DE102019212195A1

DE102019212195A1 - Bestimmungssystem für zusätzliche messtechnikpositionskoordinaten zum gebrauch mit einem roboter

Info

Publication number: DE102019212195A1
Application number: DE102019212195.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Nahum
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2018-08-16
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2020-02-20
Also published as: US10871366B2; JP2020026032A; CN110834320A; JP7420506B2; US20200056878A1; CN110834320B

Abstract

Es wird ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten zum Gebrauch mit einem Roboter geschaffen. Ein erster Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, (z. B. zum Steuern und Erfassen einer Endwerkzeugposition eines Endwerkzeugs, das nahe einem entfernten Ende einer beweglichen Armkonfiguration des Roboters montiert ist) basiert auf dem Verwenden von Positionssensoren (z. B. Messgebern), die in dem Roboter enthalten sind. Das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält eine Bildaufnahmekonfiguration, eine XY-Skala, einen Bildtriggerabschnitt und einen Verarbeitungsabschnitt. Eine aus der XY-Skala oder der Bildaufnahmekonfiguration ist mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt, und die andere ist mit einem stationären Element (z. B. einem Rahmen oberhalb des Roboters) gekoppelt. Die Bildaufnahmekonfiguration erfasst ein Bild der XY-Skala, das benutzt wird, um die Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, zu bestimmen.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNG(EN)
Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung der US-Patentanmeldung Nr. 16/104,033 mit dem Titel „ROBOT SYSTEM WITH SUPPLEMENTARY METROLOGY POSITION COORDINATES DETERMINATION SYSTEM“, eingereicht am 16. August 2018, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung bezieht sich auf Robotersysteme und insbesondere auf Systeme zum Bestimmen von Koordinaten einer Endwerkzeugposition eines Roboters.
Beschreibung des Stands der Technik
Robotersysteme werden zunehmend zur Herstellung und für andere Prozesse genutzt. Verschiedene Typen von Robotern, die benutzt werden können, enthalten Knickarmroboter, „Selective Compliance Articulated Robot Arm“-(SCARA-) Roboter, kartesische Roboter, zylindrische Roboter, sphärische Roboter usw. Als ein Beispiel für Komponenten, die in einem Roboter enthalten sein können, kann ein SCARA-Robotersystem (das z. B. ein Typ eines Knickarmrobotersystems sein kann) typischerweise eine Basis aufweisen, wobei ein erster Armabschnitt mit der Basis drehbar gekoppelt ist und ein zweiter Armabschnitt mit einem Ende des ersten Armabschnitts drehbar gekoppelt ist. In verschiedenen Konfigurationen kann ein Endwerkzeug mit einem Ende des zweiten Armabschnitts gekoppelt sein (z. B. zum Ausführen spezieller Arbeits- und/oder Überprüfungsoperationen). Solche Systeme können Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber) enthalten, die zum Bestimmen/Steuern der Positionierung der Armabschnitte und dementsprechend der Positionierung des Endwerkzeugs benutzt werden. In verschiedenen Implementierungen können solche Systeme eine Positionierungsgenauigkeit von ungefähr 100 Mikrometern aufweisen, begrenzt durch spezielle Faktoren (z. B. der Leistung des Drehwinkelgebers in Kombination mit der mechanischen Stabilität des Robotersystems usw.).
Das US-Patent Nr. 4,725,965 , das hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist, offenbart spezielle Kalibrierungstechniken zum Verbessern der Genauigkeit eines SCARA-Systems. Wie in dem Patent '965 beschrieben ist, ist eine Technik zum Kalibrieren eines Roboters vom SCARA-Typ, der einen ersten drehbaren Armabschnitt und einen zweiten drehbaren Armabschnitt, der ein Endwerkzeug führt, umfasst, bereitgestellt. Die Kalibrierungstechnik steht in Beziehung zu der Tatsache, dass der SCARA-Roboter unter Verwendung eines kinematischen Modells gesteuert werden kann, das, wenn es genau ist, ermöglicht, dass die Armabschnitte in sowohl einer ersten als auch einer zweiten Winkelkonfiguration platziert werden können, wobei das Endwerkzeug, das durch den zweiten Armabschnitt geführt wird, an der gleichen Position bleibt. Um das kinematische Modell zu kalibrieren, werden die Armabschnitte in einer ersten Konfiguration platziert, so dass sich das Endwerkzeug oberhalb eines festen Bezugspunkts befindet. Dann werden die Armabschnitte in einer zweiten Winkelkonfiguration platziert, so dass sich das Endwerkzeug nominell wieder in Deckung mit dem Bezugspunkt befindet. Der Fehler in dem kinematischen Modell wird aus der Verschiebung der Position des Endwerkzeugs von dem Bezugspunkt, wenn die Armabschnitte von der ersten zu der zweiten Winkelkonfiguration umgeschaltet werden, berechnet. Das kinematische Modell wird dann in Übereinstimmung mit dem berechneten Fehler kompensiert. Die Schritte werden wiederholt, bis der Fehler null erreicht, wobei zu dieser Zeit das kinematische Modell des SCARA-Roboters als kalibriert betrachtet wird.
Wie in dem '965-Patent ferner beschrieben ist, kann die Kalibrierungstechnik die Verwendung spezieller Kameras enthalten. Beispielsweise kann in einer Implementierung der Bezugspunkt die Mittel des Sichtbereichs einer stationären Fernsehkamera sein (d. h. sich auf dem Boden unterhalb des Endwerkzeugs befinden), und das Ausgangssignal der Kamera kann verarbeitet werden, um die Verschiebung der Position des Endwerkzeugs von der Mitte des Sichtbereichs der Kamera, wenn die Gelenke von der ersten Konfiguration zu der zweiten Konfiguration umgeschaltet werden, zu bestimmen. In einer weiteren Implementierung kann der zweite Armabschnitt eine Kamera führen, und die Technik kann durch Platzieren der Armabschnitte in einer ersten Winkelkonfiguration beginnen, an der ein zweiter vorbestimmter Innenwinkel zwischen den Armabschnitten gemessen wird, um die durch den zweiten Armabschnitt geführte Kamera direkt oberhalb eines festen Bezugspunkts zu zentrieren. Die Armabschnitte werden dann in einer zweiten Winkelkonfiguration platziert, in der ein Innenwinkel, der gleich dem zweiten vorbestimmten Innenwinkel ist, zwischen den Armabschnitten gemessen wird, um die Kamera nominell wieder oberhalb des Bezugspunkts zu platzieren. Das Ausgangssignal der Kamera wird dann verarbeitet, um die Verschiebung der Position des Bezugspunkts, wie sie durch die Kamera gesehen wird, beim Umschalten der Armabschnitte von der ersten auf die zweite Winkelkonfiguration zu berechnen. Der Fehler der bekannten Position der Kamera wird dann in Übereinstimmung mit der Verschiebung der Position des Bezugspunkts, wie sie durch die Kamera gesehen wird, bestimmt. Die Schritte werden dann als Teil des Kalibrierungsprozesses wiederholt, bis sich der Fehler null nähert.
Obwohl Techniken wie die in dem '965-Patent beschriebenen zum Kalibrieren eines Robotersystems genutzt werden können, kann es in speziellen Anwendungen weniger wünschenswert sein, solche Techniken zu nutzen (die z. B. signifikante Zeit erforderlich können und/oder keinen gewünschten Genauigkeitsgrad für alle möglichen Orientierungen eines Roboters während spezieller Operationen bereitstellen können, usw.). Ein Robotersystem, das Verbesserungen hinsichtlich solcher Probleme bereitstellen kann, (z. B. zum Erhöhen der Zuverlässigkeit, Reproduzierbarkeit, Geschwindigkeit usw. der Positionsbestimmung während Werkstückmessungen und anderen Prozessen) wären wünschenswert.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Diese Zusammenfassung wird bereitgestellt, um eine Auswahl von Konzepten in vereinfachter Form einzuführen, die nachstehend in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Zusammenfassung ist nicht dafür vorgesehen, die Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie dafür vorgesehen, als ein Hilfsmittel zum Bestimmen des Schutzbereichs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.
Ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist zum Gebrauch zusammen mit einem Roboter als Teil eines Robotersystems geschaffen. Der Roboter (z. B. ein Knickarmroboter, ein SCARA-Roboter, ein kartesischer Roboter, ein zylindrischer Roboter, ein sphärischer Roboter usw.) enthält eine bewegliche Armkonfiguration und ein Bewegungssteuerungssystem. Die bewegliche Armkonfiguration enthält eine Endwerkzeugmontagekonfiguration, die sich nahe einem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration befindet. Der Roboter ist konfiguriert, die bewegliche Armkonfiguration zu bewegen, um wenigstens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugmontagekonfiguration montiert ist, entlang wenigstens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen. Das Bewegungssteuerungssystem ist konfiguriert, eine Endwerkzeugposition mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der Position des beweglichen Arms unter Verwendung wenigstens eines Positionssensors (z. B. eines Drehwinkelgebers, eines Linearmessgebers usw.), der in dem Roboter enthalten ist, zu steuern.
Das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält eine erste Bildaufnahmekonfiguration, eine XY-Skala, einen Bildtriggerabschnitt und einen Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt. Die erste Bildaufnahmekonfiguration enthält eine erste Kamera und weist eine optische Achse auf. Die XY-Skala enthält ein nominell ebenes Substrat und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, wobei sich die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale an entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden. Der Bildtriggerabschnitt ist konfiguriert, wenigstens ein Eingabesignal, das sich auf die Endwerkzeugposition bezieht, einzugeben und die Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das erste Bildaufnahmetriggersignal zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration auszugeben. Die erste Bildaufnahmekonfiguration ist konfiguriert, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen. Der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt ist konfiguriert, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal, das in dem erfassten Bild enthalten ist, der XY-Skala und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala eine inkrementelle Skala oder eine absolute Skala sein.
Das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist so konfiguriert, dass eine bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt ist und die andere so konfiguriert ist, dass sie mit einem stationären Element nahe dem Roboter gekoppelt ist. Die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration definiert eine erste Referenzposition. Eine Skalenebene ist so definiert, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat der XY-Skala zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene ist als eine Skalenbildaufnahmeachsenrichtung definiert. Das Robotersystem kann so betrieben werden, dass es wenigstens nominell eine Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten bereitstellt. In der Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist wenigstens eine aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration so angeordnet, dass die optische Achse der ersten Bildaufnahmekonfiguration parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung befindet.
Das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist so konfiguriert, dass dann, wenn die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die bewegliche Armkonfiguration mit der XY-Skala in einem Gesichtsfeld der ersten Bildaufnahmekonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt betrieben werden kann, um die Messtechnikpositionskoordinaten zu bestimmen, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild angeben. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition zu der Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad an, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist. In verschiedenen Implementierungen ist das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten konfiguriert, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition zur Bilderfassungszeit zu bestimmen, basierend auf den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration angeben, und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition und der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration.
In verschiedenen Implementierungen ist die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit einem mittleren Unterabschnitt der beweglichen Armkonfiguration über einen entfernten Unterabschnitt gekoppelt, der wenigstens ein drehendes Element des ersten entfernten Unterabschnitts umfasst, das sich um eine Drehachse des ersten entfernten Unterabschnitts dreht, die nominell parallel zu der Skalenebene ist, falls die XY-Skala die bewegliche ist, und nominell orthogonal zu der optischen Achse ist, falls die erste Bildaufnahmekonfiguration die bewegliche ist. In verschiedenen Implementierungen umfasst der mittlere Unterabschnitt wenigstens ein drehendes Element des ersten mittleren Unterabschnitts, das sich um eine Drehachse dreht, die nominell parallel zu der Drehachse des ersten entfernten Unterabschnitts ist. In verschiedenen Implementierungen umfasst der entfernte Unterabschnitt eine Halterung, die die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit dem drehenden Element des ersten entfernten Unterabschnitts koppelt. In verschiedenen Implementierungen ist der Roboter konfiguriert, das Endwerkzeug und die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration in einer Ebene parallel zu der Skalenebene zu bewegen, während das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten in der Betriebskonfiguration ist.
In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt sein, und die erste Bildaufnahmekonfiguration kann mit dem stationären Element gekoppelt sein. In verschiedenen Implementierungen kann das stationäre Element einen Rahmen umfassen, der oberhalb wenigstens eines Abschnitts eines Endwerkzeugarbeitsvolumens angeordnet ist. Die erste Bildaufnahmekonfiguration kann an dem Rahmen oberhalb eines Abschnitts des Endwerkzeugarbeitsvolumens befestigt sein.
In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem in entweder einer Betriebsart mit Roboterpositionskoordinaten oder einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden. Die Betriebsart mit Roboterpositionskoordinaten kann einer unabhängigen und/oder StandardBetriebsart für den Roboter entsprechen (z. B. einer Betriebsart, in der der Roboter unabhängig betrieben wird, wie z. B. wenn ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten nicht aktiv ist oder anderweitig nicht bereitgestellt ist). In der Betriebsart mit Roboterpositionskoordinaten werden die Roboterbewegungen und die entsprechende Endwerkzeugposition mit dem Genauigkeitsgrad, der als die Robotergenauigkeit definiert ist, gesteuert und bestimmt (d. h. unter Nutzung der Positionssensoren, die in dem Roboter enthalten sind). Umgekehrt können in der Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition zu einer Bilderfassungszeit angeben, mit einem Genauigkeitsgrad bestimmt werden, der besser als die Robotergenauigkeit ist (z. B. besser als die Genauigkeit der in dem Roboter enthaltenen Positionssensoren), wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist. In verschiedenen Implementierungen können die bestimmten Positionsinformationen (z. B. die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position angeben, die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition und/oder andere zugehörige bestimmte Positionsinformationen) dann zum Ausführen einer festgelegten Funktion benutzt werden (z. B. als Teil von Werkstückmessungen, Positionierungssteuerung des Roboters usw.).
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm einer ersten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, das einen Knickarmroboter und ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält;
2 ist ein isometrisches Diagramm einer zweiten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems ähnlich dem Robotersystem von 1, in dem eine erste Bildaufnahmekonfiguration mit einem stationären Element gekoppelt ist;
3 ist ein isometrisches Diagramm einer dritten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, in dem eine XY-Skala mit einem stationären Element gekoppelt ist;
4 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer inkrementellen XY-Skala;
5 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer absoluten XY-Skala;
6A und 6B sind Ablaufdiagramme, die erste beispielhafte Implementierungen von Routinen zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Knickarmroboter und ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält, darstellen;
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine erste beispielhafte Implementierung einer Routine zum Bestimmen einer Endwerkzeugposition darstellt, in der Positionssensoren während eines ersten Abschnitts einer Bewegungszeit benutzt werden können und eine bestimmte relative Position eines Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten während eines zweiten Abschnitts einer Bewegungszeit benutzt werden kann;
8 ist ein Blockdiagramm einer vierten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, das einen Knickarmroboter und ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält;
9 ist ein isometrisches Diagramm eines Abschnitts einer fünften beispielhaften Implementierung eines Robotersystems ähnlich dem Robotersystem von 8, das einen Knickarmroboter, in dem eine erste Bildaufnahmekonfiguration mit einem stationären Element gekoppelt ist, enthält;
10A und 10B sind Ablaufdiagramme, die zweite beispielhafte Implementierungen von Routinen zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Roboter und ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält, darstellen; und
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine zweite beispielhafte Implementierung einer Routine zum Bestimmen einer Endwerkzeugposition, in der Positionssensoren während eines ersten Abschnitts einer Bewegungszeit benutzt werden können und bestimmte Messtechnikpositionskoordinaten eines Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten während eines zweiten Abschnitts einer Bewegungszeit benutzt werden können, darstellt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 ist ein Blockdiagramm einer ersten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 100, das einen Knickarmroboter 110 und ein Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält. Der Knickarmroboter 110 enthält einen ersten und einen zweiten Armabschnitt 120 und 130, eine erste und eine zweite Drehverbindungen 125 und 135, Positionssensoren SEN1 und SEN2, eine Endwerkzeugkonfiguration ETCN und ein Roboterbewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 140. Der erste Armabschnitt 120 ist an der ersten Drehverbindung 125 an einem nahen Ende PE1 des ersten Armabschnitts 120 montiert. Die erste Drehverbindung 125 (die sich z. B. an einem oberen Ende einem tragenden Basisabschnitt BSE befindet) weist eine Drehachse RA1 auf, die entlang einer z-Achsenrichtung ausgerichtet ist, so dass sich der erste Armabschnitt 120 um die erste Drehverbindung 125 in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, bewegt. Die zweite Drehverbindung 135 befindet sich an einem entfernten Ende DE1 des ersten Armabschnitts 120. Die zweite Drehverbindung 135 weist ihre Drehachse RA2 nominell ausgerichtet entlang der z-Achsenrichtung auf. Der zweite Armabschnitt 130 ist an die zweite Drehverbindung 135 an einem nahen Ende PE2 des zweiten Armabschnitts 130 montiert, so dass sich der zweite Armabschnitt 130 um die zweite Drehverbindung 135 in einer x-y-Ebene, die nominell senkrecht zu der z-Achse ist, bewegt. In verschiedenen Implementierungen können die Positionssensoren SEN1 und SEN2 (z. B. die Drehwinkelgeber) zum Bestimmen der Winkelpositionen (z. B. in der x-y-Ebene) das ersten und zweiten Armabschnitts 120 und 130 um die erste bzw. zweite Drehverbindung 125 und 135 benutzt werden.
In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugkonfiguration ETCN einen Z-Bewegungsmechanismus ZMM, einen Z-Armabschnitt ZARM, einen Positionssensor SEN3 und einen Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP, der mit einem Endwerkzeug ETL koppelt, enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN und einen Endwerkzeugtaster ETST mit einem Kontaktpunkt CP (z. B. zum Kontaktieren einer Oberfläche eines Werkstücks WP) enthalten. Der Z-Bewegungsmechanismus ZMM befindet sich nahe dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130. Der Z-Bewegungsmechanismus ZMM (z. B. ein linearer Aktor) ist konfiguriert, den Z-Armabschnitt ZARM in der z-Achsenrichtung nach oben und nach unten zu bewegen. In einigen Implementierungen kann der z-Armabschnitt ZARM auch konfiguriert sein, sich um eine Achse parallel zu der z-Achsenrichtung zu drehen. In jedem Fall ist das Endwerkzeug ETL an dem Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP gekoppelt und weist eine entsprechende Endwerkzeugposition ETP mit entsprechenden Koordinaten (z. B. x-, y- und z-Koordinaten) auf. In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugposition ETP dem entfernten Ende DE3 des Z-Armabschnitts ZARM entsprechen oder ihm nahe sein (z. B. an oder nahe dem Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP).
Das Bewegungssteuerungssystem 140 ist konfiguriert, die Endwerkzeugposition ETP des Endwerkzeugs ETL mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, zu steuern. Insbesondere ist das Bewegungssteuerungssystem 140 allgemein konfiguriert, die x-und y-Koordinaten der Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der Winkelpositionen (d. h. in der x-y-Ebene) des ersten und zweiten Armabschnitts 120 und 130 um die erste bzw. zweite Drehverbindung 125 und 135 unter Verwendung der Positionssensoren SEN1 und SEN2 zu steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 140 einen ersten und einen zweiten Drehverbindungssteuerungs- und -erfassungsabschnitt 141 und 412 enthalten, die Signale von den Positionssensoren SEN1 bzw. SEN2 zum Erfassen der Winkelpositionen des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 und 130 empfangen können und/oder Steuersignale (z. B. für Motoren usw.) in der ersten und zweiten Drehverbindung 125 und 135 zum Drehen des ersten und zweiten Armabschnitts 120 und 130 bereitstellen können.
Zusätzlich ist das Bewegungssteuerungssystem 140 allgemein konfiguriert, die z-Koordinate der Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der linearen Position (d. h. entlang der z-Achse) des Z-Armabschnitts ZARM unter Verwendung des Z-Bewegungsmechanismus ZMM und des Positionssensors SEN3 zu steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 140 einen Z-Bewegungsmechanismussteuerungs- und -erfassungsabschnitt 143 enthalten, der Signale von dem Positionssensor SEN3 zum Erfassen der linearen Position des Z-Armabschnitts ZARM empfangen kann oder Steuersignale für den Z-Bewegungsmechanismus ZMM (z. B. einen linearen Aktor) zum Steuern der Z-Position des Z-Armabschnitts ZARM bereitstellen kann.
Das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 140 kann außerdem Signale von dem Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN empfangen. In verschiedenen Implementierungen kann der Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN eine Schaltungsanordnung und/oder Konfigurationen enthalten, die zu den Operationen des Endwerkzeugs ETL zum Ertasten eines Werkstücks WP gehören. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen das Endwerkzeug ETL (z. B. eine Berührungssonde, eine Abtastsonde, eine Kamera usw.) zum Kontaktieren oder auf andere Weise Erfassen von Oberflächen-Orten/Positionen/Punkten auf einem Werkstück WP, für das verschiedene entsprechende Signale durch den Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN empfangen, bestimmt und/oder verarbeitet werden können und das entsprechende Signale für das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 140 bereitstellen kann, benutzt werden. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 140 einen Endwerkzeugsteuerungs- und -erfassungsabschnitt 144 enthalten, der Steuersignale für den Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN bereitstellen und/oder Abtastsignale von ihm empfangen kann. In verschiedenen Implementierungen können der Endwerkzeugsteuerungs- und erfassungsabschnitt 144 und der Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN zusammengefasst und/oder ununterscheidbar sein. In verschiedenen Implementierungen können der erste und der zweite Drehverbindungssteuerungs- und erfassungsabschnitt 141 und 142, der Z-Bewegungsmechanismussteuerungs- und -erfassungsabschnitt 143 und der Endwerkzeugsteuerungs- und erfassungsabschnitt 144 alle Ausgaben für einen Roboterpositionsverarbeitungsabschnitt 145 bereitstellen und/oder Steuersignale von ihm empfangen, der die gesamte Positionierung des Knickarmroboters 110 und entsprechende Endwerkzeugposition ETP als Teil des Roboterbewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystems 140 steuern und/oder bestimmen kann.
