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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Messsystem und insbesondere ein Messsystem, das für das Ausführen der Kalibrierung der Position eines distalen Endabschnitts eines Roboters verwendet wird.
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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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In jüngster Zeit werden die Aufgaben, die ein Roboter an einem tatsächlichen Installationsort auszuführen hat (Betriebe des Roboters), durch Offline-Teaching eingestellt, um die Zeit, die für das Einstellen des Roboters am tatsächlichen Installationsort erforderlich ist, zu verkürzen.
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Beim Offline-Teaching werden ein Modell des Roboters, ein Modell der Ausrüstung in der Umgebung des Roboters am Installationsort, ein Modell eines Werkstücks und Ähnliches in einer Simulationseinrichtung eingestellt und ein Betriebsprogramm für den Roboter am Installationsort wird in der Simulationseinrichtung erstellt.
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Eine tatsächliche Position des distalen Endabschnitts des Roboters unterscheidet sich aufgrund von Montagefehlern, des Einflusses der Schwerkraft oder Ähnlichem leicht von der Position des distalen Endabschnitts des Roboters, die von der Simulationseinrichtung berechnet wird. Solche Unterschiede variieren abhängig von der Größe des Roboters, dem Gewicht des Werkstücks, das vom Roboter gehandhabt wird, und Ähnlichem, und die Unterschiede können in einigen Fällen ca. 5 mm betragen. Aus diesem Grund können Fehler auftreten, wenn der Roboter vom Betriebsprogramm, das mittels Offline-Teaching erstellt wird, am Installationsort betrieben wird
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Aus den oben genannten Gründen wird der Unterschied zwischen der Position des distalen Endabschnitts des Roboters am Installationsort und einer Position, die vom Betriebsprogramm beabsichtigt ist, gemessen, und eine Korrektur (Kalibrierung) des Betriebsprogramms wird auf der Grundlage des Messergebnisses ausgeführt.
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Ein Messsystem für das Messen der Position eines distalen Endabschnitts eines Roboters ist bekannt, und das System verwendet ein Verfahren, bei dem drei Wellen am distalen Endabschnitt des Roboters fixiert sind, sodass die Längsachsen der Wellen im rechten Winkel zueinander stehen, und gleichzeitig sind jeweils Reflektoren an beiden Enden jeder Welle montiert, und die Positionen der Reflektoren werden von einer Messvorrichtung gemessen (siehe beispielsweise
JP 2017-019072 A ).
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Ferner ist in
US 2002/0038855 A1 ein Verfahren zum Kompensieren einer Position eines Roboters unter Verwendung eines Laser-Messinstruments beschrieben.
US 2016/0178348 A1 offenbart außerdem ein dreidimensionales Koordinatenmesssystem mit einem Retroreflektor und einem Lasertracker.
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ENTGEGENHALTUNGSLISTE
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PATENTLITERATUR
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JP 2017-019072 A
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US 2002/0038855 A1
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US 2016/0178348 A1
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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TECHNISCHE AUFGABE
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Die sechs Reflektoren, die im Messsystem verwendet werden, weisen eine Kugelform auf, und ein Winkelbereich von 120° in Bezug auf den Mittelpunkt der Kugel ist als Einfallsbereich eingestellt. Diese Reflektoren sind jeweils an beiden Enden der jeweiligen drei Wellen montiert, die sich im rechten Winkel kreuzen. Entsprechend wird ein Laserstrahl von der Messvorrichtung von einem beliebigen der Reflektoren reflektiert, auch wenn der distale Endabschnitt des Roboters eine beliebige Stellung einnimmt. Das bedeutet, dass das Messsystem so ausgestaltet ist, dass, selbst wenn der distale Endabschnitt des Roboters eine beliebige Stellung einnimmt, die Position des distalen Endabschnitts des Roboters von der Messvorrichtung gemessen werden kann.
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Die Messvorrichtung misst die Position des distalen Endabschnitts des Roboters, an dem die Reflektoren montiert sind, auf der Grundlage eines Abstrahlwinkels eines Laserstrahls, einer Phase des reflektierten Lichts, das von einer Lichtempfangseinheit empfangen wird, und Ähnlichem. Das Messsystem ist so ausgestaltet, dass die Messvorrichtung das reflektierte Licht empfängt, wenn ein Laserstrahl von der Messvorrichtung in einem Bereich einfällt, in dem die sechs Reflektoren angeordnet sind. Entsprechend ändert sich eine gemessene Position abhängig davon, welcher Reflektor den Laserstrahl reflektiert, und somit kann die Position des distalen Endabschnitts des Roboters nicht präzise gemessen werden.
