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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen und/oder Einmessen eines an einem Roboter (Manipulator) befestigten Werkzeugs innerhalb der Roboterzelle.
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Unter einer Roboterzelle wird eine Roboterarbeitsstation verstanden, die wenigstens einen Roboter (Industrieroboter) aufweist, wobei der Roboter mit einem Werkzeug (auch als Equipment bezeichnet) ausgerüstet ist, das am Anschlussflansch (Roboterhand) des Roboters befestigt ist. Bei dem Werkzeug handelt es sich insbesondere um ein Handhabungswerkzeug, wie bspw. einen Greifer (z. B. eine Greifzange oder eine Greifspinne mit mehreren Greifelementen) oder um ein Fertigungswerkzeug, wie bspw. eine Schweißzange, eine Nietzange, eine Bolzenzange, einen Schweißkopf oder Bolzenschweißkopf, oder dergleichen. Solche Roboterzellen bzw. Roboterarbeitsstationen finden sich bspw. in Fertigungsstraßen von Automobilherstellern.
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Während des Betriebs unterliegt das am Roboter befestigte Werkzeug einem Verschleiß (bspw. an Wälzlagern) und/oder kann beschädigt werden (bspw. durch Kollision), was zu Störungen führt. Turnusmäßig (bspw. nach Herstellervorgabe) oder falls eine Störung erkannt oder vermutet wird, muss das Werkzeug vom Roboter abgebaut und in einer Werkstatt durch Messen überprüft werden. Dies ist aufwändig und mit Stillstandzeiten verbunden. Auch das so genannte Einmessen eines Werkzeugs ist mit einem gewissen Aufwand verbunden.
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Die
DE 20 2005 010 299 U1 beschreibt eine Messvorrichtung mit zwei Kameras für Industrieroboter. Die Vorrichtung dient auch zur Vermessung des verwendeten Werkzeuges hinsichtlich seines Arbeitspunktes. Zur Bestimmung der Lage des Werkzeugarbeitspunktes (Tool Center Point, TCP) des Roboters wird die Vorrichtung fest im Arbeitsraum der Maschine platziert. Mit dem am Industrieroboter angebrachten Arbeitswerkzeug fährt man aus unterschiedlichen Richtungen exakt in den (in den Kamerabildern markierten) Arbeitspunkt des Messwerkzeuges. Die hierbei ermittelten Positionsdaten können nachfolgend zur Berechnung des TCP verwendet werden.
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Die Erfindung soll Möglichkeiten aufzeigen, wie wenigstens ein mit dem Stand der Technik einhergehender Nachteil vermieden oder zumindest verringert werden kann.
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Dies gelingt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend Patentanspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen und/oder Einmessen eines an einem Roboter befestigten Werkzeugs innerhalb der Roboterzelle sieht vor, dass das Werkzeug zu wenigstens einer im Arbeitsraum des Roboters ortsfest angeordneten Messvorrichtung bewegt wird und an dieser Messvorrichtung wenigstens eine Messung, insbesondere eine taktile (d. h. berührende) Messung, durchgeführt wird.
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Unter Überprüfen wird eine bei Bedarf (d. h. falls eine Störung erkannt oder vermutet wird) oder turnusmäßig durchgeführte Überprüfung des am Roboter befestigten Werkzeugs durch Ausführen wenigstens einer Messung verstanden, wobei insbesondere die Geometrie des Werkzeugs, bspw. durch Vergleich mit einer Soll-Geometrie, überprüft wird (d. h. die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführte Überprüfung des Werkzeugs ist insbesondere eine geometrische Überprüfung).
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist gleichermaßen auch für das Einmessen eines Werkzeugs geeignet. Unter Einmessen bzw. Einmessung wird das Überprüfen bzw. die Überprüfung eines am Roboter befestigten Werkzeugs bei dessen erstmaliger Inbetriebnahme oder Wiederinbetriebnahme nach Wechsel verstanden, wobei die Ergebnisse des Einmessens auch für die Programmierung des Roboters (d. h. zur Erstellung oder Anpassung eines Arbeitsprogramms) verwendbar sind.
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Eine mit der Messvorrichtung durchgeführten Messung wird an einem definierten, geometrierelevanten und insbesondere auch gut zugänglichen Messpunkt des Werkzeugs ausgeführt (z. B. an Bolzen oder Aufnahmestiften eines Handhabungswerkzeugs). Das Werkzeug wird entsprechend mit Hilfe des Roboters relativ zur Messvorrichtung positioniert, so dass die ortsfeste Messvorrichtung das Werkzeug am Messpunkt messen kann. Bevorzugt gibt die Messvorrichtung einen Längen- oder Winkelwert aus, mit dem am Messpunkt auf die Ist-Geometrie des Werkzeugs geschlossen werden kann und womit ein Vergleich mit der Soll-Geometrie möglich ist. Bei Abweichungen von der Soll-Geometrie, die außerhalb einer zulässigen Toleranz liegen, ist das Werkzeug beschädigt und/oder verschlissen. Ein Ist-Soll-Vergleich und eine Bewertung des Ergebnisses kann manuell oder automatisiert erfolgen.