In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten in dem Knickarmroboter enthalten oder ihm auf andere Weise hinzugefügt sein (z. B. als Teil einer Nachrüstungskonfiguration, die einem existierenden Knickarmroboter 110 hinzugefügt werden kann, usw.). Im Allgemeinen kann das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt werden, um einen verbesserten Genauigkeitsgrad für die Bestimmung der Endwerkzeugposition ETP bereitzustellen. Insbesondere kann, wie nachstehend genauer beschrieben wird, das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt werden, um eine relative Position, die die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP angibt, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für die x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, zu bestimmen.
Wie in 1 dargestellt ist, enthält das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten eine erste Bildaufnahmekonfiguration 160, eine XY-Skala 170, einen Bildtriggerabschnitt 181 und einen Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190. Die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 ist mit einem stationären Element STE gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann das stationäre Element STE einen Rahmen umfassen, der oberhalb wenigstens eines Abschnitts eines betriebsfähigen Arbeitsvolumens OPV des Knickarmroboters 110 angeordnet ist, und wofür die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 an dem Rahmen oberhalb eines Abschnitts des betriebsfähigen Arbeitsvolumens OPV befestigt ist. In verschiedenen Implementierungen kann das stationäre Element STE ein oder mehrere Strukturträgerelemente SSP (die sich z. B. von einem Boden, einer Decke usw. erstrecken) zum Halten des stationären Elements STE an einem festen Ort (z. B. mit einer festen Position und/oder Orientierung) relativ zu dem Knickarmroboter 110 enthalten.
Die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 enthält eine erste Kamera CAM1 und weist eine optische Achse OA1 auf, die nominell parallel zu der z-Achse ausgerichtet ist. Die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 weist einen effektiven Fokusbereich REFP entlang ihrer optischen Achse OA1 auf. In verschiedenen Implementierungen kann der Bereich REFP durch eine erste und eine zweite effektive Fokusposition EFP1 und EFP2 begrenzt sein, wie nachstehend genauer beschrieben wird. Zu einer gegebenen Zeit weist die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 eine effektive Fokusposition EFP auf, die in den Bereich REFP fällt. In einer Implementierung, in der ein Objektiv mit variabler Brennweite (VFL) verwendet ist, kann der Bereich REFP dem Brennweitenbereich des VFL-Objektivs entsprechen.
In verschiedenen Implementierungen kann ein VFL-Objektiv, das benutzt wird, ein Objektiv mit einem Brechungsindex mit einstellbarem akustischem Gradienten (TAG-Objektiv) sein. In Bezug auf die allgemeinen Operationen eines solchen TAG-Objektivs kann in verschiedenen Implementierungen eine Objektivsteuereinheit (wie sie z. B. in dem ersten Bildaufnahmekonfigurations- und Bildverarbeitungsabschnitt 180 enthalten ist) die optische Leistung des TAG-Objektivs periodisch schnell anpassen oder modulieren, um ein Hochgeschwindigkeits-TAG-Objektiv zu erreichen, das zu einer periodischen Modulation (d. h. mit einer TAG-Objektiv-Resonanzfrequenz) von 250 kHz oder 70 kHz oder 30 kHz oder dergleichen fähig ist. In einer solchen Konfiguration kann die effektive Fokusposition EFP der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 innerhalb des Bereichs REFP (z. B. eines Autofokussuchbereichs) (schnell) bewegt werden. Die effektive Fokusposition EFP1 (oder EFPmax) kann einer maximalen optischen Leistung des TAG-Objektivs entsprechen, und die effektive Fokusposition EFP2 (oder EFPmin) kann einer maximalen negativen optischen Leistung des TAG-Objektivs entsprechen. In verschiedenen Implementierungen kann die Mitte des Bereichs REFP als EFPnom bezeichnet sein und kann der optischen Leistung null des TAG-Objektivs entsprechen.
In verschiedenen Implementierungen, können ein solches VFL-Objektiv (z. B. ein TAG-Objektiv) und ein entsprechender Bereich REFP vorteilhaft gewählt werden, so dass die Konfiguration die Notwendigkeit makroskopischer mechanischer Einstellungen der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 und/oder Einstellung von Abständen zwischen Komponenten, um die effektive Fokusposition EFP zu ändern, begrenzt oder eliminiert. Beispielsweise in einer Implementierung, in der eine unbekannte Größe der Neigung oder „Durchhängen“ an dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 auftreten kann (z. B. aufgrund des Gewichts und/oder spezifischer Orientierungen des ersten und zweiten Armabschnitts 120 und 130 usw.) kann der präzise Fokusabstand von der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 zu der XY-Skala 170 unbekannt sein und/oder kann mit unterschiedlichen Orientierungen der Arme variieren, usw. In einer solchen Konfiguration kann es wünschenswert sein, dass ein VFL-Objektiv benutzt wird, das die effektive Fokusposition EFP abtasten oder auf andere Weise einstellen kann, um die XY-Skala 170 zu bestimmen und genau auf sie zu fokussieren.
In verschiedenen Implementierungen umfasst die XY-Skala 170 ein nominell ebenes Substrat SUB, das nominell senkrecht zu der z-Achse angeordnet ist, und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale, die auf dem Substrat SUB verteilt sind. Die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale befinden sich an entsprechenden bekannten x- und y-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala 170. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 170 eine inkrementelle oder absolute Skala sein, wie nachstehend mit Bezug auf die 4 und 5 genauer beschrieben wird.
In verschiedenen Implementierungen können der Bildtriggerabschnitt 181 und/oder der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 als Teil eines externen Steuerungssystems ECS (z. B. als Teil eines externen Computers usw.) enthalten sein. Der Bildtriggerabschnitt 181 kann als Teil eines ersten Bildaufnahmekonfigurations- und -verarbeitungsabschnitts 180 enthalten sein. In verschiedenen Implementierungen ist der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert, wenigstens ein Eingabesignal einzugeben, das zu der Endwerkzeugposition ETP gehört, und die Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das erste Bildaufnahmetriggersignal zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 auszugeben. In verschiedenen Implementierungen ist die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 konfiguriert, ein digitales Bild der XY-Skala 170 zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen. In verschiedenen Implementierungen ist der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 konfiguriert, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala 170, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren. In verschiedenen Implementierungen kann das externe Steuerungssystem ECS außerdem einen Abschnitt 147 für Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten und einen Abschnitt 192 für Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten zum Implementieren entsprechender Betriebsarten enthalten, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
In verschiedenen Implementierungen kann die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 eine Komponente (z. B. eine Teilschaltung, Routine usw.) enthalten, die eine Bildintegration der Kamera CAM1 periodisch aktiviert (z. B. mit einem eingestellten Zeitabstand), wofür das erste Bildaufnahmetriggersignal eine Stroboskoplichtzeit oder einen anderen Mechanismus aktivieren kann, um die Bewegung effektiv einzufrieren und dementsprechend eine Belichtung innerhalb der Integrationszeitspanne zu bestimmen. In solchen Implementierungen kann dann, wenn kein erstes Bildaufnahmetriggersignal während einer Integrationszeitspanne empfangen wird, ein resultierendes Bild verworfen werden, wobei dann, wenn ein erstes Bildaufnahmetriggersignal während der Integrationszeitspanne empfangen wird, das resultierende Bild gespeichert und/oder auf andere Weise verarbeitet/analysiert werden kann, um eine relative Position zu bestimmen, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
In verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Typen von Endwerkzeugen ETL unterschiedliche Typen von Ausgaben, die in Bezug auf den Bildtriggerabschnitt 181 benutzt werden können, bereitstellen. Beispielsweise kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Berührungssonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die ein Berührungssignal ausgibt, wenn sie das Werkstück berührt, der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert sein, dieses Berührungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal einzugeben, auf dem basierend die Zeitplanung eines ersten Bildaufnahmetriggersignals bestimmt wird. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in dem das Endwerkzeug ETL eine Abtastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die entsprechende Werkstückmessabtastdaten, die einem entsprechenden Abtastzeitsignal entsprechen, bereitstellt, der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert sein, dieses entsprechende Abtastzeitsignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal einzugeben. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Kamera ist, die verwendet wird, um ein entsprechendes Werkstückmessbild, das einem entsprechenden Werkstückbilderfassungssignal entspricht, bereitzustellen, der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert sein, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal einzugeben.
In der Beispielimplementierung von 1 ist das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert, dass die XY-Skala 170 mit dem zweiten Armabschnitt 130 nahe dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt ist und die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 mit einem stationären Element STE (z. B. einem Rahmen, der oberhalb des Knickarmroboters 110 angeordnet ist) gekoppelt ist und eine erste Referenzposition REF1 definiert. In einer alternativen Implementierung (wie sie z. B. nachstehend mit Bezug auf 3 genauer beschrieben wird) kann ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 mit dem zweiten Armabschnitt 130 nahe dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt ist und die XY-Skala 170 mit einem stationären Element STE gekoppelt ist und eine erste Referenzposition REF1 definiert.
In jedem Fall ist, wie nachstehend genauer beschrieben wird, ist der Ort der XY-Skala 170 entlang der z-Achse innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 (für die z. B. die Fokusposition durch ein VFL-Objektiv oder auf andere Weise eingestellt werden kann), und das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist so konfiguriert, dass der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 betrieben werden kann, um eine relative Position (die z. B. x- und y-Koordinaten enthält) zwischen der beweglichen aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 und der ersten Referenzposition REF1 mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen. Die bestimmte relative Position gibt die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für x-und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, an. In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Bilderfassungszeit basierend auf der bestimmten relativen Position und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz (x- und y-Koordinatenversatz) zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der beweglichen aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 zu bestimmen. Es ist zu verstehen, dass ein solches System spezielle Vorteile gegenüber verschiedenen alternativen Systemen aufweisen kann. Beispielsweise kann in verschiedenen Implementierungen ein System wie das hier offenbarte kleiner und/oder weniger teuer sein als alternative Systeme, die Technologien wie z. B. Lasertracker oder Bildvermessung zum Verfolgen von Roboterbewegung/positionen benutzen, und kann in einigen Implementierungen auch eine höhere Genauigkeit aufweisen. Das offenbarte System verbraucht oder verdeckt außerdem keinen Teil des betriebsfähigen Arbeitsvolumens OPV wie z. B. alternative Systeme, die eine Skala oder einen Bezugspunkt auf dem Boden oder dem Objekttisch oder anderweitig in demselben Bereich (z. B. dem betriebsfähigen Arbeitsvolumen), in dem andernfalls Werkstücke bearbeitet oder untersucht werden usw., enthalten können.
2 ist ein isometrisches Diagramm einer zweiten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 200 ähnlich dem Robotersystem 100 von 1, in dem die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 mit einem stationären Element STE (z. B. dem stationären Element STE von 1) gekoppelt ist. Es ist zu verstehen, dass spezielle nummerierte Komponenten (z. B. 1XX oder 2XX) von 2 gleichen oder ähnlich nummerierten Gegenelementen (z. 1XX) von 1 entsprechen und/oder ähnliche Operationen wie sie aufweisen können und so verstanden werden können, dass sie ihnen ähnlich oder gleich sind, und anderweitig durch Analogie damit und wie andernfalls nachstehend beschrieben verstanden werden können. Dieses Nummerierungsschema, um Elemente anzugeben, die eine analoge und/oder gleiche Konstruktion und/oder Funktion aufweisen, ist auch auf die folgenden 3-5 angewandt.
In der Konfiguration von 2 (d. h. ähnlich der Konfiguration von 1) ist die XY-Skala 170 mit dem zweiten Armabschnitt 130 nahe dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann, wie vorstehend mit Bezug auf 1 beschrieben ist, das stationäre Element STE, mit dem die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der oberhalb des Knickarmroboters 110 angeordnet ist. In verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Referenzachsen und Linien zum Referenzieren spezieller Bewegungen, Koordinaten und Winkel der Komponenten des Knickarmroboters 110 festgelegt sein. Beispielsweise können der erste und der zweite Armabschnitt 120 und 130 jeweils festgelegte horizontale Mittellinien CL1 bzw. CL2 aufweisen, die durch die Mitten der jeweiligen Armabschnitte verlaufen. Ein Winkel A1 kann so festgelegt sein, dass er zwischen der Mittellinie CL1 des ersten Armabschnitts 120 und einer x-z-Ebene auftritt (z. B. in Übereinstimmung mit einer Größe der Drehung der ersten Drehverbindung 125 um die erste Drehachse RA1). Ein Winkel A2 kann so festgelegt sein, dass er zwischen der horizontalen Mittellinie CL1 des ersten Armabschnitts 120 und der horizontalen Mittellinie CL2 des zweiten Armabschnitts 130 auftritt (z. B. in Übereinstimmung mit einer Größe der Drehung der zweiten Drehverbindung 135 um die zweite Drehachse RA2).
In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugkonfiguration ETCN mit dem zweiten Armabschnitt 130 nahe dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt sein und kann so festgelegt sein, dass sie eine Endwerkzeugachse EA des Endwerkzeugs ETL aufweist, die die Mittellinie CL2 des zweiten Armabschnitts 130 nominell schneidet, und für die allgemein angenommen sein kann, dass die Endwerkzeugachse EA parallel zu der Drehachse RA2 und der z-Achse ist. In verschiedenen Implementierungen durchläuft die Endwerkzeugachse EA die Endwerkzeugposition ETP und weist einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (d. h. für die x- und y-Koordinaten) von der XY-Skala 170 auf. Dementsprechend kann ein bekannter Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 vorhanden sein. Beispielsweise kann die XY-Skala 170 einen festgelegten Referenzpunkt aufweisen (z. B. in der Mitte oder am Rand der XY-Skala 170), der einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (z. B. einen bekannten Abstand) in einer x-y-Ebene von der Endwerkzeugachse EA und dementsprechend von der Endwerkzeugposition ETP aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann ein solcher bekannter Koordinatenpositionsversatz als ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz ausgedrückt sein.
In verschiedenen Implementierungen kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP benutzt werden. Insbesondere kann, wie vorstehend erwähnt, das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 arbeitet, um eine relative Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Referenzposition REF1 (d. h. wie sie durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 160 definiert ist) basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmal (d. h. der XY-Skala 170) in dem erfassten Bild zu bestimmen. Das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP basierend auf der bestimmten relativen Position und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der beweglichen XY-Skala 170 zu bestimmen. In einer spezifischen Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt als ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz) zu der bestimmten relativen Position addiert oder auf andere Weise mit ihr kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zu bestimmen.
Als eine spezifische Beispiel-Positionskoordinatenkonfiguration kann die XY-Skala 170 so festgelegt sein, dass sie eine Referenzposition (z. B. einen Ursprungsort) bei X0, Y0, Z0 aufweist (der z. B. für einen Ursprungsort die Werte 0,0,0 aufweisen kann). In einer solchen Konfiguration kann der Referenzort REF1 (d. h. wie er durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 160 definiert ist) an relativen Koordinaten X1, Y1, Z1 sein, und eine Mitte eines entsprechenden Gesichtsfelds F0V1 (das z. B. einem erfassten Bild entspricht), kann an den relativen Koordinaten X1, Y1, Z0 sein. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der XY-Skala 170 erstreckt, kann so festgelegt sein, dass er die relativen Koordinaten X2, Y2, Z0 aufweist. Die Endwerkzeugposition ETP kann so festgelegt sein, dass sie die Koordinaten X2, Y2, Z2 aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Kontaktpunkt CP (z. B. an dem Ende eines Endwerkzeugtasters ETST zum Kontaktieren eines Werkstücks) aufweist, der so festgelegt sein kann, dass er die Koordinaten X3, Y3, Z3 aufweist. In einer Implementierung, in der der Kontaktpunkt CP des Endwerkzeugs ETL in der x- oder y-Richtung relativ zu dem Rest des Endwerkzeugs nicht variiert, können die X3- und Y3-Koordinaten gleich den X2- bzw. Y2-Koordinaten sein.
In einer spezifischen Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 analysiert werden, um eine relative Position zu bestimmen (z. B. um die X1-, Y1-Koordinaten zu bestimmen, die der Mitte des Gesichtsfelds FOV1 der stationären ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 entsprechen). Eine solche Bestimmung kann in Übereinstimmung mit Standard-Kamera/Skalenbildverarbeitungstechnik vorgenommen werden (z. B. zum Bestimmen eines Orts der Kamera relativ zu der Skala). Verschiedene Beispiele für solche Techniken sind in den US-Patenten Nr. 6,781,694 ; 6,937,349 ; 5,798,947 ; 6,222,940 ; und 6,640,008 beschrieben, von denen jede vollständig durch Bezugnahme mit aufgenommen ist. In verschiedenen Implementierungen können solche Techniken benutzt werden, um den Ort eines Gesichtsfelds (wie es z. B. einer Position einer Kamera entspricht) innerhalb eines Skalenbereichs (z. B. innerhalb der XY-Skala 170) zu bestimmen, wie nachstehend mit Bezug auf die 4 und 5 genauer beschrieben wird. In verschiedenen Implementierungen kann eine solche Bestimmung Identifizieren wenigstens eines entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals der XY-Skala, das in dem erfassten Bild 170 enthalten ist, und des zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine solche Bestimmung kann dem Bestimmen einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Referenzposition REF1 (d. h. wie sie durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 160 definiert ist) entsprechen. Die relativen X2-, Y2-Koordinaten (d. h. der Endwerkzeugposition ETP) können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 bestimmt werden (z. B. Addieren der x- und y-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1, um X2 und Y2 zu bestimmen).
In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ferner eine oder mehrere zusätzliche Bildaufnahmekonfigurationen enthalten. Beispielsweise kann, wie in 2 dargestellt ist, das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten eine zweite Bildaufnahmekonfiguration 160' enthalten, die eine zweite Kamera CAM2 und eine optische Achse OA2, die nominell parallel zu der z-Achse ausgerichtet ist, aufweist. Die zweite Bildaufnahmekonfiguration 160' kann eine zweite Referenzposition REF2 bestimmen (die z. B. relative Koordinaten X1', Y1' und Z1 aufweist) bestimmen. Die zweite Bildaufnahmekonfiguration 160' kann einen effektiven Fokusbereich REFP entlang ihrer optischen Achse OA2 aufweisen. In einer solchen Konfiguration kann der Bildtriggerabschnitt 181 ferner konfiguriert sein, wenigstens ein Eingabesignal, das zu der Endwerkzeugposition ETP gehört, einzugeben und die Zeit eines zweiten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das zweite Bildaufnahmetriggersignal zu der zweiten Bildaufnahmekonfiguration 160' auszugeben. In verschiedenen Implementierungen kann die zweite Bildaufnahmekonfiguration 160' konfiguriert sein, ein digitales Bild der XY-Skala 170 zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen. Der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 kann ferner konfiguriert sein, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala 170, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren.
In verschiedenen Implementierungen kann der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 betreibbar sein, um eine relative Position zwischen der XY-Skala 170 und der zweiten Referenzposition REF2 mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen. In einer solchen Implementierung gibt die bestimmte relative Position die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, an.
In verschiedenen Implementierungen enthält das wenigstens eine Eingabesignal, das in den Bildtriggerabschnitt 181 eingegeben wird, ein oder mehrere Signale, die aus dem Bewegungssteuerungssystem 140 abgeleitet sind. In solchen Konfigurationen kann der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert sein zu bestimmen, ob die XY-Skala 170 an der ersten oder zweiten Bildaufnahmekonfiguration 160 oder 160' ausgerichtet ist, basierend auf dem einen oder den mehreren Signalen, die aus dem Bewegungssteuerungssystem 140 abgeleitet sind. Falls bestimmt wird, dass die XY-Skala 170 an der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 ausgerichtet ist (so dass z. B. ein ausreichender Abschnitt der XY-Skala 170 durch die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 aufgenommen wird), ist der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert, das erste Bildaufnahmetriggersignal auszugeben. Falls andererseits bestimmt wird, dass die XY-Skala 170 an der zweiten Bildaufnahmekonfiguration 160' ausgerichtet ist (so dass z. B. ein ausreichender Abschnitt der XY-Skala 170 durch die zweite Bildaufnahmekonfiguration 160' aufgenommen wird), ist der Bildtriggerabschnitt 181 konfiguriert, das zweite Bildaufnahmetriggersignal auszugeben.