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Überdies variiert, abhängig von der Stellung des Roboters, der Unterschied zwischen der tatsächlichen Position des distalen Endabschnitts des Roboters und der Position des distalen Endabschnitts des Roboters, der von der Simulationseinrichtung berechnet wurde. Entsprechend ist es, um eine genaue Kalibrierung auszuführen, erforderlich, die Position des distalen Endabschnitts des Roboters von der Messvorrichtung an einigen Dutzend bis einigen Hundert von Messpositionen zu messen. Wenn der distale Endabschnitt des Roboters manuell zu den jeweiligen Messpositionen bewegt wird und eine Abstrahlrichtung eines Laserstrahls der Messvorrichtung manuell angepasst wird, verlängert sich die für das Ausführen der Kalibrierung erforderliche Zeitdauer.
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Die vorliegende Erfindung wurde unter solchen Umständen gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Messsystem bereitzustellen, das es ermöglicht, die Zeitdauer, die für das Ausführen der Kalibrierung erforderlich ist, zu verkürzen, und das es ermöglicht, eine genaue Kalibrierung auszuführen.
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LÖSUNG DER AUFGABE
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Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, stellt die vorliegende Erfindung die folgenden Mittel bereit.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Messsystem, das Folgendes aufweist: einen Reflektor, der an einem distalen Endabschnitt eines Roboters montiert ist; und eine Messvorrichtung, die einen Laserkopf umfasst, der einen Strahl hin zum Reflektor abgibt und ein reflektiertes Licht von dem Reflektor empfängt, und eine Kopfantriebseinrichtung, die eine Richtung des Laserkopfes ändert, wobei eine Position des Reflektors, der am distalen Endabschnitt des Roboters montiert ist, von der Messvorrichtung gemessen wird, wobei das Messsystem Folgendes umfasst: eine Koordinatenbeziehungserfassungseinheit, die eine Position und eine Richtung eines Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf ein Roboter-Koordinatensystem erfasst, indem der Laserstrahl vom Laserkopf hin zu einer Referenzreflexionseinheit abgegeben wird, die in einem Basisteil des Roboters vorgesehen ist, und indem ein reflektiertes Licht von der Referenzreflexionseinheit empfangen wird; und eine Kopfantriebssteuereinheit, die von einer Steuereinheit für den Roboter Koordinatendaten des Reflektors in dem Roboter-Koordinatensystem empfängt, die von der Steuereinheit für den Roboter erkannt werden, wobei der Reflektor am distalen Endabschnitt des Roboters montiert ist, wobei die Steuereinheit für den Roboter einen Steuerbefehl an die Kopfantriebseinrichtung überträgt, um die Richtung des Laserkopfes unter Verwendung der empfangenen Koordinatendaten und der Position und der Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug zum Roboter-Koordinatensystem zu ändern.
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Das Koordinatensystem des Roboters wird bei der Installation des Roboters fein eingestellt. Entsprechend wird, wie in dem oben genannten Aspekt beschrieben, ein Laserstrahl vom Laserkopf hin zur Referenzreflexionseinheit abgegeben, die am Basisteil des Roboters vorgesehen ist, und das reflektierte Licht wird empfangen, und somit werden die Position und Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf das Koordinatensystem des Roboters erfasst. Mit diesen Betrieben ist es möglich, die Position und die Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem, das fein eingestellt ist, genau zu bestimmen. Das bedeutet, dass die gemessenen Positionskoordinaten des Reflektors, die von der Messvorrichtung gemessen werden, veranlasst werden können, dem Roboter-Koordinatensystem genau zu entsprechen und somit kann eine genaue Kalibrierung ausgeführt werden.
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Die Richtung des Laserkopfes wird unter Verwendung von Koordinatendaten des Reflektors geändert, die von der Steuereinheit für den Roboter erkannt werden, und die Koordinatendaten werden von der Robotersteuervorrichtung empfangen. Wenn ein Steuerbefehl zum Ändern der Richtung des Laserkopfes unter Verwendung der Koordinatendaten erstellt wird, werden die Position und die Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem genau bestimmt, und somit wird ein Laserstrahl vom Laserkopf, dessen Richtung als Antwort auf den Steuerbefehl geändert ist, veranlasst, eine Position innerhalb des Einfallsbereichs des Reflektors genau zu bestrahlen, oder veranlasst, eine Position in der Nähe des Einfallsbereichs zu bestrahlen.