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Bevorzugt sind am Werkzeug mehrere Messpunkte definiert bzw. vorgesehen, die gleichzeitig mittels mehrerer Messvorrichtungen gemessen werden können. Insbesondere werden die Messpunkte mit Hilfe des Roboters nacheinander abgefahren, so dass diese an einer oder an mehreren ortsfesten Messvorrichtungen innerhalb der Roboterzelle gemessen werden können.
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Mehrere Messungen können jeweils in der selben Raumrichtung oder in unterschiedlichen Raumrichtungen erfolgen. Auch an einem Messpunkt können Messungen in unterschiedlichen Raumrichtungen erfolgen, was mit Hilfe einer einzelnen entsprechend ausgebildeten Messvorrichtung, die hierzu gegebenenfalls mehrmals aus unterschiedlichen Raumrichtungen angefahren wird, oder mit Hilfe mehrerer entsprechend ausgerichteter Messvorrichtungen erfolgen kann. Die Erfindung soll insbesondere die Möglichkeit bieten, ein am Roboter befestigtes Werkzeug in allen drei Hauptraumrichtungen (x, y, z) überprüfen zu können.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine Messung oder mehrere Messungen nicht direkt am Werkzeug vorgenommen werden, sondern indirekt über wenigstens ein am Werkzeug gehaltenes Werkstück erfolgt/erfolgen. Ein solches Werkstück kann bspw. ein Bolzen (Schweißbolzen) oder ein Blechbauteil sein. Ein Blechbauteil weist bspw. Aufnahmelöcher oder dergleichen auf, die zur Überprüfung des Zustands des Werkzeugs optimal genutzt werden können; greift bspw. ein zur Messvorrichtung gehörender Messdorn oder Messtaster nicht richtig in ein solches Aufnahmeloch ein, ist das das Blechbauteil haltende Werkzeug mit hoher Wahrscheinlichkeit beschädigt und/oder verschlissen. (In der Regel tritt Verschleiß und/oder Schaden zuerst am Werkzeug auf, so dass der Roboter als Fehlerquelle zunächst ausgeschlossen werden kann.)
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Die Bewegungen bzw. Verfahrbewegungen des Roboters werden bevorzugt von einer Steuereinrichtung mit einem eigens hierzu erstellten Messprogramm (Diagnoseprogramm) gesteuert. Bei dem Messprogramm kann es sich um ein adaptiertes bzw. umgeschriebenes Arbeitsprogramm handeln. Für verschiedene Werkzeuge, die an dem betreffenden Roboter befestigbar sind, und/oder für verschiedene mittels Werkzeug zu haltende Werkstücke können unterschiedliche Messprogramme vorgesehen und in der Steuereinrichtung hinterlegt sein.
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Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass beim Abfahren mehrerer Messpunkte die Verfahrbewegung zum jeweils nächsten Messpunkt manuell ausgelöst werden muss. Wurde das am Roboter befestigte Werkzeug zu einer Messposition bewegt, kann zunächst die Messung ohne Zeitvorgabe bewertet bzw. ausgewertet werden, bevor dann das Werkzeug zur nächsten Messposition bewegt bzw. verfahren wird.
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Bei der Messvorrichtung kann es sich um eine taktile Messvorrichtung handeln. Eine taktile Messvorrichtung ist bspw. ein Messdorn, eine Messspitze, ein Messtaster, ein Messanschlag und insbesondere eine Messuhr, bspw. eine elektronische oder mechanische Messuhr. Eine Messvorrichtung kann auch ein elektrischer Initiator sein.
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Bei dem Roboter handelt es sich insbesondere um einen Knickarmroboter (Gelenkarmroboter). Der Roboter ist insbesondere mit einer zugehörigen Steuereinrichtung ausgestattet.
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Das am Roboter befestigte Werkzeug kann bei erkannten Abweichungen von einer Sollgeometrie sofort vor Ort korrigiert, repariert und/oder eingestellt bzw. justiert werden, insbesondere ohne dieses vom Roboter abzubauen. Handelt es sich bei dem Werkzeug (Equipment) bspw. um eine Greifspinne mit mehreren Greifelementen, so kann nach und nach jedes Greifelement überprüft und bei Abweichungen direkt vor Ort neu ausgerichtet bzw. justiert werden. Die Anordnung der Messvorrichtung innerhalb der Roboterzelle sollte idealerweise so gewählt werden, dass das Werkzeug zur Reparatur oder Justage gut zugänglich ist. Die Erfindung ist, wie bereits erläutert, auch zum Einmessen, d. h. zur Überprüfung und/oder Einstellung bzw. Justage neuer Werkzeuge, geeignet, was bspw. beim Aufbau neuer Anlagen hilfreich ist.
