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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzlage eines Bearbeitungsmittelpunkts eines Werkzeuges eines Roboterarmes in einem Weltkoordinatensystem eines mit dem Roboterarm bestückten Industrieroboters bei einer Kalibrierung.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der WO 2003 / 064 118 A1 bekannt.
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Die Druckschrift
DE 20 2015 004 771 U1 offenbart eine Positionserfassungseinrichtung zum Erfassen einer Position eines Werkzeugs, wobei die Position des Werkzeugs entlang einer ersten Raumachse beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs in Richtung der ersten Raumachse durch einen Kontakt des Werkzeugs mit einem Betätigungselement der Positionserfassungseinrichtung erfassbar ist und wobei über dasselbe Betätigungselement eine Bewegung des Werkzeugs in eine quer zur ersten Raumachse ausgerichtete zweite Raumachse erfassbar ist.
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Die US 2018 / 0 272 534 A1 offenbart ein Roboternavigationssystem umfassend eine handgehaltene Navigationseinheit, die mit einem Referenzrahmen verbunden ist. Die handgehaltene Navigationseinheit ist in Bezug auf eine Vielzahl von Achsen beweglich und so konfiguriert, dass sie Bewegungssignale basierend auf der Bewegung der handgehaltenen Navigationseinheit sendet. Eine Steuerung ist so konfiguriert, dass sie die Bewegungssignale von der handgehaltenen Navigationseinheit empfängt und Steuersignale für den Roboter bestimmt. Die Steuersignale sind so konfiguriert, dass sie den Roboter inkrementell in Bezug auf einen vom Roboter entfernten Point of Interest bewegen. Der interessierende Punkt wird von einem festen Punkt auf dem Roboter entfernt, der durch zugewiesene Koordinaten definiert ist. Die Steuerung ist ferner so konfiguriert, dass die zugewiesenen Koordinaten nach jeder inkrementellen Bewegung des Roboters neu zugewiesen werden.
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Die
US 10 016 892 B2 offenbart Systeme und Verfahren zur Bestimmung von Werkzeugversatzdaten für ein an einem Roboter an einem Befestigungspunkt angebrachtes Werkzeug. Das Verfahren kann die Steuerung des Roboters beinhalten, um ein Referenzobjekt mit dem Werkzeug zu kontaktieren. Das Referenzobjekt kann ein starres Objekt mit einer bekannten Position sein. Ein Kraftrückkopplungssensor des Roboters kann anzeigen, wann das Werkzeug das Referenzobjekt berührt hat. Sobald der Kontakt hergestellt ist, können Daten empfangen werden, die die Roboterposition während des Werkzeugkontakts anzeigen. Außerdem kann der Roboter die Bewegung des Werkzeugs vorübergehend stoppen, um eine Beschädigung des Werkzeugs oder des Referenzobjekts zu verhindern. Als Nächstes können auf der Grundlage der Position des Referenzobjekts relativ zum Roboter und der empfangenen Roboterpositionsdaten Werkzeugversatzdaten ermittelt werden. Die Werkzeugversatzdaten können den Abstand zwischen mindestens einem Punkt am Werkzeug und dem Befestigungspunkt beschreiben.
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Die
US 6 516 248 B2 offenbart ein Roboterkalibrierungssystem zur Kalibrierung eines Roboters und ein Verfahren zur Bestimmung einer Position des Roboters zur Kalibrierung des Roboters. Das System umfasst eine elektrische Masse, die eine Rückleitung für einen elektrischen Stromkreis definiert. Der Roboter, der elektrisch mit der Masse verbunden ist, umfasst einen Arm mit einer Werkzeugoberfläche, die innerhalb eines Roboterarbeitsbereichs arbeitet. Das System umfasst auch eine elektrische Versorgung und eine Erfassungsvorrichtung. Die elektrische Versorgung definiert eine Quelle für die Schaltung und liefert eine Ladung und eine Referenzspannung an das System. Die Erkennungsvorrichtung kommuniziert mit der elektrischen Versorgung, um Schwankungen entweder der Ladung, der Referenzspannung oder beider zu erkennen. Das System enthält außerdem ein Kalibrierobjekt. Das Kalibrierungsobjekt ist elektrisch von der Erde isoliert und ist elektrisch mit der elektrischen Versorgung verbunden. Das Kalibrierungsobjekt empfängt die Ladung und die Referenzspannung von der elektrischen Versorgung, um die Position des Roboters relativ zum Kalibrierungsobjekt zu bestimmen, wenn sich die Werkzeugoberfläche auf das Kalibrierungsobjekt zu bewegt, um mit dem Kalibrierungsobjekt elektrisch zu interagieren.