3 ist ein isometrisches Diagramm einer dritten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 300, in dem die XY-Skala 170 mit dem stationären Element STE gekoppelt ist und die erste Referenzposition REF1 definiert. In der Konfiguration von 3 ist die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 mit dem zweiten Armabschnitt 130 nahe dem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen weist die Endwerkzeugachse EA einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (d. h. für die x- und y-Koordinaten) gegenüber der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 auf. Dementsprechend kann ein bekannter Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 vorhanden sein. Beispielsweise kann die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 einen festgelegten Referenzpunkt aufweisen (z. B. in einer Mitte der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160), der einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (z. B. einen bekannten Abstand) in einer x-y-Ebene von der Endwerkzeugachse EA und dementsprechend von der Endwerkzeugposition ETP aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann ein solcher bekannter Koordinatenpositionsversatz als ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz ausgedrückt sein.
In verschiedenen Implementierungen kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP benutzt werden. Insbesondere kann, wie vorstehend erwähnt, das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 arbeitet, um eine relativen Position zwischen der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 und der ersten Referenzposition REF1 (d. h. wie sie durch die stationäre erste XY-Skala 170 definiert ist) basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition eines identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals (d. h. der XY-Skala 170) in dem erfassten Bild zu bestimmen. Das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP basierend auf der bestimmten relativen Position und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der beweglichen ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 zu bestimmen. In einer spezifischen Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt als ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz) zu der bestimmten relativen Position addiert oder auf andere Weise mit ihr kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zu bestimmen.
Als eine spezifische Beispiel-Positionskoordinatenkonfiguration kann die XY-Skala 170 so festgelegt sein, dass sie einen Referenzort REF1 (z. B. einen Ursprungsort) bei X0, Y0, Z0 aufweist (der z. B. für einen Ursprungsort die Werte 0,0,0 aufweisen kann). Die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 kann an einem Ort mit den relativen Koordinaten X1, Y1, Z1 sein, und eine Mitte eines entsprechenden Gesichtsfelds FOV1 (wie es z. B. in einem erfassten Bild aufgenommen ist) kann an den relativen Koordinaten X1, Y1, Z0 sein. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 erstreckt, kann so festgelegt sein, dass er die relativen Koordinaten X2, Y2, Z1 aufweist. Die Endwerkzeugposition ETP kann so festgelegt sein, dass sie die Koordinaten X2, Y2, Z2 aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Kontaktpunkt CP (z. B. an dem Ende eines Endwerkzeugtasters ETST zum Kontaktieren eines Werkstücks) aufweist, der so festgelegt sein kann, dass er die Koordinaten X3, Y3, Z3 aufweist. In einer Implementierung, in der der Kontaktpunkt CP des Endwerkzeugs ETL in der x- oder y-Richtung relativ zu dem Rest des Endwerkzeugs nicht variiert, können die X3- und Y3-Koordinaten gleich den X2- bzw. Y2-Koordinaten sein.
In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem 300 von 3 spezielle unterschiedliche Konstruktionsüberlegungen und Aspekte im Vergleich zu dem Robotersystem 200 von 2 aufweisen (die sich z. B. auf ein/e mögliche/s vertikale/s Verlagerung oder Durchhängen an den entfernten Enden DE1 und DE2 des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 bzw. 130 beziehen). In einer Implementierung, in der ein/e solche/s Verlagerung oder Durchhängen auftreten kann (z. B. aufgrund des Gewichts und/oder unterschiedlichen Orientierungen des Armabschnitte, Bildaufnahmekonfiguration 160 usw.), kann ein besonders unerwünschter Effekt in dem Robotersystem 300 von 3 in Bezug darauf erhalten werden, dass das Gesichtsfeld FOV der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 entsprechend verschoben ist. Insbesondere kann ein/e solche/s vertikale Verlagerung oder Durchhängen eine relativ signifikante Verschiebung/Änderung des Orts des Gesichtsfelds FOV auf der XY-Skala 170 (d. h. wie sie an dem stationären Element STE angebracht ist) verursachen, was zu einem relativ signifikanten Fehler der bestimmten relativen Position und den entsprechenden Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP führen kann. Aufgrund solcher Probleme kann in speziellen Implementierungen die Konfiguration des Robotersystems 200 von 2 so betrachtet werden, dass sie die entsprechenden Vorteile gegenüber dem Robotersystem 300 von 3 aufweist.
4 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer inkrementellen XY-Skala 170A. Wie in 4 dargestellt ist, enthält die inkrementelle XY-Skala 170A eine Gruppe gleichmäßig beabstandeter inkrementeller abbildungsfähiger Merkmale IIF. In verschiedenen Implementierungen kann die inkrementelle XY-Skala 170A eine Periodizität aufweisen, die kleiner ist als 100 Mikrometer (für die z. B. die periodischen Beabstandungen XSP1 und YSP1 zwischen den inkrementellen abbildungsfähigen Merkmalen IIF entlang der entsprechenden x- und y-Achse jeweils weniger als 100 Mikrometer sein können). In verschiedenen Implementierungen können die Positionsinformationen, die unter Nutzung der inkrementellen XY-Skala 170A bestimmt werden, eine Genauigkeit von wenigstens 10 Mikrometern aufweisen. Im Gegensatz zu einer Robotergenauigkeit, die in speziellen Implementierungen ungefähr 100 Mikrometer sein kann, kann die Genauigkeit, die unter Nutzung einer solchen XY-Skala 170A bestimmt wird, wenigstens 10x die der Robotergenauigkeit sein. In einer spezifischen Beispielimplementierung kann die inkrementelle XY-Skala 170A eine sogar höhere Periodizität von ungefähr 10 Mikrometer aufweisen, für die, falls die Vergrößerung der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 ungefähr 1x ist und Interpolation mit einem Faktor von 10x ausgeführt wird, eine Genauigkeit von etwa 1 Mikrometer erreicht werden kann. Eine solche Konfiguration würde eine Verbesserung der Genauigkeit von ungefähr 100x gegenüber einer Robotergenauigkeit von ungefähr 100 Mikrometern aufweisen.
In verschiedenen Implementierungen kann ein Ort eines Gesichtsfelds FOV der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 innerhalb der inkrementellen XY-Skala 170A eine Angabe einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170A und der ersten Referenzposition REF1 bereitstellen. In verschiedenen Implementierungen kann die erste Bildaufnahmekonfiguration 160 in Kombination mit der inkrementellen XY-Skala 170A als Teil einer Kamera/Skalenbildverarbeitungskonfiguration benutzt werden. Beispielsweise kann der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 eine relative inkrementelle Position zwischen der XY-Skala 170A und der ersten Referenzposition REF1 basierend auf dem Ort des Gesichtsfelds FOV innerhalb der inkrementellen XY-Skala 170A, wie er durch den Abschnitt der XY-Skala 170A in dem erfassten Bild angegeben ist, bestimmen und ist in der Technik für Kamera/Skalenbildverarbeitungstechniken bekannt (z. B. wie in den vorstehend aufgenommenen Referenzen beschrieben ist). In verschiedenen Implementierungen kann die inkrementelle XY-Skala 170A von verschiedener Größe relativ zu dem Gesichtsfeld FOV sein (z. B. kann die inkrementelle XY-Skala 170A wenigstens 4x, 10x, 20x usw. größer sein als das Gesichtsfeld FOV).
In verschiedenen Implementierungen kann die durch die XY-Skala 170A angegebene inkrementelle Position mit Positionsinformationen aus dem Knickarmroboter 110 kombiniert werden, um eine relativ präzise und/oder absolute Position zu bestimmen. Beispielsweise können die Sensoren SEN1 und SEN2 (z. B. Drehwinkelgeber) des Knickarmroboters 110 die Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit angeben, für die die inkrementelle Position, die durch die XY-Skala 170A angegeben ist, benutzt werden kann, um die bestimmte Endwerkzeugposition ETP weiter zu verfeinern, so dass sie eine Genauigkeit aufweist, die besser als die Robotergenauigkeit ist. In einer solchen Konfiguration kann der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 konfiguriert sein, ein oder mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale IIF der XY-Skala 170A, die in dem erfassten Bild enthalten sind, basierend auf den Bildpositionen des einen oder der mehreren abbildungsfähigen Merkmalen IFF in dem erfassten Bild und basierend auf Positionsdaten des Knickarmroboters, die aus dem Bewegungssteuerungssystem 140 entsprechend der Bilderfassungszeit abgeleitet werden, zu identifizieren.
In solchen Konfigurationen können die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale IFF der XY-Skala 170A eine Menge ähnlicher abbildungsfähiger Merkmale IFF enthalten, die auf dem Substrat verteilt sind, so dass sie in regelmäßigen Abständen um einen Abstand, der größer ist als ein maximaler Positionsfehler, der innerhalb der Robotergenauigkeit erlaubt ist, voneinander beabstandet sind. Wie in 4 dargestellt ist, sind die abbildungsfähigen Merkmale IFF um mehr als einen maximalen Positionsfehler MPE, wie er durch einen Kreis, der ein repräsentatives abbildungsfähiges Merkmal IFF repräsentiert ist, beabstandet (z. B. an Abständen XSP1 und SSP1). Es ist zu verstehen, dass in einer solchen Konfiguration die Robotergenauigkeit für die Positionsbestimmung ausreichend ist, um den Ort mit einer Genauigkeit, die größer als die Beabstandung zwischen den abbildungsfähigen Merkmalen IFF ist, zu bestimmen. Insbesondere kann in verschiedenen Implementierungen ein einziges abbildungsfähiges Merkmal IFF auf der XY-Skala 170A (d. h. wobei die abbildungsfähigen Merkmale alle an bekannten x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten auf der XY-Skala 170A gemäß der gleichmäßigen Beabstandungen über die Skala sind) somit durch die Positionsdaten des Knickarmroboters mit ausreichender Genauigkeit identifiziert werden, so dass keine zwei abbildungsfähigen Merkmale IFF miteinander verwechselt werden können. In einer solchen Konfiguration kann der Ort des einzelnen abbildungsfähigen Merkmals IFF in dem erfassten Bild benutzt werden, um die Endwerkzeugposition ETP weiter zu verfeinern, so dass sie eine Genauigkeit aufweist, die besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist.
Wie vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben ist, kann in einer spezifischen Beispielimplementierung die XY-Skala 170A so festgelegt sein, dass sie eine Referenzposition (z. B. einen Ursprungsort) bei X0, Y0, Z0 aufweist (die z. B. für einen Ursprungsort die Werte 0,0,0 aufweisen kann). In einer solchen Konfiguration kann der Referenzort REF1 (d. h. wie er durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 160 definiert ist) an relativen Koordinaten X1, Y1, Z1 sein, und eine Mitte eines entsprechenden Gesichtsfelds FOV (wie es z. B. in einem erfassten Bild aufgenommen ist), kann an den relativen Koordinaten X1, Y1, Z0 sein. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der XY-Skala 170 erstreckt, kann so festgelegt sein, dass er die relativen Koordinaten X2, Y2, Z0 aufweist. Die Endwerkzeugposition ETP kann so festgelegt sein, dass sie die Koordinaten X2, Y2, Z2 aufweist.
Im Betrieb kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 analysiert werden, um die X1-, Y1-Koordinaten zu bestimmen, die der Mitte des Gesichtsfelds FOV1 der stationären ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 entsprechen. In verschiedenen Implementierungen kann eine solche Bestimmung in Übereinstimmung mit Standard-Kamera/Skalenbildverarbeitungstechniken zum Bestimmen eines Orts eines Gesichtsfelds (der z. B. einem Ort einer Kamera entspricht) innerhalb eines Skalenbereichs (z. B. innerhalb der XY-Skala 170A) vorgenommen werden. Es ist zu verstehen, dass es in Übereinstimmung mit Standard-Kamera/Skalenbildverarbeitungstechniken nicht erforderlich ist, dass die/der Referenzposition/Ursprungsort X0, Y0, Z0 in dem Gesichtsfeld FOV ist, damit eine solche Bestimmung vorgenommen werden kann (d. h. die relative Position kann aus den Skaleninformationen an irgendeinem Ort entlang der XY-Skala 170A, wie sie teilweise durch die Skalenelemente bereitgestellt sind, die die gleichmäßig beabstandeten inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF umfassen, bestimmt werden). In verschiedenen Implementierungen kann eine solche Bestimmung Identifizieren wenigstens eines entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals der XY-Skala 170, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und des zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine solche Bestimmung kann dem Bestimmen einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Referenzposition REF1 (d. h. wie sie durch die stationäre erste Bildaufnahme-konfiguration 160 definiert ist) entsprechen. Die relativen X2-, Y2-Koordinaten (d. h. der Endwerkzeugposition ETP) können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 bestimmt werden (z. B. Addieren der x- und y-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1, um X2 und Y2 zu bestimmen).
Ein spezifisches erläuterndes Beispiel zum Kombinieren der Positionsinformationen aus dem Knickarmroboter 110 mit den inkrementellen Positionsinformationen, die durch die XY-Skala 170A angegeben sind, um eine relativ präzise und/oder absolute Position zu bestimmen, ist wie folgt. Wie in 4 dargestellt ist, kann das erfasste Bild angeben, dass die Mitte des Gesichtsfelds FOV in der Mitte von vier inkrementellen abbildungsfähigen Merkmalen IIF ist, kann jedoch nicht angeben, welche spezifischen vier inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF der XY-Skala 170 in dem Bild enthalten sind. Die Positionsinformationen aus dem Knickarmroboter 110 können genau genug sein, um solche Informationen bereitzustellen, für die die spezifischen vier inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF der XY-Skala 170A identifiziert werden können (z. B. teilweise basierend auf den vorstehend genannten Prinzipien, durch die die abbildungsfähigen Merkmale IFF um mehr als einen maximalen Positionsfehler, wie er durch eine repräsentative runde Fläche MPE repräsentiert ist, beabstandet sind, so dass jedes abbildungsfähige Merkmal IFF eindeutig identifiziert werden kann). Das erfasste Bild kann dann durch den Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 analysiert werden, um präzise zu bestimmen, wo die Mitte des Gesichtsfelds (d. h. an den Koordinaten X1, Y1, Z0) innerhalb dieses Teilabschnitts der XY-Skala (d. h. der die spezifischen vier inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF enthält) auftritt. Der Prozess kann dann wie vorstehend angegeben fortfahren (z. B. zum entsprechenden Bestimmen der X2- und Y2-Koordinaten der Endwerkzeugposition ETP).
5 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer absoluten XY-Skala 170B. In dem Beispiel von 5 enthält, ähnlich der inkrementellen XY-Skala 170A, die absolute XY-Skala 170B eine Gruppe gleichmäßig beabstandeter inkrementeller abbildungsfähiger Merkmale IIF und enthält außerdem eine Menge absoluter abbildungsfähiger Merkmale AIF, die eindeutig identifizierbare Strukturen (z. B. eine 16-Bit-Struktur) aufweisen. Im Betrieb stellt ein Ort eines Gesichtsfelds FOV der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 innerhalb der absoluten XY-Skala 170B (d. h. wie er in einem aufgenommenen Bild enthalten ist) eine Angabe einer absoluten Position zwischen der XY-Skala 170B und der ersten Referenzposition REF1 bereit. In der Implementierung von 5 ist die Menge absoluter abbildungsfähiger Merkmale AIF auf dem Substrat SUB so verteilt, dass sie um weniger als einen Abstand, der einem Abstand über ein Gesichtsfeld FOV der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 entspricht, (z. B. in Abständen XSP2 und YSP2), beabstandet sind (d. h. so dass immer wenigstens ein abbildungsfähiges Merkmal AIF in einem Gesichtsfeld enthalten sein wird). Im Betrieb ist der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 konfiguriert, wenigstens ein entsprechendes absolutes abbildungsfähiges Merkmal AIF, das in dem erfassten Bild der XY-Skala 170B enthalten ist, basierend auf der eindeutig identifizierbaren Struktur des entsprechenden absoluten abbildungsfähigen Merkmals AIF zu identifizieren. Es ist zu verstehen, dass solche Implementierungen fähig sind, unabhängig eine absolute Position, die die Endwerkzeugposition ETP angibt, mit einer Genauigkeit, die besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für die x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP in einer x-y-Ebene, die zu der z-Achse senkrecht ist, zu bestimmen (und was z. B., im Gegensatz zu der inkrementellen XY-Skala 170B das Kombinieren mit Positionsinformationen aus dem Knickarmroboter 110 nicht erfordern kann, um die absolute Position zu bestimmen).
Ein spezifisches erläuterndes Beispiel der Nutzung der absoluten abbildungsfähigen Merkmale AIF zum Bestimmen einer relativ präzisen und absoluten Position ist wie folgt. Wie in 5 dargestellt ist, kann das erfasste Bild angeben, dass die Mitte des Gesichtsfelds FOV in der Mitte einer Anzahl inkrementeller abbildungsfähiger Merkmale IIF ist. Die Positionsinformationen aus den enthaltenen zwei absoluten abbildungsfähigen Merkmalen AIF gibt an, welchen Teilabschnitt der XY-Skala 170B das Bild enthält, für den die enthaltenen inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF der XY-Skala 170B ebenfalls identifiziert werden können. Das erfasste Bild kann dementsprechend durch den Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 analysiert werden, um präzise zu bestimmen, wo die Mitte des Gesichtsfelds (d. h. an den Koordinaten X1, Y1, Z0) innerhalb dieses Teilabschnitts der XY-Skala (d. h. der die zwei absoluten abbildungsfähigen Merkmale und die inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF enthält) auftritt. Der Prozess kann dann wie vorstehend angegeben fortfahren (z. B. zum entsprechenden Bestimmen der X2- und Y2-Koordinaten der Endwerkzeugposition ETP).
6A und 6B sind Ablaufdiagramme, die beispielhafte Implementierungen von Routinen 600A und 600B zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Knickarmroboter und ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält, darstellen. Wie in 6A gezeigt ist, wird an einem Entscheidungsblock 610 eine Bestimmung vorgenommen, ob das Robotersystem in einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden soll. In verschiedenen Implementierungen kann eine Auswahl und/oder Aktivierung einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten oder einer Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten durch einen Anwender vorgenommen werden und/oder kann durch das System in Reaktion auf spezielle Operationen und/oder Anweisungen automatisch vorgenommen werden. Beispielsweise kann in einer Implementierung in eine Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten eingetreten werden (z. B. automatisch oder in Übereinstimmung mit einer Auswahl durch einen Anwender), wenn sich der Knickarmroboter in eine spezielle Position bewegt (z. B. ein Endwerkzeug von einem allgemeinen Bereich, in dem Montage oder andere Operationen ausgeführt werden, zu einem spezifischeren Bereich, wo typischerweise Werkstückuntersuchungsoperationen ausgeführt werden und wo die Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten benutzt würde). In verschiedenen Implementierungen können solche Betriebsarten durch ein externes Steuerungssystem ECS implementiert sein (wie z. B. das externe Steuerungssystem ECS von 1, das einen Standardbetriebsartabschnitt 147 mit Roboterpositionskoordinaten und einen Betriebsartabschnitt 192 mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten benutzt). In verschiedenen Implementierungen kann eine Hybridbetriebsart entweder unabhängig oder als Teil einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden und/oder kann als ein Umschalten zwischen den Betriebsarten implementiert sein, wie nachstehend mit Bezug auf 7 genauer beschrieben wird.
Falls in dem Entscheidungsblock 610 bestimmt wird, dass das Robotersystem nicht in einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden soll, fährt die Routine zu einem Block 620 fort, wo das Robotersystem in einer Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten betrieben wird. Als Teil der Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten werden die Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber) des Knickarmroboters benutzt, um die Bewegungen des Knickarmroboters und entsprechende Endwerkzeugposition mit der Robotergenauigkeit (die z. B. wenigstens teilweise auf der Genauigkeit der Positionssensoren des Knickarmroboters basiert) zu steuern und zu bestimmen. Wie vorstehend erwähnt können der erste und der zweite Drehwinkelgeber die Positionen des ersten und zweiten Armabschnitts mit einem geringeren Genauigkeitsgrad angeben als die Positionsinformationen, die unter Nutzung der XY-Skala bestimmt werden. Im Allgemeinen kann die Betriebsart mit Roboterpositionskoordinaten einer unabhängigen und/oder Standardbetriebsart für den Knickarmroboter entsprechen (z. B. einer Betriebsart, in der der Knickarmroboter unabhängig betrieben wird, wie z. B. wenn ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten nicht aktiv ist oder anderweitig nicht bereitgestellt ist).
Falls das Robotersystem in einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden soll, fährt die Routine zu einem Block 630 fort, wo wenigstens ein Eingabesignal empfangen wird (d. h. in einem Bildtriggerabschnitt), das zu einer Endwerkzeugposition des Knickarmroboters gehört. Eine Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals wird basierend auf wenigstens einem Eingabesignal bestimmt, und das erste Bildaufnahmetriggersignal wird zu einer ersten Bildaufnahmekonfiguration ausgegeben. Die erste Bildaufnahmekonfiguration erfasst ein digitales Bild einer XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals. In einem Block 640 wird das erfasst Bild empfangen (z. B. in einem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt), und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal XY-Skala, das in dem erfassten Bild der enthalten ist, und der zugehörige entsprechende bekannte XY-Skalenkoordinatenort werden identifiziert.
