GEBIET DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft die Roboter-Materialbearbeitung und insbesondere eine Doppellaser-Kamerabaugruppe für ein Roboter-Bearbeitungswerkzeug wie etwa einen Schweißbrenner oder eine Dichtungsmittelaustragsvorrichtung.The present invention relates to robotic machining and, more particularly, to a dual laser camera assembly for a robotic machining tool such as a welding torch or sealant dispenser.
TECHNISCHER HINTERGRUNDTECHNICAL BACKGROUND
Um eine Echtzeitüberwachung beim Roboterschweißen durchzuführen, ist es äußerst nutzbringend und manchmal sogar erforderlich, Inline- bzw. Reihen-Schweißnahtmessungen durchzuführen, um Echtzeitdaten über Schweißnahtort- und -geometrie zu erhalten. Diese Daten werden dann verwendet, um den Ort und die Abmessung der Schweißraupe relativ zu dem Ort des Stoßes oder der Naht zu errechnen und die Schweißraupe zur präzisen Schweißüberwachung und Detektion möglicher Defekte zu bewerten. Derzeit werden an einem Roboterarm, der mit einem Schweißbrenner ausgerüstet ist, wie beispielsweise in der Internationalen Patentanmeldung WO 2017 137 550 A1 (Schwarz et al.) und in dem US-Patent mit dem Aktenzeichen US 10 166 630 B2 (Schwarz) gezeigt, zwei getrennte Standardlaserkameras montiert. Eine Kamera wird zu Naht-Nachverfolgungszwecken verwendet, und die andere wird zur Überwachung der Schweißraupe verwendet. Die Naht-Nachverfolgung bedeutet, dass die „Solllinie“ gemessen bzw. ermittelt wird, entlang der nachfolgend die Roboter-Materialbearbeitung auf dem Werkstück erfolgen wird. Die Überwachung der Schweißraupe bedeutet, dass nachfolgend zu der Materialbearbeitung des Werkstücks die Schweißraupe hinsichtlich spezifischer Eigenschaften vermessen wird, um eine Aussage über die Qualität der Materialbearbeitung machen zu können. Eine solche bekannte Anordnung von Kameras besitzt viele Nachteile. Beispielsweise ist deren Montage aufgrund von Raum- und Verarbeitungsbeschränkungen um den Schweißbrenner herum problematisch. Ebenfalls ist es schwierig, diese in Bezug auf den Schweißbrenner zum Schweißen sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung symmetrisch zu positionieren. Eine zu den genannten Überwachungszwecken verwendete Standardkamera muss sich in einem bestimmten Abstand zum Schweißbrenner befinden, beispielsweise 50-60 mm, um Zeit für den Kühl- und Erstarrungsprozess zu geben. Im Ergebnis kann die Anordnung 310 mm oder mehr Raum um den Schweißbrenner herum benötigen. Ferner benötigen zwei getrennte Kameras Steuerplatinen, Stromkabel und Luftzufuhrleitungen zum Kühlen und Schützen der Kameradüse jeweils in doppelter Ausführung. Wenn diese Kameras getrennt sind, muss jede Kamera eine absolute Kalibrierung im Raum haben sowie und ein stetiges Verhalten am Roboterarm über lange Betriebszeiträume haben, was sehr schwierig zu erzielen ist.In order to perform real-time monitoring of robotic welding, it is extremely beneficial, and sometimes even necessary, to perform in-line weld measurements to obtain real-time data on weld location and geometry. This data is then used to calculate the location and dimension of the weld bead relative to the location of the joint or seam and to evaluate the weld bead for precise weld monitoring and detection of possible defects. Currently, on a robot arm equipped with a welding torch, as for example in the international patent application WO 2017 137 550 A1 (Schwarz et al.) And in U.S. patent number US 10 166 630 B2 (Black) shown, two separate standard laser cameras mounted. One camera is used for seam tracking purposes and the other is used to monitor the weld bead. Seam tracking means that the “target line” is measured or determined along which the robot material processing will subsequently take place on the workpiece. The monitoring of the welding bead means that the welding bead is measured with regard to specific properties after the material processing of the workpiece in order to be able to make a statement about the quality of the material processing. Such a known arrangement of cameras has many disadvantages. For example, their assembly is problematic due to space and processing restrictions around the welding torch. It is also difficult to position them symmetrically with respect to the welding torch for welding in both the forward and reverse directions. A standard camera used for the mentioned monitoring purposes must be at a certain distance from the welding torch, for example 50-60 mm, in order to allow time for the cooling and solidification process. As a result, the assembly may require 310 mm or more of space around the welding torch. In addition, two separate cameras require control boards, power cables and air supply lines for cooling and protecting the camera nozzle, each in duplicate. When these cameras are separated, each camera must have an absolute calibration in space and have a steady behavior on the robot arm over long periods of operation, which is very difficult to achieve.
