorbeigeführten Werkstück aufbringt. Dabei dreht sich der Überwachungssensor um das Werkzeug.
- [A08] Möglich ist auch, dass das Werkstück feststeht und das Werkzeug sowie der Sensor an dem Roboter angeordnet sind. Dabei führt der Roboter das Werkzeug entlang der Applikationsbahn, wobei das Werkzeug die Applikationsstruktur auf dem Werkstück aufbringt.
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Ausführungsbeispiele sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Überwachung einer Applikationsstruktur auf einem Werkstück;
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2 eine weitere Ansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung, wobei ein an einem zweiten Abschnitt der Vorrichtung angeordnetes Gehäuse entfernt wurde;
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3 einen Schnitt A-A durch die in 2 gezeigte Vorrichtung;
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4 eine schematische Darstellung einer Anordnung für eine kontaktlose Datenübertragung innerhalb der Vorrichtung;
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5 eine schematische Darstellung einer Anordnung für eine kontaktlose Energieübertragung innerhalb der Vorrichtung;
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6 eine erste der Ansicht der in 2 gezeigten Vorrichtung;
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7 eine zweite Ansicht der in 2 gezeigten Vorrichtung.
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In 1 ist eine Vorrichtung 1 zur Überwachung einer Applikationsstruktur auf einem Werkstück, d.h. ein Sensor, gezeigt. Bei dem Werkstück kann sich beispielsweise um eine Platte aus Kunststoff, Glas oder Metall handeln, auf die die Applikationsstruktur in Form einer Schweißnaht oder einer Klebestoffraupe aufgebracht wird. Das Werkstück mit der darauf aufgebrachten Applikationsstruktur ist in der 1 nicht dargestellt. Die Vorrichtung 1 kann an einem Arm eines mehrachsigen Roboters (nicht dargestellt) angebracht sein, der in einer vorgegebenen Bahn (Soll-Applikationsbahn des Roboters) über das Werkstück bewegt wird. Dabei bildet die Vorrichtung 1 eine weitere Achse des Roboters. Vorzugsweise handelt es sich um einen sechsachsigen Roboter, so dass die an dem Roboterarm angebrachte Vorrichtung 1 eine siebente Achse des Roboters darstellt. Da solche Roboter an sich bekannt sind, wird auf eine detaillierte Beschreibung eines Roboters verzichtet.
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Es ist jedoch auch möglich, dass das Werkstück am Roboter befestigt ist und die Schweißnaht oder die Klebebahn durch ein feststehendes Werkzeug, das drehbar sein kann, aber im festen Bezug zum Roboter steht, aufgebracht wird. Das Werkzeug ist dabei in einer Durchführung des Sensors 1 angeordnet. Bei der Anordnung bestehend aus Werkzeug und Sensor 1 handelt es sich somit um ein externes ansonsten Roboterwerkzeug (externes Tool).
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Die Vorrichtung 1 (Sensor) weist einen ersten feststehenden Abschnitt 2 sowie einen daran angeordneten beweglichen zweiten Abschnitt 3 auf. Der erste Abschnitt 2 sowie der zweite Abschnitt 3 sind jeweils zumindest teilweise von einem Gehäuse 4 bzw. 5 umgeben. An dem ersten Abschnitt 2 sind Anschlüsse, zum Beispiel elektrische Anschlüsse, vorgesehen, wobei in 1 nur ein Anschluss 6 zu sehen ist.
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Im zentralen Bereich des zweiten Abschnitts 3 ist die Durchführung 7 vorgesehen, durch die ein am ersten feststehenden Abschnitt 2 angeordnetes Werkzeug (nicht gezeigt), vorzugsweise ein als Düse ausgebildeter Applikator, durchgeführt ist. Über den Applikator kann Material in Form einer Applikationsstruktur auf das Werkstück aufgebracht werden. Werkzeug und Sensor bilden dabei eine feste Anordnung, wobei das Werkzeug um seine Längsachse drehbar angeordnet sein kann (nicht gezeigt).