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Die
US 6 356 807 B1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von Kontaktpositionen eines Roboters relativ zu einem Werkstück in einem Arbeitsraum des Roboters. Das Verfahren verwendet die Kontaktpositionen, um eine Position des Werkstücks im Roboterarbeitsraum zu bestimmen. Das Verfahren überwacht auch einen integralen Betriebsparameter innerhalb des Roboters, wie z. B. das Motordrehmoment, um die Kontaktpositionen des Roboters relativ zu dem Werkstück zu bestimmen und das Werkstück zu lokalisieren.
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Die
US 5 929 584 A offenbart ein einen Kalibrierblock mit vertikalen und horizontalen Flächen verwendendes Verfahren zum Kalibrieren des Mittelpunkts eines Werkzeugs, das an einer Roboterplanscheibe oder einer anderen Maschine angebracht ist. Die Position des Werkzeugmittelpunkts wird bestimmt, indem das Werkzeug von einer Ausgangsposition aus so bewegt wird, dass es eine der Flächen berührt, die Position der Planscheibe aufgezeichnet und das Werkzeug zum Ausgangspunkt zurückgebracht wird. Dies wird für die anderen Flächen wiederholt. Anschließend kann der Werkzeugmittelpunkt aus den aufgezeichneten Positionen berechnet werden. Ebenfalls offenbart ist ein Kalibrierblock mit einer Zentrierfläche mit vier Wänden, die so angeordnet sind, dass sie ein Parallelogramm bilden, und einer Nivellierfläche mit vier Wänden, die so angeordnet sind, dass sie eine x-, y-Koordinatenachse bilden.
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Aufgabe der Erfindung ist, die bekannte Vorrichtung zu verbessern.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung, umfasst eine Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzlage eines Bearbeitungsmittelpunkts eines Werkzeuges eines Roboterarmes in einem Weltkoordinatensystem eines mit dem Roboterarm bestückten Industrieroboters bei einer Kalibrierung eine bewegliche Geberplatte mit einer Geberplattenoberseite und einer der Plattenoberseite gegenüberliegenden Geberplattenunterseite, eine von der Geberplattenoberseite in die bewegliche Geberplatte führenden Einführöffnung zur Aufnahme eines Referenzelementes für eine Anzeige einer Werkzeuglage des Bearbeitungsmittelpunkts in einem Werkzeugkoordinatensystem des Industrieroboters wenigstens in der Referenzlage, eine gegenüber der Geberplatte ortsfeste Bodenplatte mit einer zur Geberplattenunterseite gerichteten Bodenplattenoberseite, und einem Lagesensor, der eingerichtet ist, die Referenzlage des Bearbeitungsmittelpunkts in Abhängigkeit einer Plattenlage der Geberplattenunterseite relativ zur Bodenplattenoberseite zu erfassen, zumindest wenn das Referenzelement in die Einführöffnung eingeführt ist.
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Zur übersichtlicheren Erläuterung wird die Lage eines Bearbeitsmittelpunktes eines Werkzeuges eines Roboterarmes nachstehend mit TCP bezeichnet, was für die Abkürzung von Tool Center Point in der englischen Sprache steht.