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Wenn der Laserstrahl veranlasst wird, beispielsweise die Position in der Nähe des Einfallsbereichs zu bestrahlen, wird der Laserkopf veranlasst, einen Suchvorgang auszuführen. Bei dem Suchvorgang wird Scannen ausgeführt, sodass die Bestrahlungsposition des Laserstrahls einen Kreis zeichnet. Insbesondere wenn der Durchmesser des Einfallsbereichs des Reflektors verringert ist, um die Kalibrierung der Position des distalen Endabschnitts des Roboters genauer auszuführen, wird der Suchvorgang in vielen Fällen ausgeführt. Andererseits werden im oben genannten Aspekt die Position und die Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem genau bestimmt, und somit kann die Zeitdauer, die für das Ausführen des Suchvorgangs erforderlich ist, verkürzt werden.
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Im oben genannten Aspekt wird die Referenzreflexionseinheit vorzugsweise zum Einstellen des Roboter-Koordinatensystems bei der Installation des Roboters verwendet.
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Im oben genannten Aspekt wird die Referenzreflexionseinheit, die für das Einstellen des Roboter-Koordinatensystems verwendet wird, auch für die Erfassung der Position und der Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem verwendet. Entsprechend können die Position und die Richtung des Koordinatensystems der Messvorrichtung in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem genauer bestimmt werden.
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VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Zeitdauer, die für das Ausführen der Kalibrierung erforderlich ist, verkürzt und überdies kann eine genaue Kalibrierung ausgeführt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Draufsicht eines Messsystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine schematische Vorderansicht eines Roboters, der vom Messsystem dieser Ausführungsform gemessen wird.
- 3 ist ein Blockdiagramm des Roboters, der vom Messsystem dieser Ausführungsform gemessen wird.
- 4 ist eine Vorderansicht einer Reflektor-Stützplatte und von Reflektoren des Messsystems dieser Ausführungsform.
- 5 ist eine Seitenansicht einer Messvorrichtung des Messsystems dieser Ausführungsform.
- 6 ist ein Blockdiagramm der Messvorrichtung, die in dieser Ausführungsform verwendet wird.
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[Beschreibung von Ausführungsformen]
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Ein Messsystem 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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Dieses Messsystem 1 wird zum Ausführen der Kalibrierung eines Roboters 2 verwendet.
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Der Roboter 2 führt eine vorbestimmte Aufgabe aus, beispielsweise Punktschweißen an einem Werkstück W, wie in 1 gezeigt. Der Roboter 2 umfasst eine Vielzahl von Armelementen und Gelenken, und umfasst außerdem eine Vielzahl von Servomotoren 11, die die Vielzahl von Gelenken jeweils antreiben (siehe 3). Jeder Servomotor 11 kann aus einer Vielfalt von Servomotoren, beispielsweise einem Rotationsmotor oder einem Linearmotor, gebildet sein. Jeder der Servomotoren 11 weist eine Betriebspositionsdetektionseinrichtung wie einen Encoder auf, der eine Betriebsposition des Servomotors 11 detektiert, und detektierte Werte der Betriebspositionsdetektionseinrichtung werden an eine Robotersteuervorrichtung 20 übertragen.
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Ein Bearbeitungswerkzeug 12 ist an einem distalen Endabschnitt des Roboters 2 montiert, und das Bearbeitungswerkzeug 12 führt Punktschweißen an einem Werkstück W aus. Wenn der Roboter 2 für das Zuführen eines Werkstücks vorgesehen ist, ist ein Spannfutter, eine Saugeinrichtung oder Ähnliches, von denen jedes eine Halteeinrichtung zum Halten des Werkstücks bildet, am distalen Endabschnitt des Roboters 2 anstelle des Bearbeitungswerkzeugs 12 montiert.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist der Roboter 2 fein auf einer Basisplatte 3 positioniert, die genau positioniert ist. Eine obere Oberfläche der Basisplatte 3 weist eine präzise gebildete ebene Oberfläche auf und wird an einer Vielzahl von Positionen gemessen. Eine solche Messung erlaubt die Bestimmung einer horizontalen Ebene eines Roboter-Koordinatensystems des Roboters 2 (das bedeutet, die ebene Oberfläche ist parallel zu einer X-Achse und einer Y-Achse des Roboter-Koordinatensystems).
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Wie in 1 und 2 gezeigt, sind die Reflexionselemente (Referenzreflexionseinheiten) 2c jeweils in den zwei Bezugsbohrungen 2b montiert, die präzise an einem Basisteil 2a des Roboters 2 gebildet sind. Die Richtungen der X-Achse und der Y-Achse des Roboter-Koordinatensystems werden auf der Grundlage von Positionen der jeweiligen Reflexionselemente 2c eingestellt. Überdies wird auf der Grundlage der Positionen der jeweiligen Reflexionselemente 2c und der horizontalen Ebene ein Nullpunkt des Roboter-Koordinatensystems an einer Position leicht oberhalb der horizontalen Ebene eingestellt, und die X-Achse, die Y-Achse und die Z-Achse senkrecht zur horizontalen Ebene werden unter Verwendung des Nullpunkts als Mittelpunkt eingestellt.