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In dem zweiten Abschnitt 3 ist eine optische Überwachungseinheit 9 untergebracht, wobei dieser zweite Abschnitt 3 um eine in einer angedeuteten Achse (Pfeil 11) in einem 360° Winkel um eine Längs achse 10 der Vorrichtung 1 bewegbar ist. Der zweite Abschnitt 3 rotiert somit samt der Überwachungseinheit 9 um die Durchführung 7, in der das nicht gezeigte Werkzeug angeordnet ist (vergleiche Pfeil 11). Die Überwachungseinheit 9 umfasst mindestens eine Kamera sowie mindestens einen Lichtgenerator, wobei die Überwachungseinheit 9 der Vorrichtung 1 zwei Kameras 13, 14 sowie zwei Lichtgeneratoren 12, 15 aufweist. Da die Überwachungseinheit 9 um eine in der angedeuteten Kreisachse (Pfeil 11) in einem 360° Winkel um die Durchführung 7 der Vorrichtung 1 bewegbar ist, kann die Applikationsstruktur hinterschneidungsfrei überwacht werden.
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In 2 ist eine weitere Ansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 dargestellt, wobei das Gehäuse des zweiten Abschnitts 3 entfernt wurde. Die Überwachungseinheit 9 ist an einer Trägerplatte 16, die ebenfalls Teil des zweiten Abschnitts 3 ist, angeordnet. Diese Trägerplatte 16 ist mittels eines nicht zu sehenden Motors kreisförmig (Pfeil 11) um die Längsachse 10 der Vorrichtung 1 bewegbar angeordnet. Die Kamera 14 ist zusammen mit dem ihr gegenüberliegenden Lichtgenerator 12 auf einer Einheit 17 angeordnet. Entsprechendes gilt auch für den Lichtgenerator 15 sowie die Kamera 13, die ebenfalls auf einer solchen Einheit 18 angebracht sind. Diese Einheiten 17, 18 bilden zusammen mit den darauf angeordneten Kameras 13, 14 und den Lichtgeneratoren 12, 15 jeweils eine Messvorrichtung 19, 20. Diese Messvorrichtungen 19, 20 sind in Bezug auf die Ebene, in der die Trägerplatte 16 angeordnet ist um einen bestimmten Winkel α angebracht, welcher auf die hinterschneidungsfreie Erfassung der zu erwartenden Geometrie optimiert ist.
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In 3 ist ein Schnitt A-A durch die in 2 gezeigte Vorrichtung 1 mit dem ersten feststehenden Abschnitt 2 und dem zweiten beweglichen Abschnitt 3 dargestellt. An dem ersten Abschnitt 2 mit dem Gehäuse 4 ist der Anschluss 6 sowie ein weiterer Anschluss 21 zu erkennen. Dabei sind der Lichtgenerator 14 sowie die Kamera 12 der Messvorrichtung 19 trotz des Schnitts A-A durch die Vorrichtung 1 zu erkennen.
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An der Trägerplatte 16 sind im beweglichen zweiten Abschnitt 3 die beiden Messvorrichtungen 19, 20 der optischen Überwachungseinheit 9 angebracht. Auf der anderen Seite der Trägerplatte 16, nämlich in dem ersten Abschnitt 2 sitzt ein als Torquemotor ausgebildeter Motor 24 mit der der zweite Abschnitt 3 der Vorrichtung 1 um eine in einem angedeuteten Kreis (Pfeil 11) in einem 360° Winkel um die Längsachse 10 der Vorrichtung 1 bewegbar angeordnet ist. Zusätzlich sind die Messvorrichtungen 19, 20 in Bezug auf die Ebene, in der sich die Trägerplatte 16 befindet um einen Winkel α angeordnet.