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Der angegebenen Vorrichtung liegt die Überlegung zugrunde, dass in einem Industrieroboter zur Steuerung der Manipulation eines Objektes durch ein Werkzeug am Endeffektor des Roboterarmes ein unveränderlich im Raum liegendes Weltkoordinatensystem definiert ist, in dem sich der TCP mit einem toleranzbedingten Ortsfehler bewegt. Zur Reduktion von Fehlern bei der Manipulation des Objektes durch den Industrieroboter muss dieser Ortsfehler durch eine Kalibrierung korrigiert werden. Zur Kalibrierung kann der Endeffektor beispielsweise mit dem den TCP anzeigenden Referenzelement bestückt werden. Anschließend bewegt der Roboterarm das Referenzsystem im Weltkoordinatensystem an eine vorbestimmte Kalibrierstelle und es wird die Referenzlage gemessen, die angibt, wo sich das Referenzelement und damit der TCP tatsächlich befinden, wenn er sich eigentlich an der Kalibrierstelle befinden soll. Basierend auf einem Versatz oder Drift zwischen der Kalibrierstelle und der Referenzlage, die ein Maß für den oben genannten Ortsfehler sind, können beispielsweise das Koordinatensystem oder Positionierbefehle des Werkzeuges korrigiert werden.
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Die Referenzlage kann in dem zuvor beschriebenen Szenario beispielsweise unmittelbar bestimmt werden. Das heißt, an der Kalibierstelle kann ein Abstandssensor angeordnet werden, der nicht die Referenzlage des TCP, sondern den Abstand des TCP von der Kalibrierstelle in allen Raumrichtungen vermisst. Ein solches System ist allerdings teuer, weil der TCP in allen drei Raumrichtungen erfasst und gleichzeitig ein Sensor bereitgestellt werden muss, der die Referenzlage des verhältnismäßig kleinen Referenzelementes mit einer ausreichend hohen Präzision vermisst.
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Die eingangs genannte Vorrichtung schlägt zwar Gegenmaßnahmen vor, die vor allem darauf ausgerichtet sind, trotz der geringen Größe des Referenzelementes eine hohe Präzision bei der Erfassung der Referenzlage des TCP zu erreichen. Allerdings ist die Erfassung der Referenzlage des TCP mit der eingangs genannten Vorrichtung vor allem sehr zeitaufwändig.
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Die angegebene Vorrichtung erfasst die Referenzlage des TCP nicht unmittelbar sondern mittelbar über ein Koppelelement in Form der Geberplatte. Die Platzierung des Referenzelementes in der Referenzlage des TCP führt zu einer Auslenkung der Geberplatte in die Plattenlage, wie bei einem Steuerknüppel eines Joysticks, der durch einen Benutzer ausgelenkt wird. Die Plattenlage wird durch einen geeigneten Lagesensor erfasst, und kann der Referenzlage des TCP eindeutig auf arithmetischem, numerischem oder jedem beliebigen anderen Weg zugeordnet werden.
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Die angegebene Vorrichtung lässt sich mit einfachen und kostengünstigen Mitteln, wie sie beispielsweise aus Eingabevorrichtungen für Datenverarbeitungsanlagen bekannt sind, realisieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Referenzelement und die angegebene Vorrichtung beliebig am Endeffektor beziehungsweise ortsfest angeordnet werden können. In der eingangs genannten Vorrichtung beispielsweise muss das Referenzelement prinzipbedingt ortsfest angeordnet sein.
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In einer Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist der Lagesensor eingerichtet, die Plattenlage der Geberplattenunterseite relativ zur Bodenplattenoberseite basierend auf einem Messfeld, insbesondere einem optischen Messfeld zu erfassen. Auf diese Weise wird die Plattenlage berührungslos erfasst, was zu geringem Verschleiß und Wartungsintervallen führt. Insbesondere die optische Erfassung ist hierbei von besonderem Vorteil, weil sich die Plattenlage mit einer sehr hohen Präzision erfassen und somit die Referenzlage mit entsprechend niedrigen Toleranzen bestimmen lässt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist die Geberplatte mit der Bodenplatte über ein Rückstellelement gekoppelt. Auf diese Weise lässt sich für die Geberplatte eine Ausgangslage beispielsweise im Weltkoordinatensystem fest definieren, so dass die Erfassung der Referenzlage des TCP mehrmals nacheinander ohne Interaktion durch einen Benutzer automatisch durchführbar ist.