In einem Block 650 wird eine relative Position zwischen einer beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als eine Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild bestimmt. Die bestimmte relative Position gibt die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für x-und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, an. In einem Block 660 werden die bestimmten Positionsinformationen (z. B. die bestimmte relative Position, die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition und/oder andere zugehörige bestimmte Positionsinformationen) für eine festgelegte Funktion (z. B. zur Werkstückmessung, Positionierungssteuerung des Knickarmroboters usw.) benutzt. Als Teil solcher Operationen oder anderweitig kann die Routine dann zu einem Punkt A fortfahren, wo in verschiedenen Implementierungen die Routine enden kann, oder kann anderweitig fortfahren, wie nachstehend mit Bezug auf 6B genauer beschrieben wird.
Wie in 6B angegeben ist, kann die Routine 600B von Punkt A zu einem Block 670 fortfahren. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, können als Teil der Routine 600B die bestimmten Positionsinformationen (z. B. aus dem Block 660) dem Bestimmen eines ersten Oberflächenorts auf einem Werkstück entsprechen oder auf andere Weise dafür benutzt werden, und wobei ein zweiter Oberflächenort auf dem Werkstück dann bestimmt werden kann (z. B. als Teil einer Werkstückmessung). In dem Block 670 wird wenigstens ein zweites Eingabesignal empfangen (z. B. in dem Bildtriggerabschnitt), das zu der Endwerkzeugposition gehört, und die Zeit eines zweiten Bildaufnahmetriggersignals wird basierend auf dem wenigstens einen zweiten Eingabesignal bestimmt. Das zweite Bildaufnahmetriggersignal wird zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration ausgegeben, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration ein zweites digitales Bild der XY-Skala zu einer zweiten Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Bildaufnahmetriggersignals erfasst.
In einem Block 680 wird das erfasst Bild empfangen (z. B. in dem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt), und wenigstens ein zweites entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem zweiten erfassten Bild enthalten ist, und ein zugehöriger entsprechender zweiter bekannter XY-Skalenkoordinatenort werden identifiziert. In einem Block 690 wird eine zweite relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer zweiten Bildposition des identifizierten wenigstens einen zweiten entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem zweiten erfassten Bild bestimmt. Die bestimmte zweite relative Position gibt die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition zu der zweiten Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, an. Die zweite relative Position ist von der ersten relativen Position verschieden und entspricht einem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück, der von dem ersten Oberflächenort verschieden ist.
In einem Block 695 werden die ersten und zweiten relativen Positionen und/oder zugehörigen Positionsinformationen benutzt, um eine Abmessung des Werkzeugs zu bestimmen, die einem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort auf dem Werkzeug entspricht, die den entsprechenden Endwerkzeugpositionen (wie sie z. B. die Kontaktpunktpositionen usw. angeben) zu der ersten und der zweiten Bilderfassungszeit entsprechen. Es ist zu verstehen, dass anstelle der Verwendung der Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber) des Knickarmroboters, um den ersten und den zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück mit der Robotergenauigkeit zu bestimmen, genauere Positionsinformationen unter Benutzung von Techniken, wie sie vorstehend beschrieben sind, bestimmt werden können. Insbesondere ermöglicht die Bestimmung des ersten und des zweiten Oberflächenorts (d. h. wie sie dem ersten und dem zweiten Ort auf der XY-Skala entsprechen, für die ein präziser Abstand zwischen solchen Orten unter Nutzung der vorstehend beschriebenen Techniken in Übereinstimmung der Genauigkeit der XY-Skala bestimmt werden kann), dass die entsprechende Abmessung auf dem Werkstück zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmt wird.
7 ist ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Routine 700 zum Bestimmen einer Endwerkzeugposition darstellt, wobei unterschiedliche Techniken während unterschiedlicher Abschnitte einer Bewegungszeit benutzt werden können. Im Allgemeinen werden während der Bewegungszeit ein oder mehrere Armabschnitte des Knickarmroboters von ersten Drehpositionen zu zweiten Drehpositionen bewegt (was z. B. Drehen der Armabschnitte um Drehverbindungen von ersten Drehorientierungen zu einer zweiten Drehorientierung enthalten kann). Wie in 7 gezeigt ist, wird in einem Entscheidungsblock 710 eine Bestimmung vorgenommen, ob eine Hybridbetriebsart zum Bestimmen der Endwerkzeugposition während der Bewegungszeit benutzt wird. In verschiedenen Implementierungen kann eine Hybridbetriebsart auch für einen Prozess repräsentativ sein, der das Umschalten zwischen der Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten und der Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten enthält. Falls die Hybridbetriebsart nicht benutzt werden soll, fährt die Routine zu einem Block 720 fort, wo die Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber) des Knickarmroboters allein zum Bestimmen der Endwerkzeugposition während der Bewegungszeit benutzt werden.
Falls die Hybridbetriebsart benutzt werden soll, fährt die Routine zu einem Block 730 fort, für den während eines ersten Abschnitts einer Bewegungszeit die Positionssensoren, die in dem Knickarmroboter enthalten sind, zum Bestimmen der Endwerkzeugposition benutzt werden. Während solcher Operationen kann eine relative Position eines Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten nicht bestimmt werden und/oder wird anderweitig nicht benutzt, um die Endwerkzeugposition zu bestimmen. In einem Block 740 wird während eines zweiten Abschnitts der Bewegungszeit, der nach dem ersten Abschnitt der Bewegungszeit stattfindet, eine bestimmte relative Position des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt, um die Endwerkzeugposition zu bestimmen. Es ist zu verstehen, dass solche Operationen ermöglichen, dass das System initiale/schnelle/grobe Bewegung der Endwerkzeugposition während des ersten Abschnitts der Bewegungszeit ausführt und genauere endgültige/langsamere/feine Bewegung der Endwerkzeugposition während des zweiten Abschnitts der Bewegungszeit ausführt.
8 ist ein Blockdiagramm einer vierten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 800, das einen Roboter 810 und ein Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält. Der Roboter 810 (z. B. ein Knickarmroboter) enthält eine bewegliche Armkonfiguration MAC' und ein Roboterbewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 840. Das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält eine erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1, eine XY-Skala 870, einen Bildtriggerabschnitt 881 und einen Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890. In der Konfiguration von 8 ist die XY-Skala 870 mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, weist die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 eine erste optische Achse OA1' auf, die parallel zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann, wenn sie in einer Betriebskonfiguration ist.
In dem Beispiel von 8 enthält die bewegliche Armkonfiguration MAC' einen unteren Basisabschnitt BSE', die Armabschnitte 821-825, die Bewegungsmechanismen 831-835, die Positionssensoren SEN1'-SEN5' und eine Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC'. Wie nachstehend genauer beschrieben wird und wie ferner in 9 dargestellt ist, kann jeder der Armabschnitte 821-825 entsprechende nahe Enden PE1-PE5 und entsprechende entfernte Enden DE1-DE5 aufweisen. In verschiedenen Implementierungen können einige der oder alle Armabschnitte 821-825 an entsprechende Bewegungsmechanismen 831-835 an entsprechenden nahen Enden PE1-PE5 der entsprechenden Armabschnitte 821-825 montiert sein. In dem Beispiel von 8 können einige der oder alle Bewegungsmechanismen 831-835 (z. B. Drehverbindungen und/oder lineare Aktoren mit entsprechenden Motoren usw.) die Bewegung (z. B. Drehung, lineare Bewegung usw.) der entsprechenden Armabschnitte 821-825 (z. B. um oder entlang entsprechender Drehachsen RA1'-RA5' usw.) ermöglichen. In verschiedenen Implementierungen können die Positionssensoren SEN1'-SEN5' (z. B. Drehwinkelgeber, Linearmessgeber usw.) zum Bestimmen der Positionen (z. B. Winkelorientierungen, linearen Positionen) der entsprechenden Armabschnitte 821-825 benutzt werden.
In verschiedenen Implementierungen kann die bewegliche Armkonfiguration MAC' einen Abschnitt aufweisen, der als ein Anschlussabschnitt festgelegt ist (z. B. den fünften Armabschnitt 825). In der Beispielkonfiguration von 8 befindet sich die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' nahe dem (befindet sich z. B. an dem) entfernten Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825 (der z. B. als der Anschlussabschnitt festgelegt ist), das einem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' entspricht. In verschiedenen alternativen Implementierungen kann ein Anschlussabschnitt einer beweglichen Armkonfiguration ein Element (z. B. ein drehbares Element usw.) sein, das kein Armabschnitt ist, sondern für das wenigstens ein Teil des Anschlussabschnitts einem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration, an dem sich die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' befindet, entspricht. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 870 an die bewegliche Armkonfiguration MAC' gekoppelt sein, so dass sie nahe dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' ist. In der Implementierung von 8 ist die XY-Skala 870 mit dem vierten Armabschnitt 824 an einem Ort, der nahe dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' ist, gekoppelt.
In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' verschiedene Elemente zum Koppeln und Beibehalten des Endwerkzeugs ETL nahe dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' enthalten. Beispielsweise kann in verschiedenen Implementierungen die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' eine Autoaufnahmeverbindung, einen magnetischen Kopplungsabschnitt und/oder andere Kopplungselemente, wie sie in der Technik zum Montieren eines Endwerkzeugs ETL an ein entsprechendes Element bekannt sind, enthalten. Die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' kann außerdem elektrische Verbindungen (z. B. eine Stromverbindung, eine oder mehrere Signalleitungen usw.) zum Bereitstellen von Leistung für wenigstens einen Teil des Endwerkzeugs und/oder Senden von Signalen zu und von ihm (z. B. zu und von dem Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN) enthalten.
In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL den Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN und den Endwerkzeugtaster ETST mit dem Kontaktpunkt CP (z. B. zum Kontaktieren einer Oberfläche eines Werkstücks WP) enthalten. Der fünfte Bewegungsmechanismus 835 befindet sich nahe dem entfernten Ende DE4 des vierten Armabschnitts 824. In verschiedenen Implementierungen kann der fünfte Bewegungsmechanismus 835 (z. B. eine Drehverbindung mit einem entsprechenden Motor) konfiguriert sein, den fünften Armabschnitt 825 um eine Drehachse RA5' (die z. B. in einigen Orientierungen parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann, wie z. B. wenn sie durch die Drehung des vierten Armabschnitts 824 durch den vierten Bewegungsmechanismus 834 so orientiert ist, dass sie in der Betriebskonfiguration ist, usw.) zu drehen. In einigen Implementierungen kann der fünfte Bewegungsmechanismus 835 außerdem oder alternativ einen anderen Typ eines Bewegungsmechanismus (z. B. einen linearen Aktor) enthalten, der konfiguriert ist, den fünften Armabschnitt 825 linear zu bewegen (z. B. nach oben und nach unten in der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA', wenn er in der Betriebskonfiguration so orientiert ist). In jedem Fall ist das Endwerkzeug ETL an die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' montiert (z. B. damit gekoppelt) und weist eine entsprechende Endwerkzeugposition ETP' mit entsprechenden Messtechnikpositionskoordinaten (z. B. x-, y- und z-Koordinaten) auf. In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugposition ETP' der Position der Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' entsprechen oder ihr nahe sein (z. B. an oder nahe dem entfernten Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825, das dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' entsprechen kann).
Das Bewegungssteuerungssystem 840 ist konfiguriert, die Endwerkzeugposition ETP des Endwerkzeugs ETL mit einem Genauigkeitsgrad, der als Robotergenauigkeit definiert ist, zu steuern. Insbesondere ist das Bewegungssteuerungssystem 840 allgemein konfiguriert, die Messtechnik-positionskoordinaten (z. B. die x-, y- und z-Koordinaten) der Endwerkzeugposition ETP' mit der Robotergenauigkeit basierend wenigstens teilweise auf dem Nutzen der Bewegungsmechanismen 831-835 und Positionssensoren SEN1'-SEN5' zum Erfassen und Steuern der Positionen der Armabschnitte 821-825 zu steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 840 Bewegungs-mechanismussteuerungs- und -erfassungsabschnitte 841-845 enthalten, die jeweils Signale von den entsprechenden Positionssensoren SEN1'-SEN5' zum Erfassen der Positionen (z. B. Winkelpositionen, linearen Positionen usw.) der entsprechenden Armabschnitte 821-825 empfangen können und/oder Steuersignale für die entsprechenden Bewegungsmechanismen 831-835 (die z. B. Drehverbindungen, lineare Aktoren, Motoren usw. enthalten) zum Bewegen der entsprechenden Armabschnitte 821-825 bereitstellen können.
Das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 840 kann außerdem Signale von dem Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN empfangen. In verschiedenen Implementierungen kann der Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN eine Schaltungsanordnung und/oder Konfigurationen enthalten, die zu den Operationen des Endwerkzeugs ETL zum Ertasten eines Werkstücks WP gehören. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen das Endwerkzeug ETL (z. B. eine Berührungssonde, eine Abtastsonde, eine Kamera usw.) zum Kontaktieren oder auf andere Weise Ertasten von Oberflächen-Orten/Positionen/Punkten auf einem Werkstück WP, für das verschiedene entsprechende Signale durch den Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN empfangen, bestimmt und/oder verarbeitet werden können, der entsprechende Signale für das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 840 bereitstellen kann, benutzt werden. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystem 840 einen Endwerkzeugsteuerungs- und erfassungsabschnitt 846 enthalten, der Steuersignale für den Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN bereitstellen und/oder Abtastsignale von ihm empfangen kann. In verschiedenen Implementierungen können der Endwerkzeugsteuerungs- und erfassungsabschnitt 846 und der Endwerkzeugabtastabschnitt ETSN zusammengefasst und/oder ununterscheidbar sein. In verschiedenen Implementierungen können die Bewegungsmechanismussteuerungs- und erfassungsabschnitte 841-845 und der Endwerkzeugsteuerungs- und erfassungsabschnitt 846 alle Ausgaben für einen Roboterpositionsverarbeitungsabschnitt 847 bereitstellen und/oder Steuersignale von ihm empfangen, der die gesamte Positionierung der beweglichen Armkonfiguration MAC' des Roboters 810 und entsprechenden Endwerkzeugposition ETP' als Teil des Roboterbewegungssteuerungs- und -verarbeitungssystems 840 steuern und/oder bestimmen kann.
In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten in einem Roboter 810 enthalten oder ihm auf andere Weise hinzugefügt sein (z. B. als Teil einer Nachrüstungskonfiguration, die einem existierenden Roboter 810 hinzugefügt werden kann, usw.). Im Allgemeinen kann das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt werden, um einen verbesserten Genauigkeitsgrad für die Bestimmung der Endwerkzeugposition ETP' bereitzustellen. Insbesondere kann, wie nachstehend genauer beschrieben wird, das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt werden, um Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition ETP' angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen (z. B. wenn die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' und der Endwerkzeugtaster ETST parallel zu der z-Achse sind) kann das dem entsprechen, dass der Genauigkeitsgrad wenigstens für die x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, besser als die Robotergenauigkeit ist.
Wie in 8 dargestellt ist die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit dem stationären Element STE nahe dem Roboter 810 gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann das stationäre Element STE einen Rahmen umfassen, der oberhalb wenigstens eines Abschnitts eines Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV' angeordnet ist, und wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 oberhalb eines Abschnitts des Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV' an dem Rahmen befestigt ist. In verschiedenen Implementierungen kann das stationäre Element STE ein oder mehrere Strukturträgerelemente SSP (die sich z. B. von einem Boden, einer Decke usw. erstrecken) zum Halten des stationären Elements STE an einem festen Ort (z. B. mit einer festen Position und/oder Orientierung) relativ zu dem Roboter 810 enthalten.
In verschiedenen Implementierungen besteht das Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' aus einem Volumen, in dem wenigstens ein Abschnitt wenigstens eines aus dem Endwerkzeug ETL und/oder der XY-Skala 870 bewegt werden können. In dem Beispiel von 8 ist das Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' so dargestellt, dass es ein Volumen enthält, in dem der Kontaktpunkt CP des Endwerkzeugs ETL bewegt werden kann, wenn ein Werkstück untersucht wird. Als ein alternatives Beispiel kann ein Endwerkzeugarbeitsvolumen alternativ ein Volumen enthalten, in dem sich die XY-Skala 870 bewegen kann, wenn das Endwerkzeug ETL zum Untersuchen eines Werkstücks bewegt wird. In verschiedenen Implementierungen ist der Roboter 810 konfiguriert, die bewegliche Armkonfiguration MAC' zu bewegen, um wenigstens einen Abschnitt des Endwerkzeugs ETL (z. B. des Kontaktpunkts CP), das an der Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' montiert ist, entlang wenigstens zwei Dimensionen (z. B. x- und y-Dimensionen) in dem Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' zu bewegen. In dem Beispiel von 8 ist der Abschnitt des Endwerkzeugs ETL (z. B. der Kontaktpunkt CP) durch den Roboter 810 entlang drei Dimensionen (z. B. x-, y- und z-Dimensionen) beweglich.
Die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 enthält eine erste Kamera CAM1' und weist eine optische Achse OA1' auf. In einer Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist die optische Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA'. Die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 weist einen effektiven Fokusbereich REFP entlang ihrer optischen Achse OA1' auf. In verschiedenen Implementierungen kann der Bereich REFP durch eine erste und zweite effektive Fokusposition EFP1 und EFP2 begrenzt sein, wie nachstehend genauer beschrieben wird. Zu einer gegebenen Zeit weist die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 eine effektive Fokusposition EFP auf, die in den Bereich REFP fällt. In einer Implementierung, in der ein Objektiv mit variabler Brennweite (VFL-Objektiv) verwendet ist, kann der Bereich REFP dem Brennweitenbereich des VFL-Objektivs entsprechen.
In verschiedenen Implementierungen kann ein VFL-Objektiv, das benutzt wird, ein Objektiv mit einem Brechungsindex mit einstellbarem akustischem Gradienten (TAG-Objektiv) sein. In Bezug auf die allgemeinen Operationen eines solchen TAG-Objektivs kann in verschiedenen Implementierungen eine Objektivsteuereinheit (z. B. wie sie in einem ersten Bildaufnahmekonfigurations- und -verarbeitungsabschnitt 880 enthalten ist) die optische Leistung des TAG-Objektivs periodisch schnell anpassen oder modulieren, um ein Hochgeschwindigkeits-TAG-Objektiv zu erreichen, das zur periodischen Modulation (z. B. mit einer TAG-Objektiv-Resonanzfrequenz) von 250 kHz oder 70 kHz oder 30 kHz oder dergleichen fähig ist. In einer solchen Konfiguration kann die effektive Fokusposition EFP der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 innerhalb des Bereichs REFP (z. B. eines Autofokussuchbereichs) (z. B. schnell) bewegt werden. Die effektive Fokusposition EFP1 (oder EFPmax) kann einer maximalen optischen Leistung des TAG-Objektivs entsprechen, und die effektive Fokusposition EFP2 (oder EFPmin) kann einer maximalen negativen optischen Leistung des TAG-Objektivs entsprechen. In verschiedenen Implementierungen kann die Mitte des Bereichs REFP als EFPnom festgelegt sein und kann der optischen Leistung null des TAG-Objektivs entsprechen.
In verschiedenen Implementierungen, können ein solches VFL-Objektiv (z. B. ein TAG-Objektiv) und/oder ein entsprechender Bereich REFP vorteilhaft gewählt werden, so dass die Konfiguration die Notwendigkeit makroskopischer mechanischer Einstellungen der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 und/oder Einstellung von Abständen zwischen Komponenten, um die effektive Fokusposition EFP zu ändern, begrenzt oder eliminiert. Beispielsweise in einer Implementierung, in der eine unbekannte Größe der Neigung oder des „Durchhängens“ an dem entfernten Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825 (der z. B. dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' entspricht) auftreten kann (z. B. aufgrund des Gewichts und/oder spezifischer Orientierungen der Armabschnitte 821-825 usw.), kann der präzise Abstand des Fokus von der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 zu der XY-Skala 870 unbekannt sein und/oder kann mit unterschiedlichen Orientierungen der Armabschnitte variieren, usw. Es ist auch zu verstehen, dass sich in der Beispielkonfiguration von 8 der Abstand zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 im Allgemeinen in Übereinstimmung mit den allgemeinen Operationen der beweglichen Armkonfiguration MAC', die die Endwerkzeugposition ETP' zu unterschiedlichen Orten/Abständen von der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' bewegen kann (z. B. als Teil der Operationen zum Abtasten einer Oberfläche eines Werkstücks WP usw.), ändern kann. In solchen Konfigurationen kann es wünschenswert sein, dass ein VFL-Objektiv benutzt wird, das die effektive Fokusposition EFP abtasten oder auf andere Weise einstellen kann, um die XY-Skala 870 zu bestimmen und genau auf sie zu fokussieren. In verschiedenen Implementierungen können solche Techniken, die ein VFL-Objektiv benutzen, in Kombination mit anderen Fokuseinstellungstechniken benutzt werden (z. B. in Kombination mit Wechselobjektiven benutzt werden, die auch in der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 enthalten sein können, usw.).
In verschiedenen Implementierungen kann, wie vorstehend mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben, die XY-Skala 870 ein nominell ebenes Substrat SUB (das z. B. nominell senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' und der optischen Achse OA1' sein kann, wenn es in der Betriebskonfiguration ist) und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale, die auf dem Substrat SUB verteilt sind, umfassen. Die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale befinden sich an entsprechenden bekannten Skalenkoordinaten (z. B. x- und y-Skalenkoordinaten) auf der XY-Skala 870. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 870 eine inkrementelle oder absolute Skala sein, wie vorstehend mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben ist.