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Der Motor 24 ist dabei Teil des ersten Abschnitts 2, wobei dieser Motor 24 an einem Flansch 27 angeordnet ist. Zu erkennen ist ein Kugellager 25, das zwischen dem feststehenden ersten Abschnitt 2 und dem zweiten Abschnitt 3 angeordnet ist. Dadurch wird ermöglicht, dass sich der zweite Abschnitt 3 um die Durchführung 7 und damit auch um das in der Durchführung 7 angeordnete Werkzeug drehen kann. Ferner umfasst die Vorrichtung 1 eine Anordnung 26 zur kontaktlosen Energieübertragung, mit der Energie von dem ersten feststehenden Abschnitt 2 auf den zweiten Abschnitt 3 übertragen werden kann. Die Anordnung 26 zur kontaktlosen Energieübertragung ist in einen ersten Bereich 28 sowie einen zweiten Bereich 29 unterteilt. Bei dieser Anordnung 26 handelt es sich vorzugsweise um einen Ringkerntransformator mit einem Luftspalt. Dabei ist ein erster Bereich 28 Teil des ersten Abschnitts 2 der Vorrichtung 1 und der zweiter Bereich 29 der Anordnung 26 Teil des zweiten Abschnitts 3 der Vorrichtung 1, wobei sich zwischen den beiden Bereichen 28 und 29 der Luftspalt befindet. Des Weiteren ist in der 3 eine Anordnung zur kontaktlosen Datenübertragung 30 vorgesehen. In dem ersten feststehenden Abschnitt 2 der Vorrichtung 1 ist auch eine Elektronik vorgesehen, mit dem der Motor 24 und die Anordnung 26 für die kontaktlose Energieübertragung gesteuert werden können.
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Zusätzlich weist die Vorrichtung 1 eine Einheit zur Verarbeitung der durch die Überwachungseinheit 9 erhaltenen Daten auf, die in dem rotierenden zweiten Abschnitt 3 der Vorrichtung 1 angeordnet ist. Der Übersicht halber ist jedoch diese Einheit in 3 nicht dargestellt. Da diese Einheit zur Verarbeitung der durch die Überwachungseinheit 9 erhaltenen Daten in dem rotierenden zweiten Abschnitt 3 der Vorrichtung 1 angeordnet ist, führt dies zu einer erheblichen Datenreduktion. Dadurch können die Daten mit sehr niedriger Datenrate zum feststehenden ersten Abschnitt 2 der Vorrichtung 1 übermittelt werden.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Anordnung 30 für eine kontaktlose Datenübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 2, 3 der Vorrichtung 1. Die Daten von der Überwachungseinheit 9 werden in einer Vorrichtung zur Datenverarbeitung 35 reduziert und in einem Modulator 34 moduliert. Diese reduzierten und modulierten Daten werden anschließend an eine Lichtquelle 32, zum Beispiel einen Laser oder eine LED-Lampe, weitergegeben, die schließlich die modulierten Daten in Lichtimpulse umwandelt und an den Empfänger 33 sendet. Zwischen der Lichtquelle 32 und dem Empfänger 33 ist ein konzentrisch angeordneter optischer Ring 36 vorgesehen. In diesen optischen Ring 36 sind die von der Lichtquelle 32 ausgesandten Lichtimpulse eingekoppelt, so dass die Lichtimpulse projiziert werden. Der punktförmige Empfänger 33 leitet sodann die Daten an einen Demodulator 37 weiter, in dem die Daten demoduliert werden und anschließend an eine Datenausgabe 38 übermittelt werden.
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Dadurch kann auf eine aufwändige Verkabelung, zum Beispiel durch Verwendung von Drehkabeln oder Schleifringen, verzichtet werden, wodurch die Vorrichtung 1 sehr kompakt und einfach aufgebaut werden kann. Ferner ist dadurch das Zentrum, frei für andere Bauteile und den Applikator. Des Weiteren wird durch den symmetrischen Aufbau der Anordnung 31 ein Voll-Duplex-Betrieb ermöglicht.
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In 5 ist eine schematische Darstellung der Anordnung 31 für eine kontaktlose Energieübertragung zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt 2, 3 der Vorrichtung 1 dargestellt. Diese Anordnung 31 umfasst einen Zerhacker 39 sowie einen Gleichrichter 40, wobei zwischen dem Zerhacker 39 und dem Gleichrichter 40 der Ringkerntransformator 26 mit dem Luftspalt 41 vorgesehen ist. Dieser Ringkerntransformator 26 besteht aus den beiden Bereichen 28 und 29.
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Dabei dient der Zerhacker 39 dazu, eine Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln, wobei die Spannung beispielsweise 24 V betragen kann. Diese Wechselspannung wird sodann über den Ringkerntransformator 26 auf den Gleichrichter 40 übertragen. Dort wird die Wechselspannung wieder in Gleichspannung umgewandelt. Diese Gleichspannung kann nun Verbrauchern (zum Beispiel der Überwachungseinheit 9, siehe 3) zur Verfügung gestellt werden, wobei Verbraucher in 5 nicht dargestellt sind.