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Wie in 3 gezeigt, umfasst die Robotersteuervorrichtung 20 beispielsweise: eine Robotersteuerung 21, die eine CPU, ein RAM und Ähnliches aufweist; eine Anzeigeneinrichtung 22; eine Speichereinrichtung 23, die einen nichtflüchtigen Speicher, ein ROM und Ähnliches aufweist; eine Vielzahl von Servosteuerungen 24, die vorgesehen sind, um jeweils den Servomotoren 11 des Roboters 2 zu entsprechen; und ein Programmierhandgerät 25, das mit der Robotersteuervorrichtung 20 verbunden ist und das von einem Bediener tragbar ist. Das Programmierhandgerät 25 kann ausgestaltet sein, eine drahtlose Kommunikation mit der Robotersteuervorrichtung 20 auszuführen.
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Die Speichereinrichtung 23 speichert ein Systemprogramm 23a. Das Systemprogramm 23a ist für die grundlegende Funktion der Robotersteuervorrichtung 20 verantwortlich. Die Speichereinrichtung 23 speichert auch mindestens ein Betriebsprogramm 23b, das von einer Simulationseinrichtung (nicht in der Zeichnung gezeigt) erstellt wird. Genauer gesagt, werden in der Simulationseinrichtung ein Modell des Roboters 2 und ein Modell des Werkstücks W erstellt, die in 1 und 2 gezeigt werden. Das Betriebsprogramm 23b für den Roboter 2 ist in der Simulationseinrichtung so erstellt, dass der Roboter 2 Schweißen an einer Vielzahl von Schweißpunkten auf der Innen- und auf der Außenseite des Werkstücks W ausführt, während gleichzeitig der Kontakt mit dem Werkstück W vermieden wird, und das Betriebsprogramm 23b wird in der Speichereinrichtung 23 gespeichert. Die Speichereinrichtung 23 speichert auch ein Kalibrierbetriebsprogramm 23c.
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Die Robotersteuerung 21 arbeitet in Übereinstimmung mit dem Systemprogramm 23a. Beim Ausführen von Schweißen an dem Werkstück W wird das Betriebsprogramm 23b, das in der Speichereinrichtung 23 gespeichert ist, ausgelesen und vorübergehend im RAM gespeichert. Steuersignale werden gemäß dem Betriebsprogramm 23b, das ausgelesen wird, an die jeweiligen Servosteuerungen 24 übertragen. Mit solchen Betrieben werden Servoverstärker der jeweiligen Servomotoren 11 des Roboters 2 gesteuert und auch die Abgabe eines Laserstrahls vom Bearbeitungswerkzeug 12 wird gesteuert, um Schweißen am Werkstück W auszuführen.
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Wie in 1, 2, 4 und 5 gezeigt, umfasst das Messsystem 1 eine Vielzahl von Reflektoren 31a, 31b, 31c, die am distalen Endabschnitt des Roboters 2 mittels einer Reflektor-Stützplatte 30 montiert sind, und eine Messvorrichtung 40. Das Messsystem 1 umfasst auch eine Messsteuervorrichtung 50, wie in 6 gezeigt. In dieser Ausführung ist die Messsteuervorrichtung 50 in die Messvorrichtung 40 eingebunden. Die Messsteuervorrichtung 50 kann jedoch an einer anderen Position außerhalb der Messvorrichtung 40 angeordnet sein.
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Die Reflektor-Stützplatte 30 ist beispielsweise aus einer dünnen Metallplatte gebildet und zwischen dem distalen Endabschnitt des Roboters 2 und dem Bearbeitungswerkzeug 12 fixiert. Jeder Reflektor 31a, 31b, 31c ist aus einem kugelförmigen Element gebildet, das einen auf den Reflektor einfallenden Laserstrahl in einer Richtung reflektiert, die im Wesentlichen gleich einer Richtung ist, in der der Laserstrahl auf den Reflektor einfällt. Eine solche Reflexion wird als Retroreflexion bezeichnet. Jeder Reflektor 31a, 31b, 31c ist so ausgestaltet, dass der Bereich, in dem die Retroreflexion auftritt, begrenzt ist. Eine konische Form C ist bestimmt, einen Scheitelpunkt im Mittelpunkt der Kugel und beispielsweise einen Scheitelpunktwinkel von 15° aufzuweisen, und nur ein Bereich, der in der konischen Form C liegt, wird als Einfallsbereich IA eingestellt, in dem Retroreflexion ausgeführt wird.
