DE102018125840B4

DE102018125840B4 - Tool Center Point

Info

Publication number: DE102018125840B4
Application number: DE102018125840.2A
Authority: DE
Inventors: Peter Klement; Sebastian Reger
Original assignee: MEGATRON ELEKTRONIK & Co KG GmbH
Current assignee: MEGATRON ELEKTRONIK & Co KG GmbH
Priority date: 2018-10-18
Filing date: 2018-10-18
Publication date: 2021-07-22
Anticipated expiration: 2038-10-19
Also published as: DE102018125840A1

Abstract

Vorrichtung (34) zur Erfassung einer Referenzlage (42) eines Bearbeitungsmittelpunkts (16) eines Werkzeuges eines Roboterarmes (8) in einem Weltkoordinatensystem (18) eines mit dem Roboterarm (8) bestückten Industrieroboters (2) bei einer Kalibrierung, umfassend:- eine bewegliche Geberplatte (76) mit einer Geberplattenoberseite und einer der Geberplattenoberseite gegenüberliegenden Geberplattenunterseite (77),- eine von der Geberplattenoberseite in die bewegliche Geberplatte (76) führenden Einführöffnung (78) zur Aufnahme eines an einem Kupplungsstück (14) des Roboterarmes (8) bestückten Referenzelementes (38) für eine Anzeige einer Werkzeuglage des Bearbeitungsmittelpunkts (16) im Werkzeugkoordinatensystem (18) des Industrieroboters (2) wenigstens in der Referenzlage (42),- eine gegenüber der Geberplatte (76) ortsfeste Bodenplatte (58) mit einer zur Geberplattenunterseite (77) gerichteten Bodenplattenoberseite, und- einem Lagesensor (72), der eingerichtet ist, die Referenzlage (42) des Bearbeitungsmittelpunkts (16) in Abhängigkeit einer Plattenlage der Geberplattenunterseite (77) relativ zur Bodenplattenoberseite zu erfassen, zumindest wenn das am Kupplungsstück (14) des Roboterarmes (8) bestückte Referenzelement (38) an einer Kalibrierstelle (36) in die Einführöffnung (78) eingeführt ist.Device (34) for detecting a reference position (42) of a machining center (16) of a tool of a robot arm (8) in a world coordinate system (18) of an industrial robot (2) equipped with the robot arm (8) during calibration, comprising: - a movable one Donor plate (76) with an upper side of the donor plate and an underside (77) of the donor plate opposite the upper side of the donor plate, - an insertion opening (78) leading from the upper side of the donor plate into the movable donor plate (76) for receiving a reference element fitted on a coupling piece (14) of the robot arm (8) (38) for displaying a tool position of the machining center (16) in the tool coordinate system (18) of the industrial robot (2) at least in the reference position (42), ) directed base plate top, and a position sensor (72) which is set up, the reference position (42) de s processing center (16) depending on a plate position of the donor plate underside (77) relative to the base plate top side, at least when the reference element (38) fitted on the coupling piece (14) of the robot arm (8) at a calibration point (36) in the insertion opening (78) is introduced.

Description

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.The present invention relates to a device for detecting a reference position of a processing center point of a tool of a robot arm in a world coordinate system of an industrial robot equipped with the robot arm during a calibration.

Eine solche Vorrichtung ist aus der WO 2003 / 064 118 A1 bekannt.Such a device is known from WO 2003/064 118 A1.

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.The pamphlet DE 20 2015 004 771 U1 discloses a position detection device for detecting a position of a tool, wherein the position of the tool along a first spatial axis when moving the machining tool in the direction of the first spatial axis can be detected by contact of the tool with an actuating element of the position detecting device, and wherein the same actuating element is used to move the tool in a second spatial axis aligned transversely to the first spatial axis can be detected.

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. US 2018/0 272 534 A1 discloses a robot navigation system comprising a hand-held navigation unit which is connected to a reference frame. The handheld navigation unit is movable with respect to a plurality of axes and is configured to send movement signals based on the movement of the handheld navigation unit. A controller is configured to receive the movement signals from the handheld navigation unit and to determine control signals for the robot. The control signals are configured to incrementally move the robot with respect to a point of interest remote from the robot. The point of interest is removed from a fixed point on the robot defined by assigned coordinates. The controller is also configured in such a way that the assigned coordinates are reassigned after each incremental movement of the robot.