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In 6 ist eine zweite Ansicht der in 2 gezeigten Vorrichtung 1, d.h. des Sensors 1, dargestellt, wobei auf die Trägerplatte 16 geblickt wird. Dabei ist in der 6 nur der rotierende Abschnitt 3 zu sehen, wobei der Abschnitt 3 um 360° um die eigene Achse gedreht werden kann (Pfeil 11). Der Drehwinkel ist somit nicht begrenzt und kann frei vorgegeben werden. Die Rotationsgeschwindigkeit kann ebenfalls frei gewählt werden, so dass es zum Beispiel möglich ist, dass sich der rotierende Abschnitt 3 zwei Mal pro Sekunde um die eigene Achse dreht. Über diese Rotationsgeschwindigkeit kann die Auflösung der erhaltenen Bilder eingestellt werden.
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In der 6 ist die Durchführung 7 zu sehen, in der ein Werkzeug, beispielsweise eine als Applikator ausgebildete Düse, angeordnet ist, die jedoch der Übersicht halber nicht dargestellt ist. Zu erkennen sind die beiden Messvorrichtungen 19 und 20, die an dem drehbaren Abschnitt 3 angeordnet sind. Jede der beiden Messvorrichtungen 19, 20 weist eine Kamera 13 bzw. 14 sowie einen Lichtgenerator 12 bzw. 15 auf.
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Bei den Lichtgeneratoren 12 und 15 handelt es sich um Lichtschnittelemente. Diese Lichtschnittelemente 12, 15 weisen jeweils eine Lichtlinie 22, 23 auf, die durch den Drehpunkt der Rotationsache gehen. In 6 sind die Lichtlinien 22, 23 nach Innen geneigt. In dieser Stellung können mittels der Lichtschnittelemente 12, 15 beispielsweise Oberflächen eines Rohres abgetastet werden.
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Beide Lichtlinien 22, 23 sind so angeordnet, dass sie in einer Flucht liegen und somit eine gemeinsame Linie auf dem Messobjekt, zum Beispiel der Kleberaupe (nicht gezeigt), bilden. Die Lichtlinien 22, 23 können aber nach außen geneigt sein, damit die Abtastung eines Inneren eines runden Körpers (nicht dargestellt) möglich ist. Zeigen die Lichtlinien 22, 23 senkrecht nach unten, so kann ein Körper hinterschneidungsfrei von oben vermessen werden.
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Da der rotierende Abschnitt 3 frei gedreht werden kann, kann ein Objekt von allen Seiten hinterschneidungsfrei 3D-digitalisiert werden. Wird als Licht ein Laser gewählt, so handelt es sich bei den beiden Lichtlinien 22, 23 um Laserlinien.
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Vorteilhaft ist dabei, dass mit dem Lichtschnittverfahren eine hochgenaue Erfassung der Oberfläche einer Applikation oder einer Fräsung weitgehend fremdlichtunabhängig erfolgen kann. In der Durchführung 7 kann zudem noch eine Kamera angebracht, so dass zum Beispiel Farbinformationen gewonnen werden oder das Bildfeld der Vorrichtung 1 positioniert werden können.
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In 7 ist eine dritte Ansicht der in 2 gezeigten Vorrichtung 1 dargestellt, wobei ebenfalls auf die Trägerplatte 16 geblickt wird. Im Gegensatz zu der in 6 gezeigten Ansicht, besitzen die beiden Messvorrichtung 19, 20 eine andere Position, so dass die beiden Lichtgeneratoren 12 und 15 und damit die beiden Lichtlinien 22, 23 hinter der Drehachse des Abschnitts 3 der Vorrichtung 1 liegen. Durch eine solche Anordnung der beiden Lichtgeneratoren 12, 15 und damit der entsprechenden Lichtlinien 22, 23 kann, während Material über das Werkzeug (nicht dargestellt) aufgetragen (Materialauftrag) oder abgetragen (Fräsung) wird, die Oberfläche abgetastet werden. Die Bearbeitung einer Oberfläche sowie das optische Abtasten dieser Oberfläche können damit in einem Arbeitsgang, d.h. online, erfolgen. Da das Abtasten sowie das Bearbeiten einer Oberfläche in einem Arbeitsschritt erfolgen, können auch stark gekrümmte Bahnen bearbeitetet und gleichzeitig vermessen werden.