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In einer anderen Weiterbildung umfasst die angegebene Vorrichtung ein Gehäuse mit der Bodenplatte und einer sich von der Bodenplattenoberseite erstreckenden Gehäusewand, die den Lagesensor und die Geberplatte umgibt. Auf diese Weise werden der Lagesensor und die Geberplatte wirksam vor Toleranzen und Verschleiß hervorrufenden Verunreinigungen vor allem im schwierigen Umfeld einer Fertigungsstraße geschützt.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung sind das Gehäuse und die Geberplatte rotationssymmetrisch um eine durch die Einführöffnung geführte Rotationsachse ausgebildet. Auf diese Weise wird erreicht, dass Toleranzen der Plattenlage um die Rotationsachse herum gleich verteilt sind.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung umfasst die Gehäusewand eine zur Geberplattenunterseite gerichtete Schulter. Diese Schulter dient als Wegbegrenzungselement und ermöglicht so die angegebene Vorrichtung vor Überbeanspruchung zu schützen.
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In einer weiteren Weiterbildung umfasst die angegebene Vorrichtung ein Aufsatzelement, welches mittels einem horizontal zu einer der Bodenplatte gegenüberliegenden Gehäuseöffnung des Gehäuses wirkenden Formschluss auf der Gehäuseöffnung gehalten ist. Durch dieses Aufsatzelement kann der Innenraum des Gehäuses weiter vor Verunreinigungen vor allem zu Zeiten geschützt werden, in denen die Vorrichtung nicht zum Einsatz kommt oder transportiert wird.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist am Aufsatzelement ein in die Einführöffnung geführtes Zentrierreferenzelement gehalten. Dieses Zentrierreferenzelement kann die Geberplatte alternativ oder zusätzlich zum zuvor genannten Rückstellelement in der Ausgangslage halten. Ferner dient das Zentrierreferenzelement zum Transportschutz, weil es die Freiheitsgrade der Geberplatte im Zustand, in dem das Aufsatzelement auf das Gehäuse aufgesetzt ist, einschränkt.
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In einer weiteren Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ist das Aufsatzelement zusätzlich zum Formschluss mittels einem Schraubverschluss am Gehäuse gehalten. Auf diese Weise wird das Aufsatzelement zusätzlich vertikal zur Bodenplatte am Gehäuse gehalten.
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In einer noch anderen Weiterbildung der angegebenen Vorrichtung ragt an einem Plattenrand der Geberplatte von der Geberplattenunterseite zumindest bereichsweise eine Positionierwand ab, an der der Lagesensor bevorzugt radial anliegt.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise wie diese erreicht werden, werden verständlicher im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines Industrieroboters,
- 2 eine perspektivische Schnittansicht einer in dem Industrieroboter der 1 vorhandenen Vorrichtung zur Erfassung einer Referenzlage eines Bearbeitungsmittelpunkts eines Werkzeuges in einem ersten Funktionszustand,
- 3 eine perspektivische Schnittansicht der Vorrichtung der 2 in einem zweiten Funktionszustand, und
- 4 eine schematische Darstellung eines Lagesensors in der Vorrichtung der 2 und 3.
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In den Figuren werden gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nur einmal beschrieben. Die Figuren sind rein schematisch und geben vor allem nicht die tatsächlichen geometrischen Verhältnisse wieder.
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Es wird auf
1 Bezug genommen, die eine schematische Darstellung eines Industrieroboters
2 zeigt, welcher in Anlehnung an den Industrieroboters aus der
WO 03/064118 A1 aufgebaut sein kann.