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.the US 10 016 892 B2 discloses systems and methods for determining tool offset data for a tool attached to an attachment point on a robot. The method may include controlling the robot to contact a reference object with the tool. The reference object can be a rigid object with a known position. A force feedback sensor on the robot can indicate when the tool has touched the reference object. Once contact is made, data can be received indicating the robot position during tool contact. In addition, the robot can temporarily stop the movement of the tool to prevent damage to the tool or the reference object. Next, tool offset data can be determined based on the position of the reference object relative to the robot and the received robot position data. The tool offset data can describe the distance between at least one point on the tool and the fastening point.

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.the US 6 516 248 B2 discloses a robot calibration system for calibrating a robot and a method for determining a position of the robot for calibrating the robot. The system includes an electrical ground that defines a return line for an electrical circuit. The robot, electrically connected to ground, includes an arm with a tool surface that operates within a robot work area. The system also includes an electrical supply and a sensing device. The electrical supply defines a source for the circuit and provides a charge and a reference voltage to the system. The detection device communicates with the electrical supply to detect fluctuations in either the charge, the reference voltage, or both. The system also contains a calibration object. The calibration object is electrically isolated from earth and is electrically connected to the electrical supply. The calibration object receives the charge and the reference voltage from the electrical supply to determine the position of the robot relative to the calibration object when the tool surface moves towards the calibration object to electrically interact with the calibration object.

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.the US 6 356 807 B1 discloses a method for determining contact positions of a robot relative to a workpiece in a working space of the robot. The method uses the contact positions to determine a position of the workpiece in the robot workspace. The method also monitors an integral operating parameter within the robot, such as: B. the motor torque to determine the contact positions of the robot relative to the workpiece and to locate the workpiece.

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.the U.S. 5,929,584 A discloses a method using a calibration block having vertical and horizontal surfaces to calibrate the center point of a tool attached to a robotic faceplate or other machine. The position of the tool center point is determined by moving the tool from a starting position so that it touches one of the surfaces, recording the position of the face plate, and returning the tool to the starting point. This will be the case for the other surfaces repeated. The tool center point can then be calculated from the recorded positions. Also disclosed is a calibration block having a centering surface with four walls arranged to form a parallelogram and a leveling surface with four walls arranged to form an x, y coordinate axis.

Aufgabe der Erfindung ist, die bekannte Vorrichtung zu verbessern.The object of the invention is to improve the known device.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The object is achieved by the features of the independent claim. Preferred developments are the subject of the dependent claims.

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.According to one aspect of the invention, a device for detecting a reference position of a machining center of a tool of a robot arm in a world coordinate system of an industrial robot equipped with the robot arm comprises, during calibration, a movable transducer plate with a transducer plate top and a transducer plate underside opposite the plate top, one from the transducer plate top into the movable encoder plate leading insertion opening for receiving a reference element for a display of a tool position of the processing center in a tool coordinate system of the industrial robot at least in the reference position, a base plate fixed in relation to the encoder plate with a bottom plate upper side directed towards the encoder plate underside, and a position sensor which is set up the reference position of the processing center to be detected depending on a plate position of the donor plate bottom relative to the bottom plate top sen, at least when the reference element is inserted into the insertion opening.

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.For a clearer explanation, the position of a processing center point of a tool of a robot arm is referred to below with TCP, which stands for the abbreviation of Tool Center Point in the English language.

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.The specified device is based on the consideration that in an industrial robot for controlling the manipulation of an object by a tool at the end effector of the robot arm, an invariable spatial world coordinate system is defined in which the TCP moves with a tolerance-related spatial error. To reduce errors in the manipulation of the object by the industrial robot, this location error must be corrected by calibration. For calibration, the end effector can be equipped with the reference element indicating the TCP, for example. The robot arm then moves the reference system in the world coordinate system to a predetermined calibration point and the reference position is measured, which indicates where the reference element and thus the TCP actually are when it should actually be at the calibration point. Based on an offset or drift between the calibration point and the reference position, which are a measure of the above-mentioned spatial error, the coordinate system or positioning commands of the tool can be corrected, for example.

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.The reference position can be determined directly in the scenario described above, for example. This means that a distance sensor can be arranged at the calibration point, which does not measure the reference position of the TCP, but the distance of the TCP from the calibration point in all spatial directions. Such a system is expensive, however, because the TCP records in all three spatial directions and at the same time a sensor has to be provided which measures the reference position of the relatively small reference element with a sufficiently high degree of precision.