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Ist die Vorrichtung 1, d.h. dem Sensor 1, an einem Roboterarm befestigt, ist es damit möglich, mit der Vorrichtung 1 eine Onlinebahnführung für den Roboter aufzubauen. Dazu müssen die Lichtgeneratoren 12, 15 und damit auch die Lichtlinien 22, 23 vor dem Werkzeug, zum Beispiel einer Düse, angeordnet werden. Dies kann durch Drehung des beweglichen Abschnitts um 180° geschehen, so dass die Lichtgeneratoren 12, 15 nicht mehr hinter (7) sondern in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Roboterarms vor dem Werkzeug angeordnet sind (nicht dargestellt). Damit liegt der Aufnahmebereich des Sensors vor dem Werkzeug, weil auch die Lichtschnittlinien der beiden Lichtlinien 22, 23 vor dem Werkzeug liegen.
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Bei der Onlinebahnführung wird zunächst eine Roboterbahn eingelernt oder aus einem Offline-Programmiersystem übernommen. In 7 verläuft die Roboterbahn dabei von links nach rechts (vergleiche Pfeil 42). Diese Roboterbahn kann zum Beispiel eine Schweißbahn oder eine Klebebahn sein. In der Einrichtungsphase wird der Sensor 1 so eingestellt, dass seine Lichtgeneratoren 12, 15 zum Beispiel 10 mm vor der Bearbeitungsposition stehen. An ausgewählten Stellen der Roboterbahn, werden die von dem Sensor 1 empfangenen Sensorsignale als Referenz abgespeichert. Über diese als Referenz abgespeicherten Sensorsignale wird somit die Roboterbahn in dem Sensor 1 hinterlegt.
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Dies hat den Vorteil, dass bei der Bearbeitung des Werkstücks, das Werkstück an einer leicht anderen Position liegen oder das Werkstück eine leicht andere Form haben kann. Diese Toleranzen werden nun online ausgeglichen. Die Roboterbahn wird abgefahren und das gespeicherte Sensorsignal mit der tatsächlichen Position verglichen. Es wird somit kontinuierlich die tatsächliche Position (Istwert) mit der im Sensor 1 hinterlegten Position (Sollwert) verglichen. Dieser Vergleich findet bei der Bearbeitung des Werkstücks vorlaufend statt.
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Aus einem Vergleich der Sollwerte mit den Istwerten wird ein Regelsignal gewonnen und die Roboterbahn bei Bedarf online (während der Applikationsfahrt) korrigiert. Durch die besondere Eigenschaft des Sensors 1, d.h. weil der Sensor 1 seine Betrachtungsposition durch die zusätzliche Drehachse frei bewegen kann, ist es somit möglich, auch engen Kurvenradien vorlaufend zu folgen und eine sinnvolle Bahnregelung ohne Unterbrechungen zu ermöglichen.
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Es versteht sich, dass das Werkzeug sowie der Sensor auch feststehend angeordnet sein können. In diesem Fall führt der Roboter das Werkstück an dem Werkzeug sowie dem Sensor vorbei.
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Das Verfahren zur Onlinebahnführung eines Roboters umfasst somit folgende aufeinanderfolgende Schritte, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sowie dem Sensor stattfindet und wobei der Sensor Lichtgeneratoren aufweist:
- 1. Die Lichtgeneratoren des Sensors werden durch Drehung um eine Drehachse in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Roboterarms auf einer Roboterbahn vor das Werkzeug bewegt;
- 2. der Roboter fährt die Roboterbahn ab, wobei an ausgewählten Stellen der Roboterbahn Sensorsignale des Sensors als Referenz (Sollwert) abgespeichert werden;
- 3. der Roboter fährt die Roboterbahn erneut ab, wobei kontinuierlich ein Vergleich zwischen der tatsächlichen Position (Istwert) des Roboters auf der Bahn und der hinterlegten Position (Sollwert) stattfindet;
- 4. aus einem Vergleich der Soll- und der Istwerte wird ein Regelsignal gewonnen und die Roboterbahn bei einer Abweichung des Sollwerts von dem Istwert online entsprechend korrigiert bzw. verändert.