In verschiedenen Implementierungen ist die Skalenebene so definiert, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat SUB der XY-Skala 870 zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene ist als die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' definiert. In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem 800 so betrieben werden, dass es wenigstens nominell eine Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten bereitstellt. In der Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist die bewegliche XY-Skala 870 so angeordnet, dass die Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel zu der optischen Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 ist und sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs REFP der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' befindet. Es ist zu verstehen, dass, um das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens nominell in der Betriebs-konfiguration mit den vorstehend genannten Eigenschaften zu platzieren, verschiedene Einstellungen an den Positionen/Orientierungen der Armabschnitte 821-825 der beweglichen Armkonfiguration MAC' vorgenommen werden können.
Wie er hier verwendet ist, schließt der Begriff „nominell“ Variationen eines oder mehrerer Parameter ein, die in zulässige Toleranzen fallen. Als ein Beispiel können in einer Implementierung zwei Elemente hier so definiert sein, dass sie nominell parallel sind, wenn ein Winkel zwischen den beiden kleiner als 5 Grad ist. In einer Implementierung kann die optische Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 dementsprechend so definiert sein, dass sie nominell parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, wenn ein Winkel zwischen den beiden kleiner als 5 Grad ist. Das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten kann dementsprechend so definiert sein, dass es wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration ist (dass es z. B. entweder in und/oder nominell in der Betriebskonfiguration ist), wenn die Komponenten (z. B. durch das Robotersystem 800) so angeordnet sind, dass die optische Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 parallel und/oder nominell parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist und sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' befindet. In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass dann, wenn die bewegliche aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 und die stationäre aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die bewegliche Armkonfiguration MAC' mit der XY-Skala 870 in einem Gesichtsfeld FOV' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 betrieben werden kann, um Messtechnikpositionskoordinaten zu bestimmen, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 und der ersten Referenzposition REF1' mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, angeben.
In verschiedenen Implementierungen kann wenigstens ein Teil des Roboters 810 (z. B. die bewegliche Armkonfiguration MAC') wenigstens eine entsprechende Drehverbindung, die wenigstens einen entsprechenden Freiheitsgrad der Drehung für das Endwerkzeug ETL bereitstellt, und/oder einen Abschnitt (z. B. einen Armabschnitt), an den die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration gekoppelt ist, enthalten. In solchen Implementierungen kann der Roboter 810 konfiguriert sein, die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration relativ zu der stationären aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration zu verschieben und zu drehen, was das Drehen des Endwerkzeugs ETL und/oder des Abschnitts, an dem die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration gekoppelt sind, entsprechend wenigstens einem entsprechenden Freiheitsgrad der Drehung enthält, um wenigstens nominell die Betriebskonfiguration bereitzustellen. In Bezug auf die Beispielkonfigurationen der 8 und 9 kann die wenigstens eine Drehverbindung wenigstens dem vierten Bewegungsmechanismus 834 entsprechen, und der wenigstens eine entsprechende Freiheitsgrad der Drehung kann wenigstens der Drehung um die Drehachse RA4' entsprechen. In Übereinstimmung mit dieser Konfiguration kann der vierte Bewegungsmechanismus 834 betrieben werden, um den vierten Armabschnitt 824 zu drehen, um zu bewirken, dass die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel und/oder nominell parallel zu der optischen Achse OA1' ist (z. B. dass sie wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration ist). In verschiedenen Implementierungen können der gesamte oder ein Teil des vierten Armabschnitts 824 und/oder der XY-Skala 870 fähig sein, sich um eine zusätzliche Drehachse (nicht gezeigt) zu drehen (z. B. unter Nutzung eines entsprechenden Bewegungsmechanismus), wie z. B. eine Drehachse, die zu der Drehachse RA4' orthogonal oder querverlaufend ist. Ähnlich zu der Drehung um die Drehachse RA4' können solche Einstellungen vorgenommen werden, um zu bewirken, dass die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel und/oder nominell parallel zu der optischen Achse OA1' ist (z. B. dass sie wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration ist). In verschiedenen Implementierungen kann eine solche zusätzliche Drehachse als ein Typ einer Rollachse festgelegt sein, während die Drehachse RA4' als ein Typ der Nickachse festgelegt sein kann, und die Drehachse RA1' kann als ein Typ einer Gierachse festgelegt sein.
In speziellen Implementierungen können solche Einstellungen (die z. B. die Drehung um die Drehachse RA4' usw. enthalten) automatisch vorgenommen werden (z. B. kann eine Schaltung, Routine usw. benutzt werden, um die Orientierung des vierten Armabschnitts 824 kontinuierlich zu überwachen, wie z. B. unter Verwendung des Positionssensors SEN4' oder eines anderen Sensors, und den vierten Bewegungsmechanismus 834 zu benutzen, um die Orientierung kontinuierlich einzustellen, um zu bewirken, dass die XY-Skala 870 und die Skalenebene auf gleicher Höhe/parallel zu einer x-y-Ebene sind, oder anderweitig die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel zu der optischen Achse OA1' aufzuweisen). In verschiedenen Implementierungen können solche Operationen kontinuierlich oder auf andere Weise ausgeführt werden, um das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration zu halten.
In verschiedenen Implementierungen kann der Roboter 810 auch konfiguriert sein, das Endwerkzeug ETL und die bewegliche aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 in einer Ebene parallel zu der Skalenebene zu bewegen, während das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration ist. In verschiedenen Implementierungen kann eine solche Bewegung in einer Ebene parallel zu der Skalenebene in zwei Dimensionen (z. B. der x- und der y-Dimension) vorgenommen werden, wie z. B. durch einen SCARA-Roboter, einen Knickarmroboter usw., oder eine solche Bewegung kann primär in einer Richtung (z. B. einer x- oder einer y-Richtung) vorgenommen werden, wie z. B. durch einen Linearroboter usw. In den Beispielkonfigurationen der 8 und 9 kann der Knickarmroboter 810 eine solche Bewegung in einer Ebene parallel zu der Skalenebene ausführen, beispielsweise durch Nutzen des ersten Bewegungsmechanismus 831, um den ersten Armabschnitt 821 um die Drehachse RA1' zu drehen, und somit eine Bewegung (z. B. an dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC') des Endwerkzeugs ETL und der befestigten XY-Skala 870 in zwei Dimensionen (z. B. der x- und der y-Dimension) in einer Ebene parallel zu der Skalenebene zu produzieren (was z. B. ermöglichen kann, dass das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten während solcher Bewegungen wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration bleibt).
In verschiedenen Implementierungen können der Bildtriggerabschnitt 881 und/oder der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 als Teil eines externen Steuerungssystems ECS' (z. B. als Teil eines externen Computers usw.) enthalten sein. Der Bildtriggerabschnitt 881 kann als Teil des ersten Bildaufnahmekonfigurations- und -verarbeitungsabschnitts 880 enthalten sein. In verschiedenen Implementierungen ist der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert, wenigstens ein Eingabesignal, das zu der Endwerkzeugposition ETP gehört, einzugeben und die Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das erste Bildaufnahmetriggersignal zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 auszugeben. In verschiedenen Implementierungen ist die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 konfiguriert, ein digitales Bild der XY-Skala 870 zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen. In verschiedenen Implementierungen ist der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 konfiguriert, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala 870, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren. In verschiedenen Implementierungen kann das externe Steuerungssystem ECS' außerdem einen Abschnitt 849 für Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten und einen Abschnitt 892 für Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten zum Implementieren entsprechender Betriebsarten enthalten, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
In verschiedenen Implementierungen kann die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 eine Komponente (z. B. eine Teilschaltung, Routine usw.) enthalten, die eine Bildintegration der Kamera CAM1' periodisch aktiviert (z. B. mit einem eingestellten Zeitabstand), für die das erste Bildaufnahmetriggersignal aus dem Bildtriggerabschnitt 881 eine Stroboskoplichtzeit oder einen anderen Mechanismus aktivieren kann, um die Bewegung effektiv einzufrieren und eine Belichtung innerhalb der Integrationszeitspanne entsprechend zu bestimmen. In solchen Implementierungen kann dann, wenn kein erstes Bildaufnahmetriggersignal während der Integrationszeitspanne empfangen wird, ein resultierendes Bild verworfen werden, wobei dann, wenn ein erstes Bildaufnahmetriggersignal während der Integrationszeitspanne empfangen wird, das resultierende Bild gespeichert werden kann und/oder auf andere Weise verarbeitet/analysiert werden kann, um Messtechnikpositionskoordinaten zu bestimmen, wie nachstehend genauer beschrieben wird.
In verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Typen von Endwerkzeugen ETL unterschiedliche Typen von Ausgaben bereitstellen, die in Bezug auf den Bildtriggerabschnitt 881 benutzt werden können. Beispielsweise kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Berührungssonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die ein Berührungssignal ausgibt, wenn sie das Werkstück berührt (z. B. wenn der Kontaktpunkt CP das Werkstück kontaktiert), der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert sein, dieses Berührungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal einzugeben, auf dem basierend die Zeitplanung eines ersten Bildaufnahmetriggersignals bestimmt wird. In verschiedenen Implementierungen, in denen das Endwerkzeug ETL eine Berührungssonde ist, kann eine Mittelachse der Berührungssonde entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' orientiert sein (wobei z. B. die Mittelachse der Berührungssonde der Endwerkzeugachse EA entspricht). Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in dem das Endwerkzeug ETL eine Abtastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die entsprechende Werkstückmessabtastdaten, die einem entsprechenden Abtastzeitsignal entsprechen, bereitstellt, der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert sein, dieses entsprechende Abtastzeitsignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal einzugeben. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Kamera ist, die verwendet wird, um ein entsprechendes Werkstückmessbild, das einem entsprechenden Werkstückbilderfassungssignal entspricht, bereitzustellen, der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert sein, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal einzugeben.
In der Beispielimplementierung von 8 ist das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert, dass die XY-Skala 870 mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt ist. Zusätzlich ist die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit einem stationären Element STE (z. B. einem Rahmen, der oberhalb des und nahe dem Roboter 810 angeordnet ist) gekoppelt und definiert eine erste Referenzposition REF1'. In einer alternativen Implementierung (wie sie z. B. vorstehend mit Bezug auf 3 beschrieben ist) kann ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit einer beweglichen Armkonfiguration MAC' nahe dem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt ist und die XY-Skala 870 mit einem stationären Element STE gekoppelt ist und eine erste Referenzposition REF1 definiert.
In jedem Fall, wie nachstehend genauer beschrieben wird, kann das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass dann, wenn die bewegliche aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 und die stationäre aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die bewegliche Armkonfiguration MAC' mit der XY-Skala 870 in einem Gesichtsfeld FOV' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 betrieben werden kann, um die Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 und der ersten Referenzposition REF1' mit einem höheren Genauigkeitsgrad angeben, der besser ist als die Robotergenauigkeit, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition ETP' zu der Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, an. In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP' zur Zeit der Bilderfassung basierend auf den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 angeben, und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP' und der beweglichen aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 zu bestimmen.
Es ist zu verstehen, dass ein ähnlicher Prozess zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP durch das Robotersystem 100 von 1 ausgeführt werden kann, wie vorstehend zum Teil beschrieben ist. Insbesondere kann in dem Robotersystem 100 eine bewegliche Armkonfiguration MAC den ersten und den zweiten Armabschnitt 120 und 130, die erste und die zweite Drehverbindung 125 und 135 (die z. B. als Teil erster und zweiter Bewegungsmechanismen enthalten sind), die Positionssensoren SEN1 und SEN2 und die Endwerkzeugkonfiguration ETCN enthalten. Wie vorstehend beschrieben kann die Endwerkzeugkonfiguration ETCN den Z-Bewegungsmechanismus ZMM (der z. B. als Teil eines dritten Bewegungsmechanismus enthalten ist), den Z-Armabschnitt ZARM (der z. B. als ein dritter Armabschnitt festgelegt ist), den Positionssensor SEN3 und den Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP (der z. B. als Teil einer Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC enthalten ist) enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das betriebsfähige Arbeitsvolumen OPV auch oder alternativ als ein Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV festgelegt sein.
In der Konfiguration von 1 ist der Roboter 110 konfiguriert, die bewegliche Armkonfiguration MAC zu bewegen, um wenigstens einen Abschnitt des Endwerkzeugs ETL, das an der Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC montiert ist, entlang wenigstens zwei Dimensionen in dem Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' zu bewegen. Das Bewegungssteuerungssystem 140 ist konfiguriert, die Endwerkzeugposition ETP mit einem Genauigkeitsgrad, der als die Robotergenauigkeit definiert ist, basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der Position der beweglichen Armkonfiguration MAC unter Verwendung wenigstens eines Positionssensors, der in dem Roboter 110 enthalten ist, zu steuern. Eine Skalenebene ist so definiert, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat der XY-Skala 170 zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene ist als die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA definiert. In einer Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist wenigstens eine aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 so angeordnet, dass die optische Achse OA1 der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs REFP der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA befindet.
Das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ist so konfiguriert, dass dann, wenn die bewegliche aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 und die stationäre aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die bewegliche Armkonfiguration MAC mit der XY-Skala 170 in einem Gesichtsfeld der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 betrieben werden kann, um die Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 und der ersten Referenzposition REF1 mit einem Genauigkeitsgrad angeben, der besser als die Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition ETP zu der Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA ist an. In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 150 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Zeit der Bilderfassung basierend auf den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 angeben, und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der beweglichen aus der XY-Skala 170 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160 zu bestimmen.
Es ist zu verstehen, dass die Robotersysteme wie z. B. die in den 1 und 8 dargestellten spezielle Vorteile gegenüber verschiedenen alternativen Systemen aufweisen können. Beispielsweise können in verschiedenen Implementierungen Systems wie die hier offenbarten kleiner und/oder weniger teuer sein als alternative Systeme, die Technologien wie z. B. Lasertracker oder Bildvermessung zum Verfolgen von Roboterbewegung/positionen benutzen, und können in einigen Implementierungen auch eine höhere Genauigkeit aufweisen. Die offenbarten Systeme verbrauchen oder verdecken außerdem keinen Teil des Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV oder ETWV' wie z. B. alternative Systeme, die eine Skala oder einen Bezugspunkt auf dem Boden oder dem Objekttisch oder anderweitig in demselben Bereich (z. B. dem Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV oder ETWV'), in dem andernfalls Werkstücke bearbeitet oder untersucht werden usw., enthalten können.
9 ist ein isometrisches Diagramm eines Abschnitts einer fünften beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 900 ähnlich dem Robotersystem 800 von 8, in dem die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit einem stationären Element STE (z. B. dem stationären Element STE von 8) gekoppelt ist. Es ist zu verstehen, dass, ähnlich den vorstehend beschriebenen Nummerierungsschemas, spezielle benannte oder nummerierte Komponenten (z. B. 8XX, 8XX' oder 9XX) von 9 gleichen oder ähnlich nummerierten oder benannten Gegenkomponenten (z. B. 8XX) von 8 oder anderer Figuren entsprechen und/oder ähnliche Operationen wie sie aufweisen können und so verstanden werden können, dass sie ihnen ähnlich oder gleich sind, und anderweitig durch Analogie dazu und wie anderweitig nachstehend beschrieben verstanden werden können. Wie vorstehend erwähnt ist dieses Benennungs- und Nummerierungsschema zum Angeben von Elementen, die analoge und/oder gleiche Konstruktion und/oder Funktion aufweisen, allgemein auf die verschiedenen Figuren dieser Anmeldung (z. B. die 1-5, 8 und 9) angewandt.
In der Konfiguration von 9 (d. h. ähnlich der Konfiguration von 8) kann das stationäre Element STE, mit dem die erste Bildaufnahmekonfiguration 8650-1 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der oberhalb des Roboters 810 angeordnet ist. Die bewegliche Armkonfiguration MAC' enthält die Armabschnitte 821-825, und die XY-Skala 870 ist mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen ist eine Halterung BRKT' zum Koppeln der XY-Skala 870 mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' benutzt. In anderen Konfigurationen können andere Kopplungskonfigurationen zum Koppeln der XY-Skala 870 mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' benutzt werden.
In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 870 mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt sein, so dass sie sich von einem Ende, einer Seite oder einer anderen Orientierung relativ zu der beweglichen Armkonfiguration MAC' erstreckt. Beispielsweise ist in 8 die XY-Skala 870 so dargestellt, dass sie sich von einem nahen Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' in einer radialen Richtung weg von dem mittleren Basisabschnitt BSE' (um den sich z. B. die bewegliche Armkonfiguration MAC' drehen kann) erstreckt. Als ein weiteres Beispiel ist in 9 die XY-Skala 870 so dargestellt, dass sie sich von einer Seite der beweglichen Armkonfiguration MAC' erstreckt (so dass z. B. die XY-Skala 870 so beschrieben werden könnte, dass sie dahinter versteckt ist oder sich anderweitig von der Seite der beweglichen Armkonfiguration MAC' erstreckt, im Gegensatz zu der Konfiguration in 8, wo sich die XY-Skala 870 radial weiter nach außen erstreckt als irgendein anderer Abschnitt der beweglichen Armkonfiguration MAC', so dass sie potentiell zusätzlichen radialen Freiraum erfordert, da die bewegliche Armkonfiguration MAC' um den Basisabschnitt BSE' schwenkt, usw.).
In verschiedenen Implementierungen können die Position und/oder Orientierung der XY-Skala 870, wie sie mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt ist, einstellbar sein, obwohl sie auch vorübergehend gesperrt oder auf andere Weise in einer gegebenen Position/Orientierung fest sein kann (z. B. für eine Reihe von Messungen usw.). Beispielsweise können für eine gegebene Messanwendung die Position/Orientierung der XY-Skala 870 relativ zu der beweglichen Armkonfiguration MAC' einstellbar sein (z. B. um aus dem Weg versteckt auf einer Seite zu sein, wie z. B. in 9 dargestellt ist, oder um so eingestellt zu sein, dass sie sich radial erstreckt, wie in 8 dargestellt ist, für die jedoch jede spezifische Einstellung eine bekannte Position/Orientierung und zugeordnete Kalibrierung usw. aufweisen kann und durchgehend durch einen gegebenen Messprozess beibehalten werden kann). Während eines gegebenen Messprozesses (z. B. während eine Reihe von Messpunkten auf einer Werkstückoberfläche gemessen/bestimmt werden usw.) können die Position/Orientierung der XY-Skala 870 an einer Stelle gesperrt oder auf andere Weise relativ zu der beweglichen Armkonfiguration MAC' fest sein (so dass z. B. die Positionen der XY-Skalenmerkmale relativ zu dem Roboterarmabschnitt, an dem die XY-Skala 870 angebracht ist, nominell fest sein können und die Endwerkzeugposition ETP' dementsprechend in Übereinstimmung mit den Prozessen, wie sie hier beschrieben sind, genau bestimmt werden kann). In verschiedenen entsprechenden Implementierungen kann die XY-Skala 870 allgemein so beschrieben werden, dass für Nicken und/oder Rollen um lokale x- und/oder y-Achsen einstellbar ist (z. B. gedreht um die Drehachse RA4' und/oder eine zusätzliche nicht gezeigte Drehachse, die zu der Drehachse RA4' orthogonal oder querverlaufend ist, um wenigstens nominell die Betriebskonfiguration zu erreichen), obwohl sie (z. B. während eines gegebenen Messprozesses) nominell relativ zu Giervektorkomponenten in der Skalenebene fest sein kann (z. B. fest während eines gegebenen Messprozesses, um die Drehung der XY-Skala 870 unabhängig von einem mittleren Unterabschnitt der beweglichen Armkonfiguration MAC' um eine Achse, die nominell normal zu der Skalenebene ist, nicht zu erlauben).
Wie vorstehend erwähnt kann in verschiedenen Implementierungen die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit entweder dem stationären Element STE (z. B. wie in den 8 und 9 dargestellt ist) oder mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' (z. B. ähnlich der in 3 dargestellten Konfiguration) gekoppelt sein. In einer Implementierung ähnlich derjenigen von 3 kann die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt sein, so dass die optische Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 so nah wie möglich an dem Kontaktpunkt CP entlang der Z-Achsenrichtung ausgerichtet ist (z. B. um die Größe spezieller Typen von Positionsfehlern, die aufgrund von Durchhängen oder Neigung verschiedener Abschnitte der beweglichen Armkonfiguration MAC' und des Endwerkzeugs ETL unter speziellen Bedingungen auftreten können, zu reduzieren). In jedem Fall kann in einer Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 so angeordnet sein, dass die optische Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' befindet.