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.The device mentioned at the beginning suggests countermeasures which are primarily aimed at achieving high precision in the detection of the reference position of the TCP despite the small size of the reference element. However, the detection of the reference position of the TCP with the device mentioned at the beginning is very time-consuming in particular.

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.The specified device detects the reference position of the TCP not directly but indirectly via a coupling element in the form of the encoder plate. Placing the reference element in the reference position of the TCP leads to a deflection of the encoder plate into the plate position, as in the case of a control stick of a joystick that is deflected by a user. The plate position is detected by a suitable position sensor and can be clearly assigned to the reference position of the TCP in an arithmetic, numeric or any other way.

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.The specified device can be implemented with simple and inexpensive means, such as are known, for example, from input devices for data processing systems. Another advantage is that the reference element and the specified device can be arranged as desired on the end effector or in a stationary manner. In the device mentioned at the beginning, for example, the reference element has to be arranged in a stationary manner due to the principle involved.

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.In a further development of the specified device, the position sensor is set up to detect the plate position of the underside of the donor plate relative to the upper side of the base plate based on a measurement field, in particular an optical measurement field. In this way, the panel position is detected without contact, which leads to low wear and tear and maintenance intervals. In particular, the optical detection is of particular advantage here because the plate position can be detected with a very high degree of precision and the reference position can thus be determined with correspondingly low tolerances.

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.In a preferred development of the specified device, the transmitter plate is coupled to the base plate via a restoring element. In this way, a starting position can be firmly defined for the encoder plate, for example in the world coordinate system, so that the detection of the reference position of the TCP can be carried out automatically several times in succession without any interaction by a user.

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.In another development, the specified device comprises a housing with the base plate and a housing wall which extends from the top side of the base plate and which surrounds the position sensor and the encoder plate. In this way, the position sensor and the encoder plate are effectively protected from contamination that causes tolerances and wear, especially in the difficult environment of a production line.

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.In a preferred development of the specified device, the housing and the encoder plate are designed to be rotationally symmetrical about an axis of rotation guided through the insertion opening. In this way it is achieved that tolerances of the plate layer are evenly distributed around the axis of rotation.

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.In a particularly preferred development of the specified device, the housing wall comprises a shoulder directed towards the underside of the donor plate. This shoulder serves as a path limiting element and thus enables the specified device to be protected from overstressing.

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.In a further development, the specified device comprises an attachment element which is held on the housing opening by means of a form fit acting horizontally to a housing opening of the housing opposite the base plate. This attachment element can further protect the interior of the housing from contamination, especially at times when the device is not used or is not being transported.

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.In an additional development of the specified device, a centering reference element guided into the insertion opening is held on the attachment element. This centering reference element can hold the encoder plate in the starting position as an alternative or in addition to the aforementioned resetting element. Furthermore, the centering reference element is used for transport protection because it restricts the degrees of freedom of the encoder plate in the state in which the attachment element is placed on the housing.

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.In a further development of the specified device, the attachment element is held on the housing by means of a screw cap in addition to the form fit. In this way, the attachment element is also held vertically to the base plate on the housing.

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.In yet another development of the specified device, a positioning wall, on which the position sensor preferably rests radially, protrudes from the underside of the encoder plate at least in some areas on a plate edge of the encoder plate.

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.

The above-described properties, features and advantages of this invention and the manner in which they are achieved will become more understandable in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in connection with the drawing. Show it:

1 a schematic representation of an industrial robot,
2 a perspective sectional view of an in the industrial robot of FIG 1 existing device for detecting a reference position of a machining center of a tool in a first functional state,
3 a perspective sectional view of the device of FIG 2 in a second functional state, and
4th a schematic representation of a position sensor in the device of FIG 2 and 3 .

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.In the figures, the same technical elements are provided with the same reference symbols and are only described once. The figures are purely schematic and above all do not reflect the actual geometric relationships.

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.It will be on 1 Reference is made to the schematic representation of an industrial robot 2 shows which, based on the industrial robot from the WO 03/064118 A1 can be constructed.

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.The industrial robot 2 includes one on a floor 4th established basis 6th on which a robotic arm 8th is carried movably in a known manner. The robotic arm 8th is a kinematic chain made of arm links 10 that have joints 12th composed composed. At the base 6th the opposite end is the robot arm 8th on Coupling piece 14th in which there is an in 1 not shown can be used tool.

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.The tool of the industrial robot 2 is selected for a specific activity to be carried out, which can be, for example, forming, monitoring or transporting a workpiece. To move the tool using the robot arm 8th To be able to specify exactly, for example by programming, is a TCP below on the tool 16 defined machining center, which determines the position of the tool in the aforementioned programming.