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Die Messvorrichtung kann derart angeordnet sein, dass sich diese im Arbeitsraum mehrerer Roboter befindet und zum Überprüfen bzw. Einmessen deren Werkzeuge verwendbar ist, wobei die an den Robotern ausgeführten Messprogramme kopiert und an die jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden können.
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Eine Messvorrichtung kann im Übrigen auch transportabel ausgebildet sein, worunter insbesondere verstanden wird, dass diese einfach ein- und ausbaubar ist (was der ortfesten Anordenbarkeit nicht entgegensteht) und somit bspw. auch in verschiedenen Roboterzellen verwendet werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen und nicht maßstabsgerechten Figur beispielhaft näher erläutert. Die in der Figur gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von konkreten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung weiterbilden.
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1 zeigt in einer Seitenansicht eine Roboterzelle.
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Die Roboterzelle 100 weist einen Roboter 110, wobei es sich um einen Knickarmroboter handelt, und ein daran befestigtes Werkzeug 120, wobei es sich bspw. um einen Bolzenschweißkopf handelt (ebenso könnte es sich auch um einen Greifer bzw. ein Handhabungswerkzeug für ein Blechbauteil oder dergleichen handeln), auf. Das Werkzeug bzw. der Bolzenschweißkopf 120 kann mit Hilfe des Roboters 110 in dem durch die ermöglichten Roboterbewegungen definierten Arbeitsraum bewegt werden. Eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Roboters 110 und/oder des Bolzenschweißkopfs 120 ist nicht dargestellt. Im Arbeitsraum des Roboters 110 befinden sich ferner zwei ortfest angeordnete Messvorrichtungen 210 und 220, wobei es sich beispielhaft um zwei analoge Messuhren handelt.
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Der geometrische Zustand des Bolzenschweißkopfs 120 wird beispielhaft an den Messpunkten P1 und P2 durch taktile Messungen überprüft. Hierfür wird ein eigens hierzu erstelltes Messprogramm gestartet und der am Roboter 110 befestigte Bolzenschweißkopf 120 wird mit Hilfe des Roboters 110 in die gezeigte Position verfahren. Zunächst wird nun die untere Messuhr 210 in vertikaler Richtung (–z) angefahren (siehe Pfeil A; bspw. um –1 mm), danach wird, insbesondere erst nach manueller Freigabe, in horizontaler Richtung (+x) die obere Messuhr 220 angefahren (siehe Pfeil B), wobei diese Abfolge nur beispielhaft ist. An beiden Messpunkten P1 und P2 nimmt der Bolzenschweißkopf 120 eine definierte Position und Lage relativ zu der jeweiligen Messuhr 210/220 ein.
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Liegen Abweichungen von der Soll-Geometrie vor (d. h. Abweichungen in z-Richtung und/oder Abweichungen in x-Richtung), können diese an den Messuhren 210/220 direkt oder indirekt abgelesen werden (selbiges gilt analog für zu erfassende Abweichungen in y-Richtung), wobei anhand der Messuhren 210/220 die Abweichungen auch quantifizierbar sind. Werden anstelle der Messuhren 210/220 oder ergänzend zu den Messuhren 210/220 z. B. Messspitzen oder dergleichen verwendet, so können etwaige Abweichungen (auch in anderen Raumrichtungen) zumindest qualitativ erfasst werden, wobei auch eine gleichzeitige qualitative und quantitative Erfassung von Abweichungen, insbesondere in verschiedenen Raumrichtungen, möglich ist.
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Werden Abweichungen der Ist-Geometrie von der Soll-Geometrie ermittelt, kann der Bolzenschweißkopf 120 sofort bzw. direkt vor Ort korrigiert, repariert und/oder eingestellt bzw. nachjustiert werden, ohne dass dieser hierzu vom Roboter 110 abgebaut werden muss. Stillstandzeiten werden so verringert. Ferner kann die Anzahl bereitgestellter Ersatzwerkzeuge reduziert werden, was Platz- und Kostenersparnisse mit sich bringt.
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Eine besonders bevorzugte Variante sieht vor, dass das Werkzeug 120 nicht direkt, sondern indirekt anhand wenigstens eines von diesem Werkzeug 120 gehaltenen Werkstücks überprüft wird. Ein solches Werkstück ist bspw. ein Schweißbolzen 300 (oder ein Blechbauteil). Am dargestellten Schweißbolzen 300 können Messpunkte definiert werden, an denen analog zur vorausgehend erläuterten Vorgehensweise Messungen durchgeführt werden können. Diese indirekte Überprüfung des Werkzeugs 120 hat eine hohe Aussagekraft für die in der Roboterzelle 100 auszuführenden Arbeitsprozesse.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Roboterzelle (Roboterstation)
- 110
- Roboter
- 120
- Werkzeug
- 210
- Messvorrichtung
- 220
- Messvorrichtung
- 300
- Werkstück
- P1
- Messpunkt
- P2
- Messpunkt
- A
- Messbewegung
- B
- Messbewegung
- x
- Raumrichtung
- y
- Raumrichtung
- z
- Raumrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202005010299 U1 [0004]