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Der Industrieroboter 2 umfasst eine auf einem Boden 4 aufgestellte Basis 6, auf der ein Roboterarm 8 in an sich bekannter Weise beweglich getragen ist. Der Roboterarm 8 ist eine kinematische Kette aus Armgliedern 10, die über Gelenke 12 zusammengesetzt zusammengesetzt. Am der Basis 6 gegenüberliegenden Ende besitzt der Roboterarm 8 ein Kupplungsstück 14, in das sich ein in 1 nicht weiter dargestelltes Werkzeug einsetzen lässt.
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Das Werkzeug des Industrieroboters 2 wird für eine bestimmte durchzuführende Tätigkeit ausgewählt, die beispielsweise in der Umformung, Überwachung oder im Transport eines Werkstückes liegen kann. Um die Bewegung des Werkzeuges mittels dem Roboterarm 8 exakt beispielsweise durch Programmierung vorgeben zu können, ist am Werkzeug ein nachstehend TCP 16 bezeichneter Bearbeitungsmittelpunkt definiert, welcher die Lage des Werkzeuges bei der zuvor genannten Programmierung bestimmt.
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Die Lage des TCP 16 kann dabei einerseits in einem Weltkoordinatensystem 18 beschrieben werden, in welchem ein ortsfest zur Basis 6 stehender Beobachter den TCP 16 sieht. Das Weltkoordinatensystem 18 wird dabei durch eine Weltlängsrichtung 20, eine Welttiefenrichtung 22 und eine Welthöhenrichtung 24 in den drei Raumrichtungen aufgespannt. Darüberhinaus kann die Lage des TCP 16 auch in einem Werkzeugkoordinatensystem 26 beschrieben werden, in welchem ein ortsfest zum TCP 16 stehender Beobachter den TCP 16 sieht. Das Werkzeugkoordinatensystem 26 wird dabei durch eine Werkzeuglängsrichtung 28, eine Werkzeugtiefenrichtung 30 und eine Werkzeughöhenrichtung 32 in den drei Raumrichtungen aufgespannt.
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Vom Prinzip her lässt sich ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Weltkoordinatensystem 18 und dem Werkzeugkoordinatensystem 26 formulieren, mit dem die Lage des TCP 16 zwischen den beiden Koordinatensystemen 18, 26 hin- und hertransformierbar ist. Das setzt allerdings voraus, dass sich der funktionale Zusammenhang nicht verändert. Verschiedene mechanische Einflüsse, wie Verschleiß oder auch ein Werkzeugwechsel verändern den funktionalen Zusammenhang jedoch, weshalb von Zeit zu Zeit eine Kalibrierung des TCP 16 im Weltkoordinatensystem 18 notwendig ist.
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Hierfür besitzt der Industrieroboter 2 eine Vorrichtung 34 in der eine gedachte Kalibrierstelle 36 angeordnet ist. Zur Kalibrierung wird das Kupplungsstück 14 mit einem Referenzelement 38 hier in Form einer vergleichsweise kleinen Kugel bestückt, die mit dem Roboterarm 8 an der Kalibrierstelle 36 positioniert wird. Weicht die Lage des Referenzelementes 38 bei der Positionierung an der Kalibrierstelle 36 um eine Drift 40 ab, dann befindet sich das Referenzelement 38 in einer Referenzlage 42 anhand der die Beschreibung des TCP 16 im Weltkoordinatensystem 18 korrigiert werden muss. Dies kann beispielsweise durch Korrektur des zuvor genannten funktionalen Zusammenhangs oder durch Korrektur einer der Koordinatensysteme 18, 26 erfolgen. Derartige Korrekturen sind dem Fachmann bekannt, so dass auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet werden kann.
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Die Vorrichtung 34 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 im Weltkoordinatensystem 18 näher beschrieben.