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.The location of the TCP 16 can on the one hand in a world coordinate system 18th be described in which a stationary to the base 6th standing observer the TCP 16 sees. The world coordinate system 18th is thereby through a world longitudinal direction 20th , a world depth direction 22nd and a world elevation direction 24 spanned in the three spatial directions. In addition, the location of the TCP 16 also in a tool coordinate system 26th be described in which a fixed to the TCP 16 standing observer the TCP 16 sees. The tool coordinate system 26th is determined by a longitudinal direction of the tool 28 , a tool depth direction 30th and a tool height direction 32 spanned in the three spatial directions.

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.In principle, there is a functional connection between the world coordinate system 18th and the tool coordinate system 26th formulate with which the location of the TCP 16 between the two coordinate systems 18th , 26th is transformable back and forth. However, this assumes that the functional relationship does not change. However, various mechanical influences, such as wear and tear or a tool change, change the functional relationship, which is why the TCP is calibrated from time to time 16 in the world coordinate system 18th necessary is.

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.The industrial robot has for this purpose 2 a device 34 in which an imaginary calibration point 36 is arranged. The coupling piece is used for calibration 14th with a reference element 38 here fitted in the form of a comparatively small ball, the one with the robot arm 8th at the calibration point 36 is positioned. The position of the reference element deviates 38 when positioning at the calibration point 36 about a drift 40 then the reference element is located 38 in a reference position 42 based on the description of the TCP 16 in the world coordinate system 18th needs to be corrected. This can be done, for example, by correcting the aforementioned functional relationship or by correcting one of the coordinate systems 18th , 26th respectively. Such corrections are known to the person skilled in the art, so that a detailed description can be dispensed with.

Die Vorrichtung 34 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die 2 im Weltkoordinatensystem 18 näher beschrieben.The device 34 will be described below with reference to the 2 in the world coordinate system 18th described in more detail.

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. The device 34 has a foundation plate 44 , on which by means of Allen screws 46 a housing 48 is screwed on. The case 48 is around one in the longitudinal direction of the world 20th extending axis of rotation 50 rotationally symmetrical and has one around the axis of rotation 50 circumferential housing wall 52 at that at hers in the longitudinal direction of the world 20th seen axial end a flange 54 is trained.

Durch diesen Flansch 54 sind die Imbusschrauben 46 zur Befestigung des Gehäuses 48 an der Fundamentplatte 44 geführt.Through this flange 54 are the Allen screws 46 for fastening the housing 48 on the foundation plate 44 guided.

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.The case wall 52 houses a housing space 56 one that goes through a first floor slab 58 and a second base plate arranged parallel thereto 60 is divided into two not further referenced room areas. Here is the second base plate 60 in the longitudinal direction of the world 20th seen after the first floor slab 58 arranged. That in the longitudinal direction of the world 20th seen axial end of the housing interior 56 is about countersunk head screws 62 with a lid 64 locked. The lid 64 is circular, being radially next to the cover 64 an axial extension 66 is designed circumferentially. This axial extension 66 is in a through hole 68 through the foundation plate 44 used in a form-fitting manner in the radial direction and thus positions the housing 64 exactly on the foundation plate 44 . Alternatively or additionally, one or more can be positioned through the flange 54 and the foundation plate 44 guided positioning bolts 70 be arranged.

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.On the first base plate 58 is opposite to the second base plate 60 a position sensor 72 with a first printed circuit board 73 and in the longitudinal direction of the world 18th seen one of the first circuit board 73 opposite second printed circuit board 74 carried. The two circuit boards 73 , 74 are mechanically coupled to one another in a manner to be described, which will be discussed in detail at a later point. Both floor panels 58 , 60 lie axially on a nose directed radially inward 75 on the housing wall 52 and clamp them between them. The position sensor 72 is about another Allen screw 46 with his first printed circuit board 73 on the first floor slab 58 screwed. The other Allen screw 46 is also in the second base plate 60 screwed in. This is how the position sensor is 72 about the two floor tiles 58 , 60 on the nose 75 and thus on the housing wall 52 held mechanically.