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Vorzugsweise sind die Lichtgeneratoren des Sensors 5 bis 15 mm, und besonders bevorzugt 10 mm vor dem Werkzeug, das heißt vor der Bearbeitungsposition, angeordnet.
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Von Vorteil ist ferner, dass mit diesem an dem Roboterarm angebrachten Sensor 1 das Aufbringen einer Applikationsstruktur oder auch einer Fräsung während des entsprechenden Arbeitsvorgangs kontrolliert werden kann. Wie bereits erwähnt, bildet der an den Roboterarm angebrachte Sensor 1 eine weitere Achse, wobei an dem Roboter das Werkzeug, zum Beispiel das Applikationswerkzeug, angeordnet ist. Besitzt der Roboter somit sechs Achsen, so wird durch den Freiheitsgrad des Sensors 1 eine siebte Achse generiert. Dieser weitere Freiheitsgrad kann verwendet werden, um den Betrachtungspunkt des Sensors 1 auf der Applikationsbahn oder der Fräsbahn zu kontrollieren.
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Entsprechendes gilt auch, wenn ein externes Tool vorgesehen ist, d.h. wenn das Werkzeug sowie der Sensor feststehen. In diesem Fall bewegt der Roboter das Werkstück an dem feststehenden Werkzeug vorbei. Dabei ist es möglich, dass sich das feststehende Werkzeug um die eigene Längsachse dreht. Auch in diesem Fall dreht sich der Sensor um das Werkzeug.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, den Betrachtungspunkt automatisch nachzuführen. Unter Betrachtungspunkt versteht man dabei den Punkt, den der Sensor 1 kontrolliert, während der Sensor 1 die Roboterbahn abfährt. Dazu ist ein Roboterprogramm vorgesehen, das diesen Betrachtungspunkt automatisch aus der Bewegung des TCPs (TPC = Tool Center Point) des Werkzeugs bestimmt, wobei unter TPC die Lage des Werkzeugkoordinatensystems verstanden wird. Diese Information, d.h. der Information über die Bewegung des TCPs des Werkzeugs, wird über eine Schnittstelle an den Sensor 1 übertragen. Mit dieser Information wird die Drehbewegung des Sensors 1 automatisch gesteuert. Es deshalb nicht notwendig, ein separates Programm für die Bewegung des Sensors zu erstellen. Veränderungen in der Roboterbewegung werden automatisch in eine Sensorbewegung umgesetzt. Solche Veränderungen können zum Beispiel sein: Override (Veränderung der Bahngeschwindigkeit), Hinzunahme von Messpunkten (Bahnpunkten), Änderungen von lokalen Geschwindigkeiten etc.
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Der Sensor wird also bei diesem Verfahren „automatisch“ und ohne einen vorherigen Teachvorgang der Bearbeitungsbahn nachgeführt.
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Das Betrachtungsfeld des Sensors 1 kann auch so gewählt werden, dass nicht nur die Bahn des Klebers und deren Ausprägung verfolgt wird sondern auch Kanten oder Konturen, die zum Beispiel parallel zur Klebebahn liegen, kontrolliert werden können. Es wird also überprüft, ob sich die Kleberaupe am richtigen Ort auf dem Werkstück befindet.
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Dabei kann eine Leerfahrt durchgeführt werden, d.h. es wird eine Fahrt durchgeführt, ohne dass Klebematerial auf das Werkstück aufgebracht wird. Damit wird die Kontur der Bahn ohne Kleber aufgenommen. Diese Kontur wird anschließend mit der Kontur nach Kleberauftrag verglichen. Damit kann eine Klebebahn sicher berechnet werden, wenn keine Bereiche außerhalb der Klebebahn sichtbar sind oder diese optisch gestört sind.