In verschiedenen Implementierungen kann die bewegliche aus der XY-Skala 870 (wie z. B. in 8 und 9 dargestellt ist) oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 (z. B. ähnlich der Konfiguration von 3) so beschrieben sein, dass sie mit einem mittleren Teilabschnitt (der. z. B. den Armabschnitt 823 und wenigstens einige dazu nahe Elemente enthält) der beweglichen Armkonfiguration MAC' über einen entfernten Teilabschnitt, der wenigstens einen ersten entfernten Teilabschnitt des drehenden Elements (z. B. den Armabschnitt 824), der sich um einen ersten entfernten Unterabschnitt der Drehachse (z. B. der Drehachse RA4) dreht, gekoppelt ist. In verschiedenen Implementierungen kann der entfernte Unterabschnitt eine Halterung (z. B. die Halterung BRKT) umfassen, die die bewegliche aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit dem ersten entfernten Unterabschnitt des drehenden Elements (z. B. dem Armabschnitt 824) koppelt. In verschiedenen Implementierungen kann der erste entfernte Unterabschnitt der Drehachse (z. B. der Drehachse RA4) nominell parallel zu der Skalenebene sein (z. B. falls die XY-Skala 870 die bewegliche ist) oder kann nominell orthogonal zu der optischen Achse OA1' sein (z. B. falls die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 die bewegliche ist). In verschiedenen Implementierungen kann der mittlere Unterabschnitt wenigstens einen mittleren Unterabschnitt des drehenden Elements (z. B. den Armabschnitt 822 und/oder 823) enthalten, der sich um eine Drehachse (z. B. die Drehachse RA2 und/oder RA3) dreht, die nominell parallel zu dem ersten entfernten Unterabschnitt der Drehachse (z. B. der Drehachse RA4) ist.
Solche Implementierungen können einer Konfiguration entsprechen, in der die XY-Skala 870 mit Nicken und Rollen gedreht werden kann, wie es notwendig ist, um irgendein Nicken und rollen irgendeines Armabschnitts in der beweglichen Armkonfiguration MAC' auszugleichen, so dass die XY-Skala 870 wenigstens nominell normal zu der optischen Achse OA1' gemacht werden kann (um z. B. wenigstens nominell die Betriebskonfiguration zu erreichen). In dem Beispiel der 8 und 9 sind spezielle Armabschnitte der beweglichen Armkonfiguration MAC' imstande, dazu gebracht zu werden, allgemein durch Drehen um ihre Drehachsen zu nicken, und die bewegliche Armkonfiguration MAC' insgesamt kann sich um die Drehachse RA1' drehen (z. B. entsprechend der Gierbewegung in speziellen Implementierungen). Die Rollbewegung (z. B. um eine Achse des mittleren Armabschnitts) ist in der Konfiguration der 8 und 9 für die Bewegung der XY-Skala 870 allgemein nicht dargestellt, kann jedoch in verschiedenen Implementierungen als eine kompensierende Rollachse hinzugefügt sein (z. B. kann ein Bewegungsmechanismus nahe der XY-Skala 870 zum Erreichen einer Rollbewegung der XY-Skala 870 und/oder eines Teils des oder des gesamten Armabschnitts 824 oder eines anderen Abschnitts, mit dem die XY-Skala 870 gekoppelt ist, usw. hinzugefügt sein).
In verschiedenen Implementierungen enthält der entfernte Unterabschnitt (der z. B. den Armabschnitt 824 und die Halterung BRKT enthält), der die bewegliche aus der XY-Skala 870 oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 mit dem mittleren Unterabschnitt koppelt, keinen entfernte Unterabschnitt der Drehachse, der nominell orthogonal zu der Skalenebene ist, falls die XY-Skala 870 die bewegliche ist, und keinen entfernten Unterabschnitt der Drehachse, der nominell parallel zu der optischen Achse OA1' ist, falls die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 die bewegliche ist. Solche Implementierungen können einer Konfiguration entsprechen, in der sich die XY-Skala 870 nicht in der Skalenebene drehen kann, so dass die Skalenmerkmale relativ zu einem oder mehreren der Armabschnitte der beweglichen Armkonfiguration MAC' (z. B. dem Armabschnitt 824) in Bezug auf die XY-Orte nominell fest sind (z. B. relativ zu den Giervektorkomponenten in der Skalenebene nominell fest sind, so dass sie keine unabhängige Drehung um eine Z-Achse, die nominell normal zu der Skala ist, angeben). Wie vorstehend beschrieben kann in verschiedenen Implementierungen die XY-Skala 870 auf eine solche Weise während verschiedener Messprozeduren fest sein, kann jedoch auf unterschiedliche feste Orientierungen/Positionen relativ zu der beweglichen Armkonfiguration MAC' einstellbar/drehbar sein (z. B. relativ zu dem Armabschnitt 824), um eine gewünschte Orientierung/Position für eine spezielle Messanwendung zu erreichen.
Wie in 9 dargestellt ist, ist der erste Armabschnitt 821 (z. B. ein oberer Basisabschnitt) an den ersten Bewegungsmechanismus 831 (der z. B. eine Drehverbindung enthält) an einem nahen Ende PE1 des ersten Armabschnitts 821 montiert. Der erste Bewegungsmechanismus 831 befindet sich an einem oberen Ende des unteren tragenden Basisabschnitts BSE' und weist eine Drehachse RA1' auf, die entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ausgerichtet ist, so dass sich der erste Armabschnitt 821 in einer Ebene dreht, die senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist. In einer Implementierung, in der die optische Achse OA1' der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 (und z. B. dementsprechend die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' in der Betriebskonfiguration) parallel zu der z-Achse ist, kann sich der erste Armabschnitt 821 dementsprechend in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist, drehen. In verschiedenen Implementierungen kann der Positionssensor SEN1' (z. B. ein Drehwinkelgeber) zum Bestimmen der Winkelposition (z. B. der Winkelorientierung) des ersten Armabschnitts 820 benutzt werden.
Der zweite Bewegungsmechanismus 832 (der z. B. eine Drehverbindung enthält) befindet sich nahe einem entfernten Ende DE1 des ersten Armabschnitts 821. Der zweite Bewegungsmechanismus 832 weist eine Drehachse RA2' auf (die z. B. nominell entlang einer Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, ausgerichtet sein kann). Der zweite Armabschnitt 822 ist an den zweiten Bewegungsmechanismus 832 an einem nahen Ende PE2 des zweiten Armabschnitts 822 montiert, so dass sich der zweite Armabschnitt 822 um den zweiten Bewegungsmechanismus 832 bewegt (z. B. in einer Ebene, die nominell parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann). In verschiedenen Implementierungen kann der Positionssensor SEN2' (z. B. ein Drehwinkelgeber) zum Bestimmen der Winkelposition (z. B. in einer Ebene, die parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann) des zweiten Armabschnitts 822 benutzt werden.
Der dritte Bewegungsmechanismus 833 (der z. B. eine Drehverbindung enthält) befindet sich an einem entfernten Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 822. Der dritte Bewegungsmechanismus 833 weist eine Drehachse RA3' auf (die z. B. nominell entlang einer Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, ausgerichtet sein kann). Der dritte Armabschnitt 823 ist an den dritten Bewegungsmechanismus 833 an einem nahen Ende PE3 des dritten Armabschnitts 823 montiert, so dass sich der dritte Armabschnitt 823 um den dritten Bewegungsmechanismus 833 bewegt (z. B. in einer Ebene, die nominell parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann). In verschiedenen Implementierungen kann der Positionssensor SEN3' (z. B. ein Drehwinkelgeber) zum Bestimmen der Winkelposition (z. B. in einer Ebene, die parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann) des dritten Armabschnitts 823 benutzt werden.
Der vierte Bewegungsmechanismus 834 (der z. B. eine Drehverbindung enthält) befindet sich an einem entfernten Ende DE3 des dritten Armabschnitts 823. Der vierte Bewegungsmechanismus 834 weist eine Drehachse RA4' auf (die z. B. nominell entlang einer Richtung, die senkrecht zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, ausgerichtet sein kann). Der vierte Armabschnitt 824 ist an den vierten Bewegungsmechanismus 834 an einem nahen Ende PE4 des vierten Armabschnitts 824 montiert, so dass sich der vierte Armabschnitt 824 dreht (z. B. in einer Ebene, die nominell parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann). In verschiedenen Implementierungen kann der Positionssensor SEN4' (z. B. ein Drehwinkelgeber) zum Bestimmen der Winkelposition (z. B. in einer Ebene, die parallel zu der optischen Achse OA1' und/oder der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' sein kann) des vierten Armabschnitts 824 benutzt werden.
Der fünfte Bewegungsmechanismus 835 kann sich an einem entfernten Ende DE4 des vierten Armabschnitts 824 befinden. Wie vorstehend erwähnt kann in einigen Implementierungen der fünfte Bewegungsmechanismus 835 (der z. B. eine Drehverbindung enthält) konfiguriert sein, den fünften Armabschnitt 825 um eine Drehachse RA5' (die z. B. parallel zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SAI' sein kann und in einigen Orientierungen parallel zu der optischen Achse OA1' sein kann, wie z. B. wenn sie in der Betriebskonfiguration durch die Drehung des vierten Armabschnitts 824 durch den vierten Bewegungsmechanismus 834 so orientiert ist, usw.) zu drehen. In solchen Konfigurationen kann der fünfte Armabschnitt 825 an den fünften Bewegungsmechanismus 835 an einem nahen Ende PE5 des fünften Armabschnitts 825 montiert sein. In einigen Implementierungen kann der fünfte Bewegungsmechanismus 835 außerdem oder alternativ einen anderen Typ eines Bewegungsmechanismus (z. B. einen linearen Aktor) enthalten, der konfiguriert ist, den fünften Armabschnitt 825 linear zu bewegen (z. B. nach oben und nach unten in der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA', wenn er in der Betriebskonfiguration so orientiert ist). In verschiedenen Implementierungen kann der fünfte Armabschnitt 825 als ein Anschlussabschnitt der beweglichen Armkonfiguration MAC' festgelegt sein, wobei das entfernte Ende der beweglichen Armkonfiguration MAC' dem entfernten Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825, an dem sich die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' befinden kann, entspricht. In einer Implementierung, in der der fünfte Bewegungsmechanismus 835 eine Drehverbindung enthält und die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel zu der z-Achse in der Betriebskonfiguration ist, kann sich das Endwerkzeug ETL dementsprechend in einer x-y-Ebene die senkrecht zu der z-Achse ist, drehen.
In verschiedenen Implementierungen können, wie vorstehend erwähnt, die Position und/oder Orientierung der XY-Skala 870, wie sie mit der beweglichen Armkonfiguration MAC' gekoppelt ist, einstellbar sein, obwohl sie auch vorübergehend gesperrt oder auf andere Weise in einer gegebenen Position/Orientierung fest sein kann (z. B. für eine Reihe von Messungen usw.). In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 870 und/oder wenigstens ein Teil des Armabschnitts, an den die XY-Skala 870 gekoppelt ist, konfiguriert sein, gedreht zu werden (z. B. durch einen entsprechenden Bewegungsmechanismus oder manuell gedreht durch einen Anwender usw.), so dass der Kontaktpunkt CP des Endwerkzeugs ETL in Kontakt mit einem Werkstück WP bewegt werden kann, ohne dass die XY-Skala 870 stört. Insbesondere kann, wenn der Kontaktpunkt CP zu einem Werkstück bewegt wird, in speziellen Fällen und für spezielle Orientierungen die XY-Skala 870 unbeabsichtigt in physikalischen Kontakt mit dem Werkstück WP oder einem anderen Objekt oder Hindernis kommen, bevor der Kontaktpunkt CP in Kontakt mit dem Werkstück WP bewegt werden kann. Um solche Vorfälle zu verhindern, kann in verschiedenen Implementierungen die XY-Skala 870 von dem Werkstück WP oder anderen Objekt oder Hindernis weg gedreht werden, bevor der Messprozess beginnt, um zu ermöglichen, dass der Kontaktpunkt CP in Kontakt mit dem Werkstück WP kommt, ohne dass die XY-Skala 870 im Weg ist oder anderweitig stört.
In verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Referenzachsen und Linien zum Referenzieren spezieller Bewegungen, Koordinaten und Winkel der Komponenten der beweglichen Armkonfiguration MAC' festgelegt sein. In einigen spezifischen Beispielen können, wie in 9 dargestellt ist, der zweite und dritte Armabschnitt 822 und 823 jeweils festgelegte Mittellinien CL2' bzw. CL3' aufweisen, die durch die Mitten der jeweiligen Armabschnitte verlaufen. Ein Winkel A2' (der einer Größe der Drehung des zweiten Bewegungsmechanismus 832 entsprechen kann) kann so festgelegt sein, dass er zwischen der Mittellinie CL2' des zweiten Armabschnitts 822 und der Ebene auftritt (z. B. parallel zu der Skalenebene in der Betriebskonfiguration, die in einer x-y-Ebene sein kann, wenn die optische Achse OA1' parallel zu der z-Achse ist). Ein Winkel A3' kann so festgelegt sein, dass er zwischen der Mittellinie CL2' des zweiten Armabschnitts 822 und der Mittellinie CL3' des dritten Armabschnitts 823 auftritt (z. B. in Übereinstimmung mit einer Größe der Drehung des dritten Bewegungsmechanismus 833 um die dritte Drehachse RA3'). Es ist zu verstehen, dass die anderen Armabschnitte 821, 824 und 825 auf ähnliche Weise entsprechende Referenzlinien und/oder Achsen usw. zum Referenzieren spezieller Bewegungen, Koordinaten und Winkel der Komponenten der beweglichen Armkonfiguration MAC' aufweisen können.
In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL an die Endwerkzeugmontagekonfiguration ETMC' nahe dem entfernten Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825 montiert (z. B. gekoppelt) sein. Das Endwerkzeug ETL kann so festgelegt sein, dass es eine Endwerkzeugachse EA (die z. B. durch die Mitte und/oder Mittelachse des Tasters ETST verläuft) aufweist, die mit der fünften Drehachse RA5' des fünften Bewegungsmechanismus 835 zusammenfallen kann und die eine Verlängerungslinie der vierten Drehachse RA4' des vierten Bewegungsmechanismus 834 schneiden kann. In verschiedenen Implementierungen durchläuft die Endwerkzeugachse EA die Endwerkzeugposition ETP' und weist einen bekannten Koordinatenpositionsversatz von der XY-Skala 870 auf und ist in der Betriebskonfiguration parallel zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' (so dass z. B. das Endwerkzeug ETL mit dem Taster ETST parallel zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' orientiert ist). Dementsprechend kann ein bekannter Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP' und der XY-Skala 870 vorhanden sein. Beispielsweise kann die XY-Skala 870 einen festgelegten Referenzpunkt aufweisen (z. B. in einer Mitte oder am Rand der XY-Skala 870), der einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (z. B. einen bekannten Abstand in einer Ebene, die parallel zu der Skalenebene ist, oder auf andere Weise) in einer x-y-Ebene von der Endwerkzeugachse EA (und z. B. dementsprechend von der Endwerkzeugposition ETP') aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann ein solcher bekannter Koordinatenpositionsversatz als bekannte Versatzkomponenten (z. B. ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz und/oder ein bekannter Abstand kombiniert mit einer bekannten Winkelorientierung der XY-Skala 870 relativ zu wenigstens einem Teil der beweglichen Armkonfiguration MAC', wie z. B. relativ zu dem vierten Armabschnitt 824 usw.) ausgedrückt sein.
In verschiedenen Implementierungen kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP' und der XY-Skala 870 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP' benutzt werden. Insbesondere kann, wie vorstehend erwähnt, das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 arbeitet, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relativen Position zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Referenzposition REF1' (d. h. wie sie durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 definiert ist) angeben, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals (d. h. der XY-Skala 870) in dem erfassten Bild zu bestimmen. Das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP' basierend auf den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Referenzposition REF1') angeben, und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP' und der beweglichen XY-Skala 870 zu bestimmen. In einer spezifischen Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt als bekannte Versatzkomponenten, wie z. B. ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz und/oder ein bekannter Abstand kombiniert mit einer bekannten Winkelorientierung der XY-Skala 870) zu den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Referenzposition REF1') angeben, addiert oder auf andere Weise mit ihnen kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP' zu bestimmen.
Als ein spezifisches Beispiel für die Positionskoordinatenkonfiguration kann in einer Implementierung, wo in der Betriebskonfiguration die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel zu der z-Achse ist, die XY-Skala 870 so festgelegt sein, dass sie eine Referenzposition (z. B. einen Ursprungsort) bei X0, Y0, Z0 aufweist (die z. B. für einen Ursprungsort die Werte 0,0,0 aufweisen kann). In einer solchen Konfiguration kann der Referenzort REF1' (d. h. wie er durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 definiert ist) an relativen Koordinaten X1, Y1, Z1 sein, und eine Mitte eines entsprechenden Gesichtsfelds FOV1' (das z. B. einem erfassten Bild entspricht), kann an den relativen Koordinaten X1, Y1, Z0 sein. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der XY-Skala 870 erstreckt, kann so festgelegt sein, dass er die relativen Koordinaten X2, Y2, Z0 aufweist. Die Endwerkzeugposition ETP' kann so festgelegt sein, dass sie die Koordinaten X2, Y2, Z2 aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Kontaktpunkt CP (z. B. an dem Ende eines Endwerkzeugtasters ETST zum Kontaktieren eines Werkstücks) aufweist, der so festgelegt sein kann, dass er die Koordinaten X3, Y3, Z3 aufweist. In einer Implementierung, in der der Kontaktpunkt CP des Endwerkzeugs ETL in der x- oder y-Richtung relativ zu dem Rest des Endwerkzeugs nicht variiert und in der die Endwerkzeugachse EA parallel zu der z-Achse in der Betriebskonfiguration ist, können die X3- und Y3-Koordinaten gleich den X2- bzw. Y2-Koordinaten sein. Es ist zu verstehen, dass einige Implementierungen zusätzliche entsprechende XY-Skalen enthalten können (z. B. analog der XY-Skala 170 und/oder 870 usw.), die so festgelegt sein können, dass sie entsprechende Referenzorte aufweisen können (z. B. analog, jedoch von dem Referenzort REF1 und/oder REF1' usw. verschieden). In solchen Implementierungen können die XY-Skalen zusätzlich zu der „ersten“ XY-Skala 170 und/oder 870 usw. (z. B. die zweite XY-Skala, dritte XY-Skala und so weiter) entsprechenden Bestimmungsvolumen für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten von hoher Genauigkeit (z. B. entsprechenden Endwerkzeugarbeitsvolumen usw.) an entsprechenden Orten innerhalb eines gesamten Arbeitsvolumens eines Roboters zugeordnet sein.
In einer spezifischen Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 analysiert werden, um Messtechnikpositionskoordinaten zu bestimmen, die eine relative Position angeben (z. B. um die X1-, Y1-Koordinaten zu bestimmen, die der Mitte des Gesichtsfelds FOV1' der stationären ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 entsprechen). Eine solche Bestimmung kann in Übereinstimmung mit Standard-Kamera/Skalenbildverarbeitungstechniken vorgenommen werden (z. B. zum Bestimmen eines Orts der Kamera relativ zu der Skala). Verschiedene Beispiele für solche Techniken sind in den US-Patenten Nr. 6,781,694 ; 6,937,349 ; 5,798,947 ; 6,222,940 und 6,640,008 beschrieben, von denen jede durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist. In verschiedenen Implementierungen können solche Techniken benutzt werden, um den Ort eines Gesichtsfelds (wie es z. B. einer Position einer Kamera entspricht) innerhalb eines Skalenbereichs (z. B. innerhalb der XY-Skala 870) zu bestimmen, wie vorstehend mit Bezug auf die 4 und 5 beschrieben ist. In verschiedenen Implementierungen kann eine solche Bestimmung Identifizieren wenigstens eines entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals der XY-Skala 870, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und des zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine solche Bestimmung kann dem Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relativen Position zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Referenzposition REF1 angeben (d. h. wie sie durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 860 definiert ist), entsprechen. Die relativen X2-, Y2-Koordinaten (d. h. der Endwerkzeugposition ETP') können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP' und der XY-Skala 870 bestimmt werden (z. B. Addieren bekannter x- und y-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1, um X2 und Y2 zu bestimmen).
Wie vorstehend erwähnt geben in verschiedenen Implementierungen die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten (die z. B. der Bestimmung der X1-, Y1-Koordinaten relativ zu den X0-, Y0-Koordinaten entsprechen) die Endwerkzeugposition (z. B. die X2-, Y2-Koordinaten) zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, an. In dem vorstehenden Beispiel kann das in einer Konfiguration, in der die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel zu der z-Achse in der Betriebskonfiguration ist, dem entsprechen, dass der Genauigkeitsgrad besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist (oder allgemeiner in verschiedenen Implementierungen besser als die Robotergenauigkeit für Messtechnikpositionskoordinaten in einer Koordinatenebene analog der x-y-Ebene, die jedoch querverlaufend zu der z-Achse und nicht notwendigerweise perfekt senkrecht zu der z-Achse ist). Insbesondere kann in einer solchen Konfiguration eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, einem Vektor entsprechen, der durch das Komponentenpaar (X1-X0, Y1-YO) oder, wenn X0 und Y0 gleich 0 sind, einfach (X1, Y1) repräsentiert ist.
In verschiedenen Implementierungen kann das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ferner eine oder mehrere zusätzliche Bildaufnahmekonfigurationen enthalten. Beispielsweise kann, wie in 9 dargestellt ist, das Bestimmungssystem 850 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten eine zweite Bildaufnahmekonfiguration 860-2 enthalten, die eine zweite Kamera CAM2' und eine zweite optischen Achse OA2', die parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' ist, wenn sie in der Betriebskonfiguration ist, aufweist. Die zweite Bildaufnahmekonfiguration 860-2 kann eine zweite Referenzposition REF2' (die z. B. relative Koordinaten X1', Y1' und Z1 aufweist) bestimmen. Die zweite Bildaufnahmekonfiguration 860-2 kann einen effektiven Fokusbereich REFP entlang ihrer optischen Achse OA2' aufweisen. In einer solchen Konfiguration kann der Bildtriggerabschnitt 881 ferner konfiguriert sein, wenigstens ein Eingabesignal, das zu der Endwerkzeugposition ETP' gehört, einzugeben und die Zeit eines zweiten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das zweite Bildaufnahmetriggersignal zu der zweiten Bildaufnahmekonfiguration 860-2 auszugeben. In verschiedenen Implementierungen kann die zweite Bildaufnahmekonfiguration 860-2 konfiguriert sein, ein digitales Bild der XY-Skala 870 zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen. Der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 kann ferner konfiguriert sein, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala 870, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren.