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.Starting from the first floor slab 58 is on a direction opposite to the longitudinal direction of the world 20th viewed opposite side of the position sensor 72 a donor plate 76 so put on, the one with the underside of the encoder plate 77 to the position sensor 72 is directed. The donor plate 76 is via an insertion opening 78 for recording and forwarding movements of the reference element 38 to the second circuit board 74 of the position sensor 72 provided and thus acts as a coupling element. Details on this will be discussed in more detail later. The donor plate 76 is around the axis of rotation 50 rotationally symmetrical and by means of pan-head screws 79 on the second circuit board 74 screwed. The encoder plate also has 76 at its radial edge one to the first bottom wall 58 directed circumferential positioning wall 80 to which the second printed circuit board 74 rests radially so that the second printed circuit board 74 and the donor plate 76 are axially aligned with one another. To protect electronic and mechanical components that are not referenced any further on the second circuit board 74 is in a transition between the underside of the donor plate 77 and the positioning wall 80 a donor plate shoulder 82 formed on which the second printed circuit board 74 rests, so that a not further referenced axial gap between the second circuit board 74 and the donor plate 76 is ensured.

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.The case 48 owns between the floor panels 58 , 60 and the lid 64 a cable feed 83 via which the position sensor 72 can be electrically and information-technically connected to external electrical devices. Against the longitudinal direction of the world 20th seen the case 48 below the encoder plate 76 also a housing shoulder 84 on which the positioning wall 80 the donor plate 76 in operation of the specified device 34 can strike. Details on this will be discussed later.

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.Against the longitudinal direction of the world 20th seen above the housing shoulder 84 owns the housing 48 a form-fit notch 86 , which in turn have an internal thread 88 connects. In this internal thread 88 is an in 3 top element to be seen 90 screwed in, on which a centering reference element 92 centered on the axis of rotation 50 and into the centering opening 78 introduced in a manner not further referenced. The attachment element 90 has a cover plate 94 that are opposite to the longitudinal direction of the world 20th seen on the housing wall 52 is put on. Below the cover plate 94 axially adjoins this an external thread 96 in the longitudinal direction of the world 20th on, being attached to the external thread 96 again a form-fit wall 98 axially in the longitudinal direction of the world 20th connects. The form-fit wall 98 lies radially on the form-fit notch 86 and positions the cover element 90 thus when screwing into the internal thread 88 .

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.For the above calibration of the TCP 16 with the device 34 first becomes the device 34 with the foundation plate 44 in industrial robots 2 in the in 1 attached manner shown. The fastening takes place in such a way that the centering reference element is 92 at one point in the world coordinate system 18th is located at which the TCP 16 for the tool in the industrial robot 2 programmed. This programmed TCP 16 corresponds to the calibration body mentioned above 36 . The calibration body 36 does not have to depend on the actual TCP 16 of the tool, because the actual TCP 16 is corrected anyway during the subsequent calibration.

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.Then the cover element 90 unscrewed and the centering reference element 92 from the centering opening 78 removed so that the encoder plate 76 coupled via the position sensor 72 can move in the housing. The housing shoulder 84 restricts the range of motion of the donor plate 76 so that this is the coupling or the position sensor 72 for example, cannot damage it because of an excessive deflection.

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.Finally, the industrial robot moves 2 with the robotic arm 8th the reference element 38 in the centering opening 78 and positions it at the programmed calibration point 36 so that the centering hole 78 is moved to a location where the actual TCP 16 of the tool if there is a local error and thus the drift 40 is available. This actual TCP 16 of the tool corresponds to the above-mentioned reference position 42 . The position sensor 72 records the reference position 42 in a coordinate system that uses the programmed TCP 16 and thus the calibration point 36 as the origin of coordinates. In this way the position sensor gives 72 immediately the drift 40 off, so the above-mentioned correction of the description of the TCP 16 in the world coordinate system 18th directly based on the output signal of the position sensor 72 can be carried out.

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.The position sensor 72 can basically be selected with any suitable measuring principle. A possible measuring principle can be analogous to the publications DE 10 2004 051 565 A1 and DE 10 2004 063 975 A1 optically chosen because of the location of the encoder plate 76 and thus the centering opening 78 opposite the base plate 58 and thus the housing 48 can be optically measured very precisely.

Die grundlegende Funktion eines möglichen Lagesensors 72 soll nachstehend anhand der 4 näher beschrieben werden.The basic function of a possible position sensor 72 should be based on the 4th are described in more detail.

Die beiden Leiterplatten 73, 74 sind in dem Lagesensor 72 über Rückstellelemente 100, hier in Form von Federn miteinander gekoppelt.The two circuit boards 73 , 74 are in the position sensor 72 via reset elements 100 , here coupled together in the form of springs.