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Die Auswertung der Klebebahn kann im 3D-Bereich durchgeführt werden. Es wird dabei die Kontur der Klebebahn an beliebigen Schnittpunkten bestimmt. Typischerweise werden mehrere Tausend Punkte einer Bahn vermessen und somit auch mehrere Tausend Konturen einer Klebebahn bestimmt, wobei von einem gewollten Raupenquerschnitt ausgegangen wird, zum Beispiel von einer Dreiecksraupe, einer Rundraupe oder einer Linsenraupe. Von diesen Kurvenformen können geometrische Werte (Höhe, Breite, Flächeninhalt etc.) bestimmt werden. Ausgehend von diesen geometrischen Werten kann auf die Qualität der Kleberaupe geschlossen werden. Als Qualitätsmerkmale gelten dabei beispielsweise die richtige Ausprägung der Raupe, das Nichtvorhandensein von Fehlstellen oder die richtige Lage der Raupe zu einer Referenz auf einem Werkstück.
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Bei einigen Raupenformen ist die Auswertung des Querschnitts nicht ohne Weiteres möglich, so dass der SWIRL-Auftrag bekannt sein muss, wie er bei einem Wirbelsprühen auftritt. Bei solchen Raupen wird aus der Zusammensetzung der Schnitte ein 3D-Bild erzeugt, dass in ein höhencodiertes Grauwertbild umgesetzt werden kann. In diesem Grauwertbild wird nach einer Filterung die Qualität der Raupe beurteilt. Hier können dann wiederum die Höhe, die Breite und das Volumen der Raupe bestimmt werden.
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Durch die Anwendung der Lichtschnitttechnik ist die Bestimmung der Geometrieparameter praktisch ohne Farbbeeinflussung möglich. Es können daher zum Beispiel dunkle Raupen auf dunklem Hintergrund problemlos erkannt werden. Dieses Verfahren eignet sich somit auch gut zur Qualitätskontrolle von schwarzen Kleberaupen auf Oberflächen aus karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK Oberflächen).
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Die Verwendung von zwei Lichtschnitten (vergleiche Lichtlinien 22, 23 in 7), zum Beispiel von zwei Laserschnitten, die V-förmig angeordnet sind, ermöglicht es, Dreiecksraupen auch im stark reflektierenden Zustand zu kontrollieren, da hier die Reflexbedingungen besonders günstig sind.
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Durch den Sensor 1 kann die Raupe, zum Beispiel eine Kleberaupe, als Schnitt dargestellt werden. Die Raupe kann aber auch als 3D-Bild in Bezug auf das Werkstück dargestellt werden. Ferner ist es möglich, die Raupe als höhencodiertes Grauwertbild darzustellen, wobei auch das Werkstück mit in Betracht gezogen werden kann.
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Die automatische Auswertung der Bahn und die spezielle Anbindung der Sensorbewegung an das Werkzeug ermöglicht es somit, Nacharbeitungsstellen automatisch zu erkennen und solche Stellen automatisch zu reparieren. Spezielle Roboterprogramme sind dazu nicht erforderlich. Durch den bekannten Bezug zwischen Sensor und Werkzeug kann der Nachbearbeitungsort automaisch berechnet und eine automatische Reparatur sowie deren anschließende Kontrolle durchgeführt werden.
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Damit umfasst das Verfahren zur Qualitätsüberprüfung einer auf einem Werkstück aufgebrachten Applikationsstruktur folgende aufeinanderfolgende Schritte, wobei eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Werkzeug sowie dem Sensor stattfindet und wobei die Applikationsstruktur mittels des Werkzeugs auf dem Werkstück aufgebracht wird:
- 1. Es wird die Position des TCPs (Tool Center Points) des Werkzeugs erfasst.
- 2. Während das Werkzeug die Applikationsstruktur auf dem Werkstück aufbringt, wird die Information über der Position des TCPs in Bezug auf das zu bearbeitende Werkstück in einer definierten Abtastrate über eine Schnittstelle an den Sensor übertragen. Der Sensor erhält damit also Informationen über die Strecke, auf der die Applikationsstruktur aufgebracht wird.