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Die Vorrichtung 34 besitzt eine Fundamentplatte 44, auf die mittels Imbusschrauben 46 ein Gehäuse 48 aufgeschraubt ist. Das Gehäuse 48 ist um eine sich in der Weltlängsrichtung 20 erstreckende Rotationsachse 50 rotationssymmetrisch ausgebildet und besitzt eine um die Rotationsachse 50 umlaufende Gehäusewand 52 an der an ihrem in der Weltlängsrichtung 20 gesehenem axialen Ende ein Flansch 54 ausgebildet ist.
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Durch diesen Flansch 54 sind die Imbusschrauben 46 zur Befestigung des Gehäuses 48 an der Fundamentplatte 44 geführt.
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Die Gehäusewand 52 haust einen Gehäuseraum 56 ein, der durch eine erste Bodenplatte 58 und eine parallel dazu angeordnete zweite Bodenplatte 60 in zwei nicht weiter referenzierte Raumbereiche aufgeteilt ist. Dabei ist die zweite Bodenplatte 60 in der Weltlängsrichtung 20 gesehen nach der ersten Bodenplatte 58 angeordnet. Das in der Weltlängsrichtung 20 gesehene axiale Ende des Gehäuseinnenraumes 56 ist über Senkkopfschrauben 62 mit einem Deckel 64 verschlossen. Der Deckel 64 ist kreisrund ausgebildet, wobei radial neben dem Deckel 64 ein axialer Fortsatz 66 umlaufend ausgebildet ist. Dieser axiale Fortsatz 66 ist in eine Durchgangsöffnung 68 durch die Fundamentplatte 44 in radialer Richtung formschlüssig eingesetzt und positioniert so das Gehäuse 64 exakt auf der Fundamentplatte 44. Alternativ oder zusätzlich können zur Positionierung ein oder mehrere durch den Flansch 54 und die Fundamentplatte 44 geführte Positionierbolzen 70 angeordnet sein.
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Auf der ersten Bodenplatte 58 ist gegenüberliegend zur zweiten Bodenplatte 60 ein Lagesensor 72 mit einer ersten Leiterplatte 73 und in der Weltlängsrichtung 18 gesehen einer der ersten Leiterplatte 73 gegenüberliegenden zweiten Leiterplatte 74 getragen. Die beiden Leiterplatten 73, 74 sind in einer noch zu beschreibenden Weise mechanisch miteinander gekoppelt, worauf an späterer Stelle im Detail eingegangen wird. Beide Bodenplatten 58, 60 liegen dabei axial an einer radial nach innen gerichteten Nase 75 an der Gehäusewand 52 an und klemmen diese zwischen sich ein. Der Lagesensor 72 ist über eine weitere Imbusschraube 46 mit seiner ersten Leiterplatte 73 auf der ersten Bodenplatte 58 verschraubt. Die weitere Imbusschraube 46 ist zusätzlich in die zweite Bodenplatte 60 eingeschraubt. Auf diese Weise ist der Lagesensor 72 über die beiden Bodenplatten 58, 60 an der Nase 75 und somit an der Gehäusewand 52 mechanisch gehalten.
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Ausgehend von der ersten Bodenplatte 58 ist auf eine entgegen der Weltlängsrichtung 20 gesehene gegenüberliegende Seite des Lagesensors 72 eine Geberplatte 76 so aufgesetzt, die mit ihrer Geberplattenunterseite 77 zum Lagesensor 72 gerichtet ist. Die Geberplatte 76 ist über eine Einführöffnung 78 zur Aufnahme und Weitergabe von Bewegungen des Referenzelementes 38 an die zweite Leiterplatte 74 des Lagesensors 72 vorgesehen und wirkt damit als Koppelelement. Auf Details hierzu wird an späterer Stelle näher eingegangen. Die Geberplatte 76 ist um die Rotationsachse 50 rotationssymmetrisch ausgebildet und mittels Linsenschrauben 79 an der zweiten Leiterplatte 74 verschraubt. Ferner besitzt die Geberplatte 76 an ihrem radialen Rand eine zur ersten Bodenwand 58 gerichtete umlaufende Positionierwand 80, an der die zweite Leiterplatte 74 radial anliegt, so dass die zweite Leiterplatte 74 und die Geberplatte 76 zueinander axial ausgerichtet sind. Zum Schutz von nicht weiter referenzierten elektronischen und mechanischen Komponenten auf der zweiten Leiterplatte 74 ist in einem Übergang zwischen der Geberplattenunterseite 77 und der Positionierwand 80 eine Geberplattenschulter 82 ausgebildet, auf der die zweite Leiterplatte 74 aufliegt, so dass ein nicht weiter referenzierter axialer Spalt zwischen der zweiten Leiterplatte 74 und der Geberplatte 76 sichergestellt ist.