Ferner umfasst der Lagesensor 72 mehrere Sensorelemente 101, 101', 101'', die auf der ersten Leiterplatte 73 an verschiedene Orten angeordnet sind.The position sensor also includes 72 several sensor elements 101 , 101 ' , 101 '' that are on the first circuit board 73 are arranged in different places.

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.Every sensor element 101 , 101 ' , 101 '' includes light signaling devices 102 , here in the form of light-emitting diodes on the first circuit board 73 , the light 104 on a reflector element 106 on the second circuit board 74 throw, the reflector element 106 the light 104 on the first circuit board 73 throws back. Every sensor element 101 , 101 ' , 101 '' furthermore comprises one light signal receiver each 108 , here in the form of photodiode matrices, of the reflected light 104 receives.

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.The light signal receiver 108 can locally resolve at which point the reflected light 104 was received. If the relative position of the second circuit board changes 74 to first circuit board 73 , the angle of incidence and the angle of reflection of the light on the reflector element change 106 and thus the place where the light 104 at the light signal receivers 108 Will be received. Thus, from the individual places where the light 104 at the light signal receivers 108 of the individual sensor elements 101 , 101 ' , 101 '' is received on the relative position of the second circuit board 74 opposite the first printed circuit board 73 getting closed.

Derartige Messverfahren sind dem Fachmann beispielsweise aus einer optischen Computermaus bestens bekannt, weshalb auf eine nähere Darstellung der Kürze halber verzichtet werden soll.Such measurement methods are very well known to the person skilled in the art, for example from an optical computer mouse, which is why a detailed description should not be given for the sake of brevity.

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.In the embodiment described above, the device 34 stationary and the reference element 38 movable on the robot arm 8th held. Alternatively, the two elements can be swapped so that the reference element 38 stationary and the device 34 movable on the robot arm 8th are held.

Claims

Device (34) for detecting a reference position (42) of a machining center (16) of a tool of a robot arm (8) in a world coordinate system (18) of an industrial robot (2) equipped with the robot arm (8) during a calibration, comprising: - A movable donor plate (76) with a donor plate top and a donor plate bottom (77) opposite the donor plate top, - An insertion opening (78) leading from the top of the encoder plate into the movable encoder plate (76) for receiving a reference element (38) fitted on a coupling piece (14) of the robot arm (8) for displaying a tool position of the machining center (16) in the tool coordinate system (18) ) of the industrial robot (2) at least in the reference position (42), - A base plate (58) which is stationary with respect to the donor plate (76) and has a base plate upper side directed towards the donor plate underside (77), and - A position sensor (72) which is set up to detect the reference position (42) of the processing center (16) as a function of a plate position of the encoder plate underside (77) relative to the base plate upper side, at least when the one on the coupling piece (14) of the robot arm (8) is fitted Reference element (38) is inserted into the insertion opening (78) at a calibration point (36).

Device (34) after Claim 1 , wherein the position sensor (72) is set up to detect the plate position of the donor plate underside (77) relative to the base plate upper side based on a measurement field (104), in particular an optical measurement field.

Device (34) after Claim 1 or 2 , wherein the transmitter plate (76) is coupled to the base plate (58) via a restoring element (100).

Device (34) according to one of the preceding claims, comprising a housing (48) with the base plate (58) and a housing wall (52) which extends at least from the top side of the base plate to the encoder plate (76), which houses the position sensor (72) and the Encoder plate (76) surrounds.

Device (34) after Claim 4 wherein the housing (48) and the encoder plate (76) are designed to be rotationally symmetrical about an axis of rotation (50) guided through the insertion opening (78).

Device (34) after Claim 4 or 5 wherein the housing wall (52) comprises a shoulder (84) directed towards the underside of the donor plate (77).

Device (34) according to one of the preceding claims, comprising an attachment element (90) which is held on the housing opening by means of a form fit (86, 98) acting horizontally to a housing opening of the housing (48) opposite the base plate (58).

Device (34) after Claim 7 wherein a centering reference element (92) guided into the insertion opening (78) is held on the attachment element (90).

Device (34) after Claim 7 or 8th , the attachment element (90) being held on the housing (48) by means of a screw cap (88, 96) in addition to the form fit (86, 98).

Device (34) according to one of the preceding claims, wherein a positioning wall (80), on which the position sensor (72) rests, protrudes from the underside (77) of the donor plate on a plate edge of the donor plate (76).