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Der Durchmesser jedes Reflektors 31a, 31b, 31c ist auf zehn und mehrere mm oder mehrere mm eingestellt, und somit ist der Durchmesser des Einfallsbereichs IA der einzelnen Reflektoren 31a, 31b, 31c ca. 1 mm bis ca. 2 mm. Wie oben beschrieben weist der Einfallsbereich IA einen kleinen Durchmesser auf, und somit kann die Kalibrierung der Position des distalen Endabschnitts des Roboters 2 genau ausgeführt werden. Bei einer Aufgabe, die Genauigkeit erfordert, wie beispielsweise Punktschweißen, kann es einen Fall geben, in dem es erforderlich ist, einen Fehler auf 1 mm oder weniger zu verringern. In einem solchen Fall kann es erforderlich sein, die Größe des Einfallsbereichs IA weiter zu verringern.
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Überdies sind, wie in 4 gezeigt, die jeweiligen Reflektoren 31a, 31b, 31c an der Reflektor-Stützplatte 30 so fixiert, dass die optischen Achsen der Einfallsbereiche IA der jeweiligen Reflektoren 31a, 31b, 31c in Winkeln von 90° zueinander liegen. Bei einer solchen Ausgestaltung gibt es keine Möglichkeit, dass ein Laserstrahl von einer Messvorrichtung 40 gleichzeitig von der Vielzahl von Reflektoren 31a, 31b, 31c reflektiert wird.
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Die Messvorrichtung 40 umfasst einen Laserkopf 41, einen Vertikalachsenmotor 42 und einen Horizontalachsenmotor 43. Der Laserkopf 41 gibt einen Laserstrahl hin zum Reflektor 31a, 31b, 31c ab und empfängt das vom Reflektor 31 reflektierte Licht. Der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 bilden eine Kopfantriebseinrichtung, die die Richtung des Laserkopfes 41 ändert.
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Der Vertikalachsenmotor 42 ist vorgesehen, um den Laserkopf 41 und den Horizontalachsenmotor 43 um eine vertikale Achse zu drehen, und der Horizontalachsenmotor 43 ist vorgesehen, um den Laserkopf 41 um eine horizontale Achse zu drehen. Der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 sind mit der Messsteuervorrichtung 50 verbunden, und der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 werden von der Messsteuervorrichtung 50 gesteuert. Überdies weist jeder der Servomotoren 42, 43 eine Betriebspositionsdetektionseinrichtung wie einen Encoder auf, der eine Betriebsposition des Motors 42, 43 detektiert, und detektierte Werte der Betriebspositionsdetektionseinrichtung werden an die Messsteuervorrichtung 50 übertragen.
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Eine laserstrahlabgebende Einheit 41a ist im Laserkopf 41 vorgesehen und so ausgestaltet, dass ein Laserstrahl von einem Laseroszillator (in der Zeichnung nicht gezeigt) von der laserstrahlabgebenden Einheit 41a abgegeben wird. Überdies ist ein Lichtempfangssensor 41b in der laserstrahlabgebenden Einheit 41a des Laserkopfes 41 angeordnet und der Lichtempfangssensor 41b empfängt das reflektierte Licht, das vom Reflektor reflektiert wird. Der Laserkopf 41 ist mit der Messsteuervorrichtung 50 verbunden. Die Messsteuervorrichtung 50 steuert die Abgabe des Laserstrahls von der laserstrahlabgebenden Einheit 41a des Laserkopfes 41. Ein Detektionsergebnis des Lichtempfangssensors 41b des Laserkopfes 41 wird an die Messsteuervorrichtung 50 übertragen.
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Wie in 6 gezeigt, umfasst die Messsteuervorrichtung 50 beispielsweise: eine Steuerung 51, die eine CPU, ein RAM und Ähnliches aufweist; eine Anzeigeeinrichtung 52; eine Speichereinrichtung 53, die einen nichtflüchtigen Speicher, ein ROM und Ähnliches aufweist; und eine Eingabeeinrichtung 54. Die Eingabeeinrichtung 54 kann ausgestaltet sein, eine drahtlose Kommunikation mit der Messsteuervorrichtung 50 auszuführen.
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Die Speichereinrichtung 53 speichert ein Systemprogramm 53a. Das Systemprogramm 53a ist für die grundlegenden Funktionen der Messsteuervorrichtung 50 verantwortlich. Die Speichereinrichtung 53 speichert auch ein Messprogramm (Kopfantriebssteuermittel) 53b und ein Koordinatenbeziehungserfassungsprogramm (Koordinatenbeziehungserfassungsmittel) 53c. Das Messprogramm 53b misst die Positionen der Reflektoren 31a, 31b, 31c, die am distalen Endabschnitt des Roboters 2 montiert sind. Das Koordinatenbeziehungserfassungsprogramm 53c erfasst eine Entsprechungsbeziehung eines Messvorrichtungs-Koordinatensystems, das ein Koordinatensystem der Messvorrichtung 40 ist, in Bezug auf ein Roboter-Koordinatensystem, das ein Koordinatensystem des Roboters 2 ist.