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Das Gehäuse 48 besitzt zwischen den Bodenplatten 58, 60 und dem Deckel 64 eine Kabelzufuhr 83, über die der Lagesensor 72 elektrisch und informationstechnisch an externe elektrische Geräte angeschlossen werden kann. Entgegen der Weltlängsrichtung 20 gesehen besitzt das Gehäuse 48 unterhalb der Geberplatte 76 ferner eine Gehäuseschulter 84, an der die Positionierwand 80 der Geberplatte 76 im Betrieb der angegebenen Vorrichtung 34 anschlagen kann. Auf Details hierzu wird an späterer Stelle eingegangen.
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Entgegen der Weltlängsrichtung 20 gesehen oberhalb der Gehäuseschulter 84 besitzt das Gehäuse 48 eine Formschlusskerbe 86, an die sich wiederum ein Innengewinde 88 anschließt. In dieses Innengewinde 88 ist ein in 3 zu sehendes Aufsatzelement 90 eingeschraubt, an dem ein Zentrierreferenzelement 92 zentriert zur Rotationsachse 50 und in die Zentrieröffnung 78 eingeführt in nicht weiter referenzierter Weise getragen ist. Das Aufsatzelement 90 besitzt eine Abdeckplatte 94, die entgegen der Weltlängsrichtung 20 gesehen auf die Gehäusewand 52 aufgesetzt ist. Unterhalb der Abdeckplatte 94 schließt sich axial an diese ein Außengewinde 96 in der Weltlängsrichtung 20 an, wobei sich an das Außengewinde 96 wiederum eine Formschlusswand 98 axial in der Weltlängsrichtung 20 anschließt. Die Formschlusswand 98 liegt dabei radial an der Formschlusskerbe 86 an und positioniert das Abdeckelement 90 somit beim Einschrauben in das Innengewinde 88.
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Zur oben genannten Kalibrierung des TCP 16 mit der Vorrichtung 34 wird zunächst die Vorrichtung 34 mit der Fundamentplatte 44 im Industrieroboter 2 in der in 1 dargestellten Weise befestigt. Die Befestigung erfolgt dabei so, dass sich das Zentrierreferenzelement 92 an einer Stelle im Weltkoordinatensystem 18 befindet, an der der TCP 16 für das Werkzeug im Industrieroboter 2 programmiert ist. Dieser programmierte TCP 16 entspricht der oben genannten Kalibrierstelle 36. Die Kalibrierstelle 36 muss dabei nicht vom tatsächlichen TCP 16 des Werkzeuges abhängig sein, weil der tatsächliche TCP 16 ohnehin bei der sich anschließenden Kalibrierung korrigiert wird.
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Dann wird das Abdeckelement 90 abgeschraubt und das Zentrierreferenzelement 92 aus der Zentrieröffnung 78 entfernt, so dass sich die Geberplatte 76 gekoppelt über den Lagesensor 72 im Gehäuse bewegen kann. Die Gehäuseschulter 84 beschränkt dabei den Bewegunsspielraum der Geberplatte 76, so dass diese die Kopplung oder den Lagesensor 72 beispielsweise wegen einer zu hohen Auslenkung nicht beschädigen kann.