In verschiedenen Implementierungen kann der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 890 betreibbar sein, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der XY-Skala 870 und der zweiten Referenzposition REF2' angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen. In einer solchen Implementierung geben die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition ETP' zu der Bilderfassungszeit an mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, an.
In verschiedenen Implementierungen enthält das wenigstens eine Eingabesignal, das in den Bildtriggerabschnitt 881 eingegeben wird, ein oder mehrere Signale, die aus dem Bewegungssteuerungssystem 840 abgeleitet sind. In solchen Konfigurationen kann der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert sein, basierend auf dem einen oder den mehreren Signalen, die aus dem Bewegungssteuerungssystem 840 abgeleitet sind, zu bestimmen, ob die XY-Skala 870 an der ersten oder zweiten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 oder 860-2 ausgerichtet ist. Falls bestimmt wird, dass die XY-Skala 870 an der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 ausgerichtet ist (so dass z. B. ein ausreichender Abschnitt der XY-Skala 870 durch die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 aufgenommen wird), ist der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert, das erste Bildaufnahmetriggersignal auszugeben. Falls andererseits bestimmt wird, dass die XY-Skala 870 an der zweiten Bildaufnahmekonfiguration 860-2 ausgerichtet ist (so dass z. B. ein ausreichender Abschnitt der XY-Skala 870 durch die zweite Bildaufnahmekonfiguration 860-2 aufgenommen wird), ist der Bildtriggerabschnitt 881 konfiguriert, das zweite Bildaufnahmetriggersignal auszugeben. Es ist zu verstehen, dass in einer solchen Implementierung die XY-Skala 870 in der Bildaufnahmekonfiguration in Bezug auf die erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 und/oder die zweite Bildaufnahmekonfiguration 860-2 sein kann.
Wie vorstehend beschrieben kann in verschiedenen Implementierungen die inkrementelle XY-Skala 170A von 4 als die XY-Skala 870 der 8 und 9 benutzbar sein. Wie ferner vorstehend beschrieben ist, umfasst in verschiedenen Implementierungen die XY-Skala 170A ein nominell ebenes Substrat SUB (das z. B. nominell senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' angeordnet ist, wenn sie in der Betriebskonfiguration ist) und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale IIF, die auf dem Substrat SUB verteilt sind, wobei sich die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale IIF an entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinaten (z. B. x- und y-Koordinaten) auf der XY-Skala 170A befinden (d. h. somit jeweils einem bekannten XY-Skalenkoordinatenort entsprechen). In der Beispielimplementierung von 4 ist die Gruppe inkrementeller abbildungsfähiger Merkmale IIF gleichmäßig beabstandet. In verschiedenen Implementierungen können Messtechnikpositionskoordinaten, die einem Ort eines Gesichtsfelds FOV der ersten Bildaufnahmekonfiguration 160-1 innerhalb der inkrementellen XY-Skala 170A entsprechen, eine Angabe einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170A und der ersten Referenzposition REF1' bereitstellen.
Insbesondere kann in verschiedenen Implementierungen ein einziges abbildungsfähiges Merkmal IFF auf der XY-Skala 170A (wobei z. B. die abbildungsfähigen Merkmale alle an bekannten Messtechnikpositionskoordinaten wie z. B. bekannten x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten auf der XY-Skala 170A gemäß der gleichmäßigen Beabstandungen über die Skala sind) somit durch die Positionsdaten des Roboters mit ausreichender Genauigkeit identifiziert werden, so dass keine zwei abbildungsfähigen Merkmale IFF miteinander verwechselt werden können. In einer solchen Konfiguration kann der Ort eines einzelnen abbildungsfähigen Merkmals IFF in dem erfassten Bild dann benutzt werden, um die Endwerkzeugposition ETP' weiter zu verfeinern, so dass sie eine Genauigkeit aufweist, die besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist (z. B. wenigstens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP' in einer x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist).
Es ist zu verstehen, dass es in Übereinstimmung mit Standard-Kamera/Skalenbildverarbeitungstechniken nicht erforderlich ist, dass die/der Referenzposition/Ursprungsort X0, Y0, Z0 in dem Gesichtsfeld FOV ist, damit eine solche Bestimmung vorgenommen werden kann (d. h. die Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position angeben, können aus den Skaleninformationen an irgendeinem Ort entlang der XY-Skala 170A, wie sie teilweise durch die Skalenelemente bereitgestellt sind, die die gleichmäßig beabstandeten inkrementellen abbildungsfähigen Merkmale IIF umfassen, bestimmt werden). In verschiedenen Implementierungen kann eine solche Bestimmung das Identifizieren wenigstens eines entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals, das in dem erfassten Bild der XY-Skala 170A enthalten ist, und des zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine solche Bestimmung kann dem Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relativen Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Referenzposition REF1' (d. h. wie sie durch die stationäre erste Bildaufnahmekonfiguration 860-1 definiert ist) angeben, entsprechen. Die relativen X2-, Y2-Koordinaten (d. h. der Endwerkzeugposition ETP') können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP' und der XY-Skala 170A bestimmt werden (z. B. Addieren der x- und y-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1, um X2 und Y2 zu bestimmen).
Wie vorstehend beschrieben kann in verschiedenen Implementierungen die absolute XY-Skala 170B von 5 alternativ als die XY-Skala 870 der 8 und 9 benutzbar sein. Wie vorstehend erwähnt enthält die absolute XY-Skala 170B eine Gruppe aus gleichmäßig beabstandeten inkrementellen abbildungsfähigen Merkmalen IIF und enthält außerdem eine Menge absoluter abbildungsfähiger Merkmale AIF, die eindeutig identifizierbare Strukturen (z. B. eine 16-Bit-Struktur) aufweisen. In verschiedenen Implementierungen befinden sich die abbildungsfähigen Merkmale IIF und AIF alle an entsprechenden bekannten Messtechnikpositionskoordinaten (z. B. x- und y-Koordinaten) auf der XY-Skala (d. h. somit entspricht jedes einem bekannten XY-Skalenkoordinatenort). Wie vorstehend ferner beschrieben ist, sind solche Implementierungen fähig, eine absolute Position, die die Endwerkzeugposition ETP' angibt, mit einer Genauigkeit, die besser als die Robotergenauigkeit ist, unabhängig zu bestimmen, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist (z. B. für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP' in der x-y-Ebene, die senkrecht zu der z-Achse ist) und die im Gegensatz zu der inkrementellen XY-Skala 170A das Kombinieren mit Positionsinformationen aus dem Roboter 110 oder 810, um die absolute Position zu bestimmen, nicht erfordern kann.
10A und 10B sind Ablaufdiagramme, die beispielhafte Implementierungen von Routinen 1000A und 1000B zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Roboter und ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält, darstellen. Wie in 10A gezeigt ist, wird an einem Entscheidungsblock 1010 eine Bestimmung vorgenommen, ob das Robotersystem in einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden soll. In verschiedenen Implementierungen kann eine Auswahl und/oder Aktivierung einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten oder einer Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten durch einen Anwender vorgenommen werden und/oder kann durch das System in Reaktion auf spezielle Operationen und/oder Anweisungen automatisch vorgenommen werden. Beispielsweise kann in einer Implementierung in eine Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten eingetreten werden (z. B. automatisch oder in Übereinstimmung mit einer Auswahl durch einen Anwender), wenn sich der Roboter in eine spezielle Position bewegt (z. B. ein Endwerkzeug von einem allgemeinen Bereich, in dem Montage oder andere Operationen ausgeführt werden, zu einem spezifischeren Bereich, wo typischerweise Werkstückuntersuchungsoperationen ausgeführt werden und/oder wo andernfalls die Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten benutzt würde). In verschiedenen Implementierungen können solche Betriebsarten durch ein externes Steuerungssystem implementiert sein (wie z. B. das externe Steuerungssystem ECS von 1, das einen Standard Betriebsartabschnitt 147 für Roboterpositionskoordinaten und einen Betriebsartabschnitt 192 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt, oder das externe Steuerungssystem ECS' von 8, das einen Standard Betriebsartabschnitt 849 für Roboterpositionskoordinaten und einen Betriebsartabschnitt 892 für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt). In verschiedenen Implementierungen kann eine Hybridbetriebsart entweder unabhängig oder als Teil einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden und/oder kann als ein Umschalten zwischen den Betriebsarten implementiert sein, wie nachstehend mit Bezug auf 11 genauer beschrieben wird.
Falls an dem Entscheidungsblock 1010 bestimmt wird, dass das Robotersystem nicht in einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden soll, fährt die Routine zu einem Block 1015 fort, wo das Robotersystem in einer Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten betrieben wird. Als Teil der Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten werden die Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber, Linearmessgeber usw.) des Roboters benutzt, um die Bewegungen des Roboters und entsprechende Endwerkzeugposition mit der Robotergenauigkeit (die z. B. wenigstens teilweise auf der Genauigkeit der Positionssensoren des Roboters basiert) zu steuern und zu bestimmen. Wie vorstehend mit Bezug auf die 1-5, 8 und 9 erwähnt, können die Positionssensoren des Roboters die Position der beweglichen Armkonfiguration MAC oder MAC' (z. B. die Positionen der Armabschnitte) mit einem niedrigeren Genauigkeitsgrad als die Positionsinformationen, die unter Nutzung der XY-Skala bestimmt werden, angeben. Im Allgemeinen kann die Betriebsart mit Roboterpositionskoordinaten einer unabhängigen und/oder Standardbetriebsart für den Roboter entsprechen (z. B. einer Betriebsart, in der der Roboter unabhängig betrieben wird, wie z. B. wenn ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten nicht aktiv ist oder anderweitig nicht bereitgestellt ist).
Falls das Robotersystem in einer Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten betrieben werden soll, fährt die Routine zu einem Block 1020 fort, wo der Roboter und das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten ausgelegt sind, um wenigstens nominell eine Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten bereitzustellen. Eine Skalenebene ist so definiert, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat der XY-Skala zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene ist als eine Skalenbildaufnahmeachsenrichtung definiert. Die XY-Skala und/oder die erste Bildaufnahmekonfiguration sind so angeordnet dass die optische Achse der ersten Bildaufnahmekonfiguration parallel und/oder nominell parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist und sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung befindet.
Wie vorstehend beschrieben kann in verschiedenen Implementierungen dieser Prozess zum wenigstens nominellen Erreichen der Betriebskonfiguration das Vornehmen verschiedener Einstellungen (z. B. an den Positionen der Armabschnitte der beweglichen Armkonfiguration MAC oder MAC' usw.) enthalten. Als ein spezifisches Beispiel kann in den Implementierungen der 8 und 9 der vierte Bewegungsmechanismus 834 betrieben werden, um den vierten Armabschnitt 824 zu drehen, um die XY-Skala 870 zu drehen, um zu bewirken, dass die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel und/oder nominell parallel zu der optischen Achse OA1' ist. In speziellen Implementierungen können solche Einstellungen automatisch oder auf andere Weise vorgenommen werden (z. B. kann eine Schaltung, Routine usw. benutzt werden, um die Orientierung des vierten Armabschnitts 824 kontinuierlich oder anderweitig zu überwachen und den vierten Bewegungsmechanismus 834 zu benutzen, um kontinuierlich oder anderweitig die Orientierung einzustellen, um zu bewirken, dass die XY-Skala 870 ungefähr auf gleicher Höhe ist oder anderweitig die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' parallel und/oder nominell parallel zu der optischen Achse OA1' sein lässt). In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Einstellungen an der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 vorgenommen werden (z. B. können die Vergrößerung und/oder der Fokusbereich eingestellt werden, usw.), um zu bewirken, dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration 860-1 entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA' befindet. In speziellen anderen Implementierungen (z. B. in den Beispielkonfigurationen der 1-3) können manchmal weniger oder keine Einstellungen erforderlich sein, um die Betriebskonfiguration zu erreichen (z. B. kann in speziellen Implementierungen die Konfiguration der beweglichen Armkonfiguration MAC so sein, dass die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA wenigstens nominell parallel zu der optischen Achse OA1 ist, in Übereinstimmung mit der Drehung des ersten und zweiten Armabschnitts 120 und 130 nominell in der x-y-Ebene).
In einem Block 1030 wird wenigstens ein Eingabesignal empfangen (z. B. in einem Bildtriggerabschnitt, wie z. B. dem Bildtriggerabschnitt 181 oder 811 usw.), das zu einer Endwerkzeugposition des Roboters gehört. Eine Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals wird basierend auf wenigstens einem Eingabesignal bestimmt, und das erste Bildaufnahmetriggersignal wird zu einer ersten Bildaufnahmekonfiguration ausgegeben. Die erste Bildaufnahmekonfiguration erfasst ein digitales Bild einer XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals. In verschiedenen Implementierungen können unterschiedliche Typen von Endwerkzeugen unterschiedliche Typen von Ausgaben bereitstellen, die in Bezug auf das wenigstens eine Eingabesignal benutzt werden können. Beispielsweise kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug eine Berührungssonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die ein Berührungssignal ausgibt, wenn sie das Werkstück berührt, dieses Berührungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal, auf dem basierend die Zeitplanung eines ersten Bildaufnahmetriggersignals bestimmt wird, eingegeben werden. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in dem das Endwerkzeug eine Abtastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die entsprechende Werkstückmessabtastdaten, die einem entsprechenden Abtastzeitsignal entsprechen, bereitstellt, dieses entsprechende Abtastzeitsignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal eingegeben werden. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug eine Kamera ist, die verwendet wird, um ein entsprechendes Werkstückmessbild, das einem entsprechenden Werkstückbilderfassungssignal entspricht, bereitzustellen, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als das wenigstens eine Eingabesignal eingegeben werden.
In einem Block 1040 wird das erfasst Bild empfangen (z. B. in einem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt wie z. B. dem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 oder 890 usw.), und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und der zugehörige entsprechende bekannte XY-Skalenkoordinatenort werden identifiziert. In einem Block 1050 werden Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen einer beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als eine Robotergenauigkeit ist, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild bestimmt. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition zu der Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, an. In einem Block 1060 werden bestimmte Positionsinformationen (z. B. die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position angeben, die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition und/oder andere verwandte bestimmte Positionsinformationen) für eine festgelegte Funktion (z. B. zur Werkstückmessung, Positionierungssteuerung der beweglichen Armkonfiguration des Roboters usw.) benutzt. Als Teil solcher Operationen oder anderweitig kann die Routine dann zu einem Punkt A fortfahren, wo in verschiedenen Implementierungen die Routine enden kann, oder kann anderweitig fortfahren, wie nachstehend mit Bezug auf 10B genauer beschrieben wird.
Wie in 10B angegeben ist, kann die Routine 1000B von Punkt A zu Block 1065 fortfahren. Wie nachstehend genauer beschrieben wird, können als Teil der Routine 1000B die bestimmten Positionsinformationen (z. B. aus dem Block 1060) dem Bestimmen eines ersten Oberflächenorts auf einem Werkstück entsprechen oder auf andere Weise für dessen Bestimmung benutzt werden, und wobei ein zweiter Oberflächenort auf dem Werkstück dann bestimmt werden kann (z. B. als Teil einer Werkstückmessung wie z. B. Messen eines Merkmals eines Werkstücks). In Block 1065 sind der Roboter und das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so angeordnet, dass sie wenigstens nominell die Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten bereitstellen, wobei wenigstens eine aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration so angeordnet ist, dass die optische Achse der ersten Bildaufnahmekonfiguration parallel und/oder nominell parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung befindet. Beispielsweise kann das in der Implementierung der 8 und 9 dem entsprechen, dass sich die bewegliche Armkonfiguration MAC' zu dem Endwerkzeug ETL (z. B. und dem Kontaktpunkt CP) nahe einem (z. B. oberhalb eines) zweiten Oberflächenort auf einem Werkstück, für das eine Einstellung vorgenommen werden kann (z. B. durch den vierten Bewegungsmechanismus 834 zum Einstellen der Orientierung der XY-Skala 870) bewegt, um wenigstens nominell die Betriebskonfiguration nahe dem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück zu erreichen. Wie vorstehend erwähnt können in speziellen anderen Implementierungen (z. B. in den Beispielkonfigurationen der 1-3) manchmal weniger oder keine Einstellungen erforderlich sein, um die Betriebskonfiguration zu erreichen (z. B. kann in speziellen Implementierungen die Konfiguration der beweglichen Armkonfiguration MAC so sein, dass die Skalenbildaufnahmeachsenrichtung SIA wenigstens nominell parallel zu der optischen Achse OA1 ist, in Übereinstimmung mit der Drehung des ersten und zweiten Armabschnitts 120 und 130 nominell in der x-y-Ebene).
In einem Block 1070 wird wenigstens ein zweites Eingabesignal empfangen (z. B. in dem Bildtriggerabschnitt, wie z. B. dem Bildtriggerabschnitt 181 oder 881 usw.), das zu der Endwerkzeugposition gehört, und die Zeit eines zweiten Bildaufnahmetriggersignals wird basierend auf dem wenigstens einen zweiten Eingabesignal bestimmt. Das zweite Bildaufnahmetriggersignal wird zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration ausgegeben, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration ein zweites digitales Bild der XY-Skala zur zweiten Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Bildaufnahmetriggersignals erfasst. In einem Block 1080 wird das erfasst Bild empfangen (z. B. in dem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt wie z. B. dem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt 190 oder 890 usw.), und wenigstens ein zweites entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem zweiten erfassten Bild enthalten ist, und ein zugehöriger entsprechender zweiter bekannter XY-Skalenkoordinatenort werden identifiziert.
In einem Block 1090 werden zweite Messtechnikpositionskoordinaten, die eine zweite relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, angeben, basierend auf dem Bestimmen einer zweiten Bildposition des identifizierten wenigstens einen zweiten entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem zweiten erfassten Bild bestimmt. Die zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition zu der zweiten Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der zweiten Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, an. Die zweite relative Position ist von der ersten relativen Position verschieden und entspricht einem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück, der von dem ersten Oberflächenort verschieden ist (und für den z. B. das erste entsprechende abbildungsfähige Merkmal nicht in dem zweiten erfassten Bild enthalten sein kann und/oder das zweite entsprechende abbildungsfähige Merkmal nicht in dem ersten erfassten Bild enthalten sein kann). Solche Techniken sind dafür bekannt, dass sie verschieden sind von Techniken, die Bezugspunkte oder andere Referenzmarkierungen benutzen (für die z. B. erforderlich ist, dass derselbe Bezugspunkt oder dieselbe Referenzmarkierung in jedem Bild ist, im Vergleich zu einer XY-Skala 170 oder 870, für die Positionsinformationen über den gesamten Bereich der XY-Skala 170 oder 870 und dementsprechend für jeden Abschnitt in der XY-Skala 170 oder 870, der in einem Bild enthalten ist, das einem Gesichtsfeld FOV oder FOV' einer Bildaufnahmekonfiguration 160 oder 860 entspricht, bestimmt werden können).
In einem Block 1095 werden die ersten und zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die ersten und zweiten relativen Positionen angeben, und/oder zugehörige Positionsinformationen benutzt, um eine Abmessung des Werkstücks zu bestimmen, die einem Abstand zwischen ersten und zweiten Oberflächenorten auf dem Werkstück entspricht, die den entsprechenden Endwerkzeugposition (wie sie z. B. die Kontaktpunktpositionen angeben, wenn die entsprechenden ersten und zweiten Oberflächenorte auf dem Werkstück kontaktiert werden, usw.) zu ersten und zweiten Bilderfassungszeiten entsprechen. Es ist zu verstehen, dass anstelle der Verwendung der Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber, Linearmessgeber usw.) des Roboters, um den ersten und den zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück mit der Robotergenauigkeit zu bestimmen, genauere Positionsinformationen unter Benutzung von Techniken, wie sie hier beschrieben sind, bestimmt werden können. Insbesondere ermöglicht die Bestimmung des ersten und des zweiten Oberflächenorts (d. h. wie sie den ersten und zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten entsprechen, die dem entsprechenden ersten und zweiten Ort auf der XY-Skala entsprechen, für die ein präziser Abstand zwischen solchen Koordinaten/Orten unter Nutzung der vorstehend beschriebenen Techniken in Übereinstimmung der Genauigkeit der XY-Skala bestimmt werden kann), dass die entsprechende Abmessung des Werkstücks (z. B. eines Werkstückmerkmals) zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmt werden kann.