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Ein Betrieb der Steuerung 51 bei dem Erfassen der Entsprechungsbeziehung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems und des Roboter-Koordinatensystems wird beschrieben. Die Messvorrichtung 40 ist an einer ungefähren Position zur Messung installiert. Wenn die Steuerung 51 beispielsweise ein Anforderungssignal erhält, das mittels der Eingabeeinrichtung 54 oder Ähnlichem eingegeben wurde und eine Entsprechungsbeziehung der Koordinatensysteme anfordert, wird die Steuerung 51 vom Koordinatenbeziehungserfassungsprogramm 53c betrieben. Bei einem solchen Betrieb wird ein Laserstrahl vom Laserkopf 41 zu den jeweiligen Reflexionselementen (Referenzreflexionseinheiten) 2c abgegeben, die in zwei Bezugsbohrungen 2b montiert sind, die auf dem Basisteil 2a des Roboters 2 gebildet sind, und das reflektierte Licht von den einzelnen Reflexionselementen 2c wird vom Lichtempfangssensor 41b empfangen. Positionen der jeweiligen Reflexionselemente 2c in Bezug auf die Messvorrichtung 40 werden auf diese Art und Weise gemessen.
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In dieser Ausführungsform kann ein Anpassen der Richtung des Laserkopfes 41 von der Steuerung 51 unter Verwendung des Vertikalachsenmotors 42 und des Horizontalachsenmotors 43 es erlauben, dass ein Laserstrahl die jeweiligen Reflexionselemente 2c vom Laserkopf 41 bestrahlt. Alternativ kann das manuelle Anpassen der Richtung des Laserkopfes 41 von einem Bediener es erlauben, dass ein Laserstrahl die jeweiligen Reflexionselemente 2c vom Laserkopf 41 bestrahlt.
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Anschließend erfasst die Steuerung 51 die Position eines Nullpunkts des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf den Nullpunkt des Roboter-Koordinatensystems auf der Grundlage der gemessenen Positionen der jeweiligen Reflexionselemente 2c und erfasst auch die jeweiligen Richtungen (Gradienten) der X-Achse und der Y-Achse des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf die X-Achse und zur Y-Achse des Roboter-Koordinatensystems. Bei solchen Betrieben kann die Entsprechungsbeziehung (die Position und die Richtung) des Messvorrichtungs-Koordinatensystems und des Roboter-Koordinatensystems erfasst werden. Es kann ausgestaltet sein, die jeweiligen Richtungen (Gradienten) der X-Achse, der Y-Achse und der Z-Achse des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf die X-Achse, auf die Y-Achse und auf die Z-Achse des Roboter-Koordinatensystems zu erfassen.
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Anschließend wird nachfolgend ein Betrieb der Robotersteuerung 21 und der Steuerung 51 während des Ausführens der Kalibrierung beschrieben. Wenn die Robotersteuerung 21 und die Steuerung 51 ein vorbestimmtes Auslösesignal, beispielsweise ein Kalibrierungsanforderungssignal, empfangen, das von der Eingabeeinrichtung 54 oder Ähnlichem eingegeben wurde, liest die Robotersteuerung 21 das Kalibrierbetriebsprogramm 23c aus und überträgt Steuersignale an die jeweiligen Servosteuerungen 24 gemäß dem Kalibrierbetriebsprogramm 23c, das ausgelesen wird. Bei solchen Betrieben werden Servoverstärker der jeweiligen Servomotoren 11 des Roboters 2 gesteuert.
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In dieser Ausführungsform ordnet das Kalibrierbetriebsprogramm 23c den distalen Endabschnitt des Roboters 2 in einigen Dutzend bis einigen Hundert Messpositionen an, die im Voraus eingestellt sind. Die einige Dutzend bis einige Hundert Messpositionen sind vorzugsweise Positionen, die auf einer Bahn angeordnet sind, auf der der distale Endabschnitt des Roboters 2 vom Betriebsprogramm 23b bewegt wird. Um einen Betrieb eines Roboters 2, der verschiedene Arten von Stellungen einnimmt, zu veranlassen, so nah wie möglich am Betrieb des Roboters 2 in der Simulationseinrichtung zu sein, wird bevorzugt, die Messung an vielen Messpositionen wie oben beschrieben auszuführen, um die Kalibrierung auszuführen. Die Stellung des distalen Endabschnitts des Roboters 2 variiert ebenfalls entsprechend einer Messposition.