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Abschließend bewegt der Industrieroboter 2 mit dem Roboterarm 8 das Referenzelement 38 in die Zentrieröffnung 78 und positioniert es an der programmierten Kalibrierstelle 36, so dass die Zentrieröffnung 78 an eine Stelle bewegt wird, an der sich der tatsächliche TCP 16 des Werkzeugs befindet, wenn ein Ortsfehler und damit der Drift 40 vorhanden ist. Dieser tatsächliche TCP 16 des Werkzeuges entspricht der oben genannten Referenzlage 42. Der Lagesensor 72 erfasst die Referenzlage 42 dabei in einem Koordinatensystem, welches den programmierten TCP 16 und damit die Kalibrierstelle 36 als Koordinatenursprung besitzt. Auf diese Weise gibt der Lagesensor 72 unmittelbar den Drift 40 aus, so dass die oben erwähnte Korrektur der Beschreibung des TCP 16 im Weltkoordinatensystem 18 unmittelbar basierend auf dem Ausgabesignal des Lagesensors 72 durchgeführt werden kann.
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Der Lagesensor
72 kann grundsätzlich mit jedem geeigneten Messprinzip gewählt werden. Ein mögliches Messprinzip kann analog zu den Druckschriften
DE 10 2004 051 565 A1 und
DE 10 2004 063 975 A1 optisch gewählt werden, weil sich die Lage der Geberplatte
76 und damit der Zentrieröffnung
78 gegenüber der Bodenplatte
58 und damit dem Gehäuse
48 optisch sehr präzise vermessen lässt.
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Die grundlegende Funktion eines möglichen Lagesensors 72 soll nachstehend anhand der 4 näher beschrieben werden.
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Die beiden Leiterplatten 73, 74 sind in dem Lagesensor 72 über Rückstellelemente 100, hier in Form von Federn miteinander gekoppelt.
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Ferner umfasst der Lagesensor 72 mehrere Sensorelemente 101, 101', 101'', die auf der ersten Leiterplatte 73 an verschiedene Orten angeordnet sind.
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Jedes Sensorelement 101, 101', 101'' umfasst Lichtsignalgeber 102, hier in Form von Leuchtdioden auf der ersten Leiterplatte 73, die Licht 104 auf ein Reflektorelement 106 auf der zweiten Leiterplatte 74 werfen, wobei das Reflektorelement 106 das Licht 104 auf die erste Leiterplatte 73 zurückwirft. Jedes Sensorelement 101, 101', 101'' umfasst ferner je einen Lichtsignalempfänger 108, hier in Form von Photodiodenmatrizen, der das zurückgeworfene Licht 104 empfängt.
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Die Lichtsignalempfänger 108 können örtlich auflösen, an welcher Stelle das zurückgeworfene Licht 104 empfangen wurde. Ändert sich die relative Lage der zweiten Leiterplatte 74 zu ersten Leiterplatte 73, so ändern sich Einfallswinkel und Ausfallswinkel des Lichtes am Reflektorelement 106 und damit der Ort, an dem das Licht 104 an den Lichtsignalempfängern 108 empfangen wird. Somit kann aus den einzelnen Orten, an dem das Licht 104 an den Lichtsignalempfängern 108 der einzelnen Sensorelemente 101, 101', 101'' empfangen wird, auf die relative Lage der zweiten Leiterplatte 74 gegenüber der ersten Leiterplatte 73 geschlossen werden.
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Derartige Messverfahren sind dem Fachmann beispielsweise aus einer optischen Computermaus bestens bekannt, weshalb auf eine nähere Darstellung der Kürze halber verzichtet werden soll.
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In der zuvor beschriebenen Ausführung sind die Vorrichtung 34 ortsfest und das Referenzelement 38 beweglich am Roboterarm 8 gehalten. Alternativ können die beiden Elemente so vertauscht werden, dass das Referenzelement 38 ortsfest und die Vorrichtung 34 beweglich am Roboterarm 8 gehalten sind.