- 3. Es wird mithilfe eines Programmes und basierend auf der bekannten Position des Sensors, d.h. zum Beispiel dem Versatz des TCPs gegenüber dem Meßfeld des Sensors, ein Rotationswinkel berechnet, bei dem der Mittelpunkt des Meßfeldes des Sensors eine Applikationsbahn schneidet. Das Programm kann dabei im Sensor, in einem externen Rechner oder in der Robotersteuerung integriert sein.
- 4. Der Sensor wird um den ermittelten Rotationswinkel um die eigene Achse gedreht und es wird der entsprechende Bereich der Applikationsstruktur, d.h. der Ort, an dem die Applikationsstruktur gerade aufgebracht wurde, optisch vermessen.
- 5. Die Schritte 1 bis 4 werden wiederholt, bis die Applikationsstruktur vollständig vermessen wurde.
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Bei diesem Verfahren wird der Sensor somit „automatisch“ der Bearbeitungsbahn (Applikationsbahn) nachgeführt.
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Mithilfe des beschriebenen Verfahrens ist es nicht mehr notwendig, ein separates Programm für die Bewegung des Sensors bereitzustellen. Veränderungen des Bearbeitungsprogramms werden automatisch in eine Sensorbewegung umgesetzt. Solche Veränderungen betreffen beispielsweise ein Override (Veränderungen der Bahngeschwindigkeit), die Hinzunahme oder Wegnahme von Bahnpunkten, Änderungen von lokalen Geschwindigkeiten oder Überschleifungsparameter.
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Damit können die Lichtgeneratoren des Sensors eine erste Position einnehmen, wobei diese erste Position in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Roboterarms hinter dem Werkzeug liegt, und eine zweite Position einnehmen, wobei diese zweite Position in Bezug auf die Bewegungsrichtung des Roboterarms vor dem Werkzeug liegt. Befinden sich die Lichtgeneratoren in der ersten Position, so kann eine Qualitätsprüfung einer Applikationsstruktur durchgeführt werden. Befinden sich die Lichtgeneratoren hingegen in der zweiten Position, so kann ein Verfahren für eine Onlinebahnführung eines Roboters durchgeführt werden.
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Bei dem Verfahren zur Qualitätsüberprüfung kann das Werkstück feststehen und das Werkzeug sowie der Sensor an dem Arm des Roboters angeordnet sein. Dabei führt der Roboter das Werkzeug entlang der Applikationsbahn, wobei das Werkzeug die Applikationsstruktur auf dem Werkstück aufbringt. Auch in diesem Fall dreht sich der Sensor um das Werkzeug.
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Es ist aber auch möglich, dass die Anordnung bestehend aus dem Werkzeug sowie dem Sensor feststehend angeordnet ist. Der Roboter führt dabei das Werkstück an dem Werkzeug vorbei, wobei das Werkzeug die Applikationsstruktur auf dem vorbeigeführten Werkstück aufbringt. Der Überwachungssensor dreht sich dabei um das Werkzeug und überprüft die Qualität der aufgebrachten Applikationsstruktur.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Abschnitt
- 3
- Abschnitt
- 4
- Gehäuse
- 5
- Gehäuse
- 6
- Anschluss
- 7
- Durchführung
- 8
-
- 9
- Überwachungseinheit
- 10
- Längsachse
- 11
- Pfeil
- 12
- Lichtgenerator
- 13
- Kamera
- 14
- Kamera
- 15
- Lichtgenerator
- 16
- Trägerplatte
- 17
- Einheit
- 18
- Einheit
- 19
- Messvorrichtung
- 20
- Messvorrichtung
- 21
- Anschluss
- 22
- Laserlinie
- 23
- Laserlinie
- 24
- Motor
- 25
- Kugellager
- 26
- Anordnung
- 27
- Flansch
- 28
- Bereich
- 29
- Bereich
- 30
- Anordnung für eine kontaktlose Datenübertragung
- 31
- Anordnung für eine kontaktlose Energieübertragung
- 32
- Lichtquelle
- 33
- Empfänger
- 34
- Modulator
- 35
- Vorrichtung zur Datenverarbeitung
- 36
- Ring
- 37
- Demodulator
- 38
- Datenausgabe
- 39
- Zerhacker
- 40
- Gleichrichter
- 41
- Luftspalt
- 42
- Bewegungsrichtung