11 ist ein Ablaufdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Routine 1100 zum Bestimmen einer Endwerkzeugposition darstellt, wobei unterschiedliche Techniken während unterschiedlicher Abschnitte einer Bewegungszeit benutzt werden können. Allgemein werden während der Bewegungszeit ein oder mehrere Armabschnitte des Roboters von einer ersten Position zu zweiten Positionen bewegt (was z. B. Drehen eines oder mehrerer Armabschnitte um Bewegungsmechanismen von ersten Drehorientierungen zu zweiten Drehorientierungen oder auf andere Weise Bewegen der Armabschnitte usw. enthalten kann). Wie in 11 gezeigt ist, wird in einem Entscheidungsblock 1110 eine Bestimmung vorgenommen, ob eine Hybridbetriebsart zum Bestimmen der Endwerkzeugposition während der Bewegungszeit benutzt wird.
In verschiedenen Implementierungen kann eine Hybridbetriebsart auch für einen Prozess repräsentativ sein, der das Umschalten zwischen der Betriebsart mit zusätzlichen Messtechnikpositionskoordinaten und der Standardbetriebsart mit Roboterpositionskoordinaten enthält, wie vorstehend mit Bezug auf 10A beschrieben ist. Falls die Hybridbetriebsart nicht benutzt werden soll, fährt die Routine zu einem Block 1120 fort, wo die Positionssensoren (z. B. Drehwinkelgeber, Linearmessgeber usw.) des Roboters (z. B. der beweglichen Armkonfiguration wie z. B. der beweglichen Armkonfiguration MAC oder MAC' usw.) allein zum Bestimmen der Endwerkzeugposition während der Bewegungszeit benutzt werden.
Falls die Hybridbetriebsart benutzt werden soll, fährt die Routine zu einem Block 1130 fort, für den während eines ersten Abschnitts einer Bewegungszeit die Positionssensoren, die in dem Roboter enthalten sind (die z. B. in der beweglichen Armkonfiguration MAC oder MAC' des Roboters enthalten sind), zum Bestimmen der Endwerkzeugposition benutzt werden. Während solcher Operationen können Messtechnikpositionskoordinaten eines Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten nicht bestimmt werden und/oder werden anderweitig nicht benutzt, um die Endwerkzeugposition zu bestimmen. In einem Block 1140 werden während eines zweiten Abschnitts der Bewegungszeit, der nach dem ersten Abschnitt der Bewegungszeit stattfindet, bestimmte relative Messtechnikpositionskoordinaten des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten benutzt, um die Endwerkzeugposition zu bestimmen. Es ist zu verstehen, dass solche Operationen ermöglichen, dass das System initiale/schnelle/grobe Bewegung der Endwerkzeugposition während des ersten Abschnitts der Bewegungszeit ausführt und genauere endgültige/langsamere/feine Bewegung der Endwerkzeugposition während des zweiten Abschnitts der Bewegungszeit ausführt.
Es ist zu verstehen, dass, obwohl der Elementname „XY-Skala“ in dieser Offenbarung in Bezug auf die Elemente 170, 170A, 170B, 870 und dergleichen verwendet worden ist, dieser Elementname nur beispielhaft und nicht einschränkend ist. Es wird darauf als eine „XY-Skala“ in Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem und seine Beschreibung, dass es eine nominell ebenes Substrat umfasst (das z. B. nominell senkrecht zu einer Skalenbildaufnahmeachsenrichtung angeordnet ist, die in speziellen Implementierungen parallel zu einer z-Achse sein kann), Bezug genommen. Allgemeiner sollte der Elementname XY-Skala jedoch so verstanden werden, dass er sich auf irgendeine Referenzskala bezieht, die mehrere Merkmale oder Markierungen umfasst, die bekannten zweidimensionalen Koordinaten auf dieser Referenzskala (z. B. genauen und/oder genau kalibrierten Orten in zwei Dimensionen) entsprechen, vorausgesetzt, dass die Skala wie hier offenbart funktionieren kann. Beispielsweise können solche Skalenmerkmale so ausgedrückt oder markiert sein, dass sie in einem kartesischen Koordinatensystem auf dieser Referenzskala oder in einem Polarkoordinatensystem oder irgendeinem anderen geeigneten Koordinatensystem sind. Darüber hinaus können solche Merkmale Merkmale umfassen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig über einen betriebsfähigen Skalenbereich verteilt sind, und können unterteilte oder nicht unterteilte Skalenmarkierungen umfassen, vorausgesetzt, dass solche Merkmale bekannten zweidimensionalen Koordinaten auf der Skala entsprechen und wie hier offenbart funktionieren können.
Es ist zu verstehen, dass, obwohl die Robotersysteme und entsprechenden beweglichen Armkonfigurationen, die hier offenbart und dargestellt sind, allgemein gezeigt und mit Bezug auf eine spezielle Anzahl von Armabschnitten (z. B. 3 Armabschnitte, 5 Armabschnitte usw.) beschrieben sind, solche Systeme nicht so eingeschränkt sind. In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem, unter der Voraussetzung, dass es Armabschnitte wie die hier beschriebenen und/oder beanspruchten enthält, weniger oder mehr Armabschnitte enthalten, falls gewünscht.
Es ist zu verstehen, dass die XY-Skala oder Referenzskala und eine Kamera, die verwendet wird, um die Skala aufzunehmen, eine Drehung relativ zueinander durchlaufen können, abhängig von der Bewegung und/oder Position des Robotersystems. Es ist zu verstehen, dass Verfahren aus dem Stand der Technik (wie sie z. B. in den aufgenommenen Referenzen offenbart sind) verwendet werden können, um irgendeine solche relative Drehung genau zu bestimmen und/oder irgendwelche erforderlichen Koordinatentransformationen auszuführen und/oder die relative Position der Kamera und der Skala gemäß hier offenbarten Prinzipien zu analysieren, trotz solcher relativer Drehungen. Es ist zu versehen, dass die Messtechnikpositionskoordinaten, auf die hier Bezug genommen ist, in verschiedenen Implementierungen irgendwelche solchen Drehungen berücksichtigen können. Darüber hinaus ist zu verstehen, dass in einigen Implementierungen die Messtechnikpositionskoordinaten, auf die hier Bezug genommen ist, eine Menge von Koordinaten umfassen können, die eine präzise Bestimmung und/oder Angabe irgendeiner solchen relativen Drehung enthalten, falls gewünscht.
Obwohl bevorzugte Implementierungen der vorliegenden Offenbarung dargestellt und beschrieben worden sind, werden basierend auf dieser Offenbarung zahlreiche Variationen der dargestellten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Abfolgen von Operationen für einen Fachmann offensichtlich. Verschiedene alternative Formen können verwendet werden, um die hier offenbarten Prinzipien zu implementieren. Zusätzlich können die verschiedenen vorstehend beschriebenen Implementierungen kombiniert werden, um weitere Implementierungen zu schaffen. Alle U.S.-Patente und U.S.-Patentanmeldungen, auf die in dieser Spezifikation Bezug genommen sind, sind hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen. Aspekte der Implementierungen können modifiziert werden, falls es notwendig ist, um Konzepte der verschiedenen Patente und Anmeldungen einzusetzen, um noch weitere Implementierungen zu schaffen.
Diese und andere Änderungen können an den Implementierungen angesichts der vorstehenden genauen Beschreibung vorgenommen werden. Allgemein sollten in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht so gedeutet werden, dass sie die Ansprüche auf die in der Spezifikation und den Ansprüchen offenbarten spezifischen Implementierungen beschränken, sondern sollten so gedeutet werden, dass sie alle möglichen Implementierungen zusammen mit dem vollständigen Umfang von Äquivalenten, für den solche Ansprüche berechtigt sind, enthalten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16104033 [0001]
US 4725965 [0004]
US 6781694 [0036, 0108]
US 6937349 [0036, 0108]
US 5798947 [0036, 0108]
US 6222940 [0036, 0108]
US 6640008 [0036, 0108]

Claims

Robotersystem, das Folgendes umfasst: einen Roboter, der umfasst: eine bewegliche Armkonfiguration, wobei die bewegliche Armkonfiguration eine Endwerkzeugmontagekonfiguration umfasst, die sich nahe einem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration befindet, und wobei der Roboter konfiguriert ist, die bewegliche Armkonfiguration zu bewegen, um wenigstens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugmontagekonfiguration montiert ist, entlang wenigstens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen; und ein Bewegungssteuerungssystem, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der Position der beweglichen Armkonfiguration unter Verwendung wenigstens eines Positionssensors, der in dem Roboter enthalten ist, zu steuern; und wobei: das Robotersystem ferner ein Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten enthält, das Folgendes umfasst: eine erste Bildaufnahmekonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration eine optische Achse aufweist; eine XY-Skala, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei sich die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale an entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden; einen Bildtriggerabschnitt, der konfiguriert ist, wenigstens ein Eingabesignal, das zu der Endwerkzeugposition gehört, einzugeben und die Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das erste Bildaufnahmetriggersignal zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration auszugeben, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration konfiguriert ist, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen, und einen Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt, der konfiguriert ist, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren, und wobei: das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten mit einer beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration, die mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt ist, und der anderen, die so konfiguriert ist, dass sie mit einem stationären Element nahe dem Roboter gekoppelt ist, konfiguriert ist, wobei die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration eine erste Referenzposition definiert; eine Skalenebene so definiert ist, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat der XY-Skala zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene als eine Skalenbildaufnahmeachsenrichtung definiert ist, und das Robotersystem so betrieben werden kann, dass es wenigstens nominell eine Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten bereitstellt, wobei in der Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens eine aus der XY-Skala und der ersten Bildaufnahmekonfiguration so angeordnet ist, dass die optische Achse der ersten Bildaufnahmekonfiguration parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung befindet; das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert ist, dass dann, wenn die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die bewegliche Armkonfiguration so positioniert ist, dass die XY-Skala in einem Gesichtsfeld der ersten Bildaufnahmekonfiguration ist, der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt betrieben werden kann, um die Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, angeben, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen; und die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition zu der Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, angeben.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit einem mittleren Unterabschnitt der beweglichen Armkonfiguration über einen entfernten Unterabschnitt gekoppelt ist, der wenigstens ein drehendes Element des ersten entfernten Unterabschnitts, das sich um eine Drehachse des ersten entfernten Unterabschnitts dreht, die nominell parallel zu der Skalenebene ist, falls die XY-Skala die bewegliche ist, und nominell orthogonal zu der optischen Achse ist, falls die erste Bildaufnahmekonfiguration die bewegliche ist.
Robotersystem nach Anspruch 2, wobei der mittlere Unterabschnitt wenigstens ein drehendes Element des ersten mittleren Unterabschnitts, das sich um eine Drehachse dreht, die nominell parallel zu der Drehachse des ersten entfernten Unterabschnitts ist, umfasst.
Robotersystem nach Anspruch 2, wobei der entfernte Unterabschnitt, der die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit dem mittleren Unterabschnitt koppelt, keinen entfernten Unterabschnitt der Drehachse, der nominell orthogonal zu der Skalenebene ist, falls die XY-Skala die bewegliche ist, und keinen entfernten Unterabschnitt der Drehachse, der nominell parallel zu der optischen Achse ist, falls die erste Bildaufnahmekonfiguration die bewegliche ist, enthält.
Robotersystem nach Anspruch 2, wobei der entfernte Unterabschnitt eine Halterung umfasst, die die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit dem ersten drehenden Element des entfernten Unterabschnitts koppelt.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei der Roboter konfiguriert ist, die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration in einer Ebene parallel zu der Skalenebene zu bewegen, während das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten in der Betriebskonfiguration ist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei dann, wenn das Endwerkzeug eine Berührungssonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die ein Berührungssignal ausgibt, wenn sie das Werkstück berührt, der Bildtriggerabschnitt konfiguriert ist, dieses Berührungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als sein wenigstens eines Eingabesignal einzugeben.
Robotersystem nach Anspruch 7, wobei das Endwerkzeug so konfiguriert ist, dass eine Mittelachse der Berührungssonde nominell parallel zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, wenigstens während das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten in der Betriebskonfiguration ist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei dann, wenn Endwerkzeug eine Abtastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die die entsprechende Werkstückmessabtastdaten, die einem entsprechenden Abtastzeitsignal entsprechen, bereitstellt, der Bildtriggerabschnitt konfiguriert ist, dieses entsprechende Abtastzeitsignal oder ein davon abgeleitetes Signal als sein wenigstens eines Eingabesignal einzugeben.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei dann, wenn das Endwerkzeug eine Kamera ist, die verwendet wird, um ein entsprechendes Werkstückmessbild, das einem entsprechenden Werkstückbilderfassungssignal entspricht, bereitzustellen, der Bildtriggerabschnitt konfiguriert ist, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein davon abgeleitetes Signal als sein wenigstens eines Eingabesignal einzugeben.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten konfiguriert ist, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition zur Zeit der Bilderfassung basierend auf den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration angeben, und einem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition und der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration zu bestimmen.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die XY-Skala mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt ist und die erste Bildaufnahmekonfiguration mit dem stationären Element gekoppelt ist.
Robotersystem nach Anspruch 12, wobei das stationäre Element einen Rahmen, der oberhalb wenigstens eines Abschnitts des Endwerkzeugarbeitsvolumens angeordnet ist, umfasst und die erste Bildaufnahmekonfiguration an dem Rahmen oberhalb eines Abschnitts des Endwerkzeugarbeitsvolumens befestigt ist.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei: die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale der XY-Skala eine Menge abbildungsfähiger Merkmale, die eindeutig identifizierbare Strukturen aufweisen, umfassen, wobei diese Menge abbildungsfähiger Merkmale auf dem Substrat verteilt sind, so das sie um weniger als einen Abstand, der einem Abstand über ein Gesichtsfelds der ersten Bildaufnahmekonfiguration entspricht, voneinander beabstandet sind; und der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt konfiguriert ist, wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem erfassten Bild enthalten ist, basierend auf seiner eindeutig identifizierbaren Struktur zu identifizieren.
Robotersystem nach Anspruch 1, wobei der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt konfiguriert ist, wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem erfassten Bild enthalten ist, basierend auf seiner Bildposition in dem erfassten Bild und basierend auf den Roboterpositionsdaten, die aus dem Bewegungssteuerungssystem abgeleitet sind, die der Bilderfassungszeit entsprechen, zu identifizieren.
Robotersystem nach Anspruch 15, wobei die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale der XY-Skala eine Menge ähnlicher abbildungsfähiger Merkmale umfassen, die auf dem Substrat verteilt sind, so dass sie um einen Abstand, der größer ist als ein maximaler Positionsfehler, der innerhalb der Robotergenauigkeit zulässig ist, voneinander beabstandet sind.
Verfahren zum Betreiben eines Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten, das mit einem Roboter benutzt wird, wobei der Roboter umfasst: eine bewegliche Armkonfiguration, wobei die bewegliche Armkonfiguration eine Endwerkzeugmontagekonfiguration, die sich nahe einem entfernten Ende der beweglichen Armkonfiguration befindet, umfasst und der Roboter konfiguriert ist, die bewegliche Armkonfiguration zu bewegen, um wenigstens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugmontagekonfiguration montiert ist, entlang wenigstens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen; und ein Bewegungssteuerungssystem, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition mit einem Genauigkeitsgrad, der als die Robotergenauigkeit definiert ist, basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der Position der beweglichen Armkonfiguration unter Verwendung wenigstens eines Positionssensors, der in dem Roboter enthalten ist, zu steuern; wobei das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten umfasst: eine erste Bildaufnahmekonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration eine optische Achse aufweist; eine XY-Skala Folgendes, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei sich die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale an entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden; einen Bildtriggerabschnitt; und einen Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt, wobei: das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert ist, dass eine bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt ist und die andere so konfiguriert ist, dass sie mit einem stationären Element nahe dem Roboter gekoppelt ist, wobei die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration eine erste Referenzposition definiert; und eine Skalenebene so definiert ist, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat der XY-Skala zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene ist als eine Skalenbildaufnahmeachsenrichtung definiert ist, und das Robotersystem so betrieben werden kann, dass es wenigstens nominell eine Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten bereitstellt, wobei in der Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens eine aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration so angeordnet ist, dass die optische Achse der ersten Bildaufnahmekonfiguration parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung befindet; wobei das Verfahren umfasst: Empfangen in dem Bildtriggerabschnitt wenigstens eines Eingabesignals, das zu der Endwerkzeugposition gehört, und Bestimmen der Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal und Ausgeben des ersten Bildaufnahmetriggersignals zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals erfasst und wobei das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration ist, wenn das digitale Bild erfasst wird; Empfangen in dem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt des erfassten Bilds und Identifizieren wenigstens eines entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals der XY-Skala, das in dem erfassten enthalten ist, und des zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenorts; und Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition angeben, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild, wobei die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition zu der Bilderfassungszeit angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Benutzen der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position angeben, zum Messen eines Merkmals eines Werkstücks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die relative Position eine erste relative Position ist, die einem ersten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht, und wobei das Verfahren ferner umfasst: Empfangen in dem Bildtriggerabschnitt wenigstens eines zweiten Eingabesignals, das zu der Endwerkzeugposition gehört, und Bestimmen der Zeit eines zweiten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen zweiten Eingabesignal und Ausgeben des zweiten Bildaufnahmetriggersignals zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration ein zweites digitales Bild der XY-Skala zu einer zweiten Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Bildaufnahmetriggersignals erfasst, und wobei das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens nominell in der Betriebskonfiguration ist, wenn das zweite digitale Bild erfasst wird; Empfangen in dem Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt des zweiten erfassten Bilds und Identifizieren wenigstens eines zweiten entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals der XY-Skala, das in dem zweiten erfassten Bild enthalten ist, und eines zugehörigen entsprechenden zweiten bekannten XY-Skalenkoordinatenorts; Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine zweite relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition angeben, basierend auf dem Bestimmen einer zweiten Bildposition des identifizierten wenigstens einen zweiten entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem zweiten erfassten Bild, wobei die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten für die Endwerkzeugposition zu der zweiten Bilderfassungszeit angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, und wobei die zweite relative Position von der ersten relativen Position verschieden ist und einem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück, der von dem ersten Oberflächenort verschieden ist, entspricht; und Benutzen der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die erste und die zweite relative Position angeben, zum Bestimmen einer Abmessung des Werkstücks, die einem Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht.
Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten zum Gebrauch mit einem Roboter, wobei das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten umfasst: eine erste Bildaufnahmekonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration eine optische Achse aufweist; eine XY-Skala, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere entsprechende abbildungsfähige Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei sich die entsprechenden abbildungsfähigen Merkmale an entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden; einen Bildtriggerabschnitt, der konfiguriert ist, wenigstens ein Eingabesignal, das zu einer Endwerkzeugposition eines Roboters gehört, einzugeben und die Zeit eines ersten Bildaufnahmetriggersignals basierend auf dem wenigstens einen Eingabesignal zu bestimmen und das erste Bildaufnahmetriggersignal zu der ersten Bildaufnahmekonfiguration auszugeben, wobei der Roboter eine bewegliche Armkonfiguration mit einer Endwerkzeugmontagekonfiguration und ein Bewegungssteuerungssystem enthält, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition eines Endwerkzeugs mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, basierend wenigstens teilweise auf dem Erfassen und Steuern der Position der beweglichen Armkonfiguration unter Verwendung wenigstens eines Positionssensors, der in dem Roboter enthalten ist, zu steuern, wobei die erste Bildaufnahmekonfiguration konfiguriert ist, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildaufnahmetriggersignals zu erfassen; und einen Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt, der konfiguriert ist, das erfasste Bild einzugeben und wenigstens ein entsprechendes abbildungsfähiges Merkmal der XY-Skala, das in dem erfassten Bild enthalten ist, und den zugehörigen entsprechenden bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren, wobei: das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert ist, dass eine bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt ist, und dass die andere so konfiguriert ist, dass sie mit einem stationären Element nahe dem Roboter gekoppelt ist, wobei die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration eine erste Referenzposition definiert; eine Skalenebene so definiert ist, dass sie nominell mit dem ebenen Substrat der XY-Skala zusammenfällt, und eine Richtung normal zu der Skalenebene als eine Skalenbildaufnahmeachsenrichtung definiert ist, und in einer Betriebskonfiguration des Bestimmungssystems für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten wenigstens eine aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration so angeordnet ist, dass die optische Achse der ersten Bildaufnahmekonfiguration parallel zu der Richtung der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist und dass sich die Skalenebene innerhalb des Fokusbereichs der ersten Bildaufnahmekonfiguration entlang der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung befindet; das Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten so konfiguriert ist, dass dann, wenn die bewegliche aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und die stationäre aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die bewegliche Armkonfiguration mit der XY-Skala in einem Gesichtsfeld der ersten Bildaufnahmekonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinatenverarbeitungsabschnitt betrieben werden kann, um die Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen aus der XY-Skala oder der ersten Bildaufnahmekonfiguration und der ersten Referenzposition mit einem höheren Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, angeben, basierend auf dem Bestimmen einer Bildposition des identifizierten wenigstens einen entsprechenden abbildungsfähigen Merkmals in dem erfassten Bild zu bestimmen; und die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition zu der Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, wenigstens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die querverlaufend und/oder senkrecht zu der Skalenbildaufnahmeachsenrichtung ist, angeben.
Bestimmungssystem für zusätzliche Messtechnikpositionskoordinaten nach Anspruch 20, wobei die XY-Skala mit der beweglichen Armkonfiguration gekoppelt ist und die erste Bildaufnahmekonfiguration mit dem stationären Element gekoppelt ist.