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In dieser Ausführungsform wird jede Messposition so eingestellt, dass der Einfallsbereich IA der einzelnen Reflektoren 31a, 31b, 31c hin zur Seite der Messvorrichtung 40 gerichtet ist. Jedes Mal, wenn der distale Endabschnitt des Roboters 2 an den einzelnen Messpositionen angeordnet ist, überträgt die Robotersteuerung 21 die Nummer des Reflektors von den Reflektoren 31a, 31b, 31c, dessen Einfallsbereich IA hin zur Seite der Messvorrichtung 40 ausgerichtet ist, und überträgt Positionskoordinaten des Reflektors an die Messvorrichtung 40. Die Robotersteuerung 21 kann die Nummern der Reflektoren und Positionskoordinaten der Reflektoren an einigen Dutzend bis einigen Hundert jeweiligen Messpositionen zugleich an die Messvorrichtung 40 übertragen, und auch die Messpositionen können an die Messvorrichtung 40 jedes Mal übertragen werden, wenn der distale Endabschnitt des Roboters 2 an den einzelnen Messpositionen angeordnet ist. Die Übertragung der Nummer eines Reflektors ist nicht immer erforderlich.
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Anschließend wird die Steuerung 51 von dem Messprogramm 53b betrieben, und wenn die Steuerung 51 die Nummer des Reflektors und die Positionskoordinaten des Reflektors (Steuerungskoordinatendaten) von der Robotersteuerung 21 empfängt, wandelt die Steuerung 51 auf der Grundlage der Entsprechungsbeziehung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem die Positionskoordinaten in Positionskoordinaten des Messvorrichtungs-Koordinatensystems um. Überdies erstellt die Steuerung 51 einen Steuerbefehl, um den Vertikalachsenmotor 42 und den Horizontalachsenmotor 43 zu betreiben, sodass die laserstrahlabgebende Einheit 41a hin zu den umgewandelten Positionskoordinaten ausgerichtet ist. Der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 werden als Reaktion auf den Steuerbefehl gesteuert, und auch ein Laserstrahl wird vom Laserkopf 41 abgegeben.
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Wenn der Lichtempfangssensor 41b des Laserkopfes 41 das reflektierte Licht empfängt, werden die gemessenen Positionskoordinaten des Reflektors, den der Laserstrahl bestrahlt, unter Verwendung eines Höhenwinkels und eines Schwenkwinkels des Laserkopfes 41 zum Zeitpunkt des Empfangens des reflektierten Lichts und eines Abstands zwischen der Messvorrichtung 40 und dem Reflektor, den der Laserstrahl bestrahlt, erfasst. Der Abstand wird auf der Grundlage einer Phase oder Ähnlichem des reflektierten Lichts erfasst, das der Lichtempfangssensor 41b empfängt. Die erfassten gemessenen Positionskoordinaten werden an die Robotersteuerung 21 übertragen. Der Höhenwinkel und der Schwenkwinkel werden auf der Grundlage der detektierten Werte der Betriebspositionsdetektionseinrichtungen erfasst, die beispielsweise jeweils in den Vertikalachsenmotor 42 und den Horizontalachsenmotor 43 eingebunden sind. Es kann so ausgestaltet werden, dass die gemessenen Positionskoordinaten auf der Grundlage einer Entsprechungsbeziehung zwischen dem Messvorrichtungs-Koordinatensystem und dem Roboter-Koordinatensystem in Positionskoordinaten des Roboter-Koordinatensystem umgewandelt und die umgewandelten gemessenen Positionskoordinaten an die Robotersteuerung 21 übertragen werden.
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Anschließend empfängt die Robotersteuerung 21 die gemessenen Positionskoordinaten oder die umgewandelten gemessenen Positionskoordinaten von der Steuerung 51. Dann erfasst die Robotersteuerung 21 den Unterschied zwischen den gemessenen Positionskoordinaten oder den umgewandelten gemessenen Positionskoordinaten und den Positionskoordinaten des Reflektors, die von der Robotersteuerung 21 an die Steuerung 51 übertragen werden. Die Robotersteuerung 21 korrigiert das Betriebsprogramm 23b auf der Grundlage des Unterschieds. Mit solchen Betrieben kann die Kalibrierung des Roboters 2 im Betriebsprogramm 23b ausgeführt werden.
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Wie oben beschrieben, wird gemäß dieser Ausführungsform ein Laserstrahl vom Laserkopf 41 hin zu den Reflexionselementen (Referenzreflexionseinheiten) 2c abgegeben, die am Basisteil 2a des Roboters 2 vorgesehen sind, und das reflektierte Licht wird empfangen, wodurch die Position und die Richtung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf das Koordinatensystem des Roboters 2 erfasst wird. Mit solchen Betrieben ist es möglich, die Position und die Richtung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem zu bestimmen, das fein eingestellt ist. Das bedeutet, dass die gemessenen Positionskoordinaten des Reflektors, die von der Messvorrichtung gemessen werden, veranlasst werden können, dem Roboter-Koordinatensystem genau zu entsprechen und somit kann eine genaue Kalibrierung ausgeführt werden.
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Die Richtung des Laserkopfes 41 wird unter Verwendung von Steuerungs-Koordinatendaten des Reflektors 31a, 31b, 31c geändert, die von der Robotersteuereinheit 20 erkannt wird, und die Koordinatendaten werden von der Robotersteuereinheit 20 empfangen. Indem ein Steuerbefehl erstellt wird, um die Richtung des Laserkopfes 41 unter Verwendung der Koordinatendaten zu ändern, werden die Position und Richtung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem genau bestimmt, und somit wird ein Laserstrahl vom Laserkopf 41, dessen Richtung unter Verwendung der Koordinatendaten eingestellt wird, veranlasst, eine Position im Einfallsbereich IA des Reflektors 31a, 31b, 31c zu bestrahlen, oder veranlasst, eine Position in der Nähe des Einfallsbereichs IA zu bestrahlen.
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Wenn ein Laserstrahl veranlasst wird, beispielsweise eine Position in der Nähe des Einfallsbereichs IA zu bestrahlen, wird der Laserkopf 41 veranlasst, einen Suchvorgang auszuführen. Beim Suchvorgang wird Abtasten so ausgeführt, dass die Bestrahlungsposition des Laserstrahls einen Kreis zeichnet, und der Durchmesser des Kreises vergrößert sich allmählich. Insbesondere wenn der Durchmesser des Einfallsbereichs IA des Reflektors 31a, 31b, 31c verringert wird, um die Kalibrierung der Position des distalen Endabschnitts des Roboters 2 genauer auszuführen, wird in vielen Fällen der Suchvorgang ausgeführt. Andererseits werden in dieser Ausführungsform die Position und die Richtung des Messvorrichtung-Koordinatensystems in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem genau bestimmt, und somit kann die Zeitdauer, die für das Ausführen des Suchvorgangs erforderlich ist, verkürzt werden.
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Wenn ein Laserstrahl veranlasst wird, die Position in der Nähe des Einfallsbereichs IA zu bestrahlen, kann folgende Ausgestaltung angewendet werden. Ein optischer Sensor, der in der Messvorrichtung 40 vorgesehen ist, bildet die Bestrahlungsrichtung des Laserstrahls ab und die Bilddaten werden einer Bildverarbeitung unterzogen, wodurch eine Positionsbeziehung zwischen der Position des Laserstrahls und dem Einfallbereich IA erfasst wird. Auf der Grundlage der erfassten Positionsbeziehung steuert die Steuerung 51 den Vertikalachsenmotor 42 und den Horizontalachsenmotor 43, sodass ein Laserstrahl in den Einfallsbereich IA fällt.
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In dieser Ausführungsform werden die Referenzreflexionseinheiten 2c, die für das Einstellen des Roboter-Koordinatensystems verwendet werden, auch für das Erfassen der Position und der Richtung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem verwendet. Entsprechend können die Position und die Richtung des Messvorrichtungs-Koordinatensystems in Bezug auf das Roboter-Koordinatensystem genauer bestimmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messsystem
- 2
- Roboter
- 2c
- Reflexionselement (Referenzreflexionseinheit)
- 3
- Basisplatte
- 11
- Servomotor
- 12
- Bearbeitungswerkzeug
- 20
- Robotersteuereinheit
- 21
- Robotersteuerung
- 23
- Speichereinrichtung
- 23b
- Betriebsprogramm
- 23c
- Kalibrierbetriebsprogramm
- 30
- Reflektor-Stützplatte
- 31a, 31b, 31c
- Reflektor
- 40
- Messvorrichtung
- 41
- Laserkopf
- 41a
- Laserstrahlabgebende Einheit
- 41b
- Lichtempfangssensor
- 42
- Vertikalachsenmotor (Kopfantriebseinrichtung)
- 43
- Horizontalachsenmotor (Kopfantriebseinrichtung)
- 50
- Messsteuereinheit
- 51
- Steuerung
- 53
- Speichereinrichtung
- 53b
- Messprogramm (Kopfantriebssteuermittel)
- 53c
- Koordinatenbeziehungserfassungsprogramm (Koordinatenbeziehungserfassungsmittel)
- W
- Werkstück