Aus dem Stand der Technik bekannt ist die DE 10 2014 104 031 A1 (Höfts et al.), welche eine Prozessnachverfolgungs- und Überwachungsvorrichtung für einen Roboter offenbart. Die Vorrichtung weist einen motorbetriebenen Rundkörper auf, der eine mittige Öffnung zur Aufnahme eines Arms des Roboters definiert. Der Körper hat eine obere feste Struktur und eine untere bewegbare Struktur. Zwei Kameras und zwei Lichtprojektionseinrichtungen ragen aus der unteren bewegbaren Struktur heraus. Ein Motor, der in dem Körper montiert ist, ermöglicht die Drehung der bewegbaren Struktur und das Umlaufen der Kameras und Lichterzeugungseinrichtungen um den Arm des Roboters zu Nachverfolgungs- und Überwachungszwecken. Der Körperaufbau mit festen und bewegbaren Strukturen verkompliziert die Baugruppe, und die nach außen versetzte Positionierung der Lichterzeugungseinrichtungen und Kameras verlangsamt die Nachverfolgung und Überwachung der Vorrichtung. Es ist außerdem fraglich, ob die Konstruktion in rauen Umgebungen, wie etwa Roboterschweißen verwendet werden könnte, wo Schweißspritzer und Rauch von einem verarbeiteten Werkstück ausgehen.Is known from the prior art DE 10 2014 104 031 A1 (Höfts et al.), Which discloses a process tracking and monitoring device for a robot. The device has a motor-driven round body which defines a central opening for receiving an arm of the robot. The body has an upper fixed structure and a lower movable structure. Two cameras and two light projection devices protrude from the lower movable structure. A motor mounted in the body allows the movable structure to rotate and the cameras and light generating devices to revolve around the arm of the robot for tracking and monitoring purposes. The body structure with fixed and movable structures complicates the assembly, and the outward positioning of the light generating devices and cameras slows down the tracking and monitoring of the device. It is also questionable whether the design could be used in harsh environments such as robotic welding where weld spatter and smoke emanate from a processed workpiece.
Aus dem Stand der Technik bekannt ist ferner die US 6,541,757 B2 (Bieman et al.), die eine Detektionsbaugruppe zum Detektieren von auf ein Werkstück aufgetragenem Material offenbart. Ein Ring aus Sensoren ist um das Rundgehäuse der Detektionsbaugruppe bereitgestellt. Wie auch bereits in der DE 10 2014 104 031 A1 beschrieben, definiert das Gehäuse eine mittige Öffnung, durch die sich ein Prozesswerkzeug erstreckt, so dass die Sensoren und Lichtquellen, die zur Beleuchtung des Werkstücks und des aufgetragenen Materials dienen, das Prozesswerkzeug umgeben. Auch hier ist es ebenfalls fragwürdig, ob die Bauweise in rauen Umgebungen, wie etwa Roboterschweißen, angewendet werden könnte.Also known from the prior art is the US 6,541,757 B2 (Bieman et al.), Which discloses a detection assembly for detecting material applied to a workpiece. A ring of sensors is provided around the circular housing of the detection assembly. As in the DE 10 2014 104 031 A1 described, the housing defines a central opening through which a process tool extends so that the sensors and light sources used to illuminate the workpiece and the applied material surround the process tool. Here, too, it is also questionable whether the construction could be used in harsh environments, such as robotic welding.
KURZ-DARSTELLUNGSHORT REPRESENTATION
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Doppellaser-Kamerabaugruppe für ein Roboter-Bearbeitungswerkzeug anzugeben, die kompakt, robust und vielseitig ist und die zur Nahtvermessung und Nachverfolgung sowie zur Schweißraupenvermessung sowie Schweißraupenüberwachung sowohl in Vorwärts- als auch Rückwärtsrichtung geeignet ist. Die Doppellaser-Kamerabaugruppe soll auch für andere Robotik-Prozesse verwendet werden können, bei denen Messungen, Nachverfolgung und Überwachung erforderlich sein können. Die Vorwärts- und Rückwärtsrichtung bezieht sich dabei auf die Bewegungsrichtung des „Bearbeitungskopfes“ des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs relativ zum Werkstück während des Betriebs des Roboter-Bearbe itungswerkzeugs.One object of the invention is to provide a dual laser camera assembly for a robot machining tool that is compact, robust and versatile and that is suitable for seam measurement and tracking as well as for welding bead measurement and welding bead monitoring both in the forward and backward directions. The dual laser camera assembly is also intended to be used for other robotic processes that may require measurement, tracking, and monitoring. The forward and backward direction refers to the direction of movement of the “machining head” of the robot machining tool relative to the workpiece during the operation of the robot machining tool.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe für ein Roboter-Bearbeitungswerkzeug bereitgestellt, welche aufweist:
- ein Gehäuse mit einer Vorderwand, die eine nach oben gerichtete Öffnung aufweist, in die ein Teil des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs seitlich einschiebbar ist;
- einen Montageträger zur Anbringung des Gehäuses in Bezug auf das Roboter-Bearbeitungswerkzeug in einer Arbeitsposition, in der sich der Teil des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs in der nach oben gerichteten Öffnung erstreckt, wobei weiterhin ein Zentrierpunkt des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs (beispielsweise der Punkt, an dem die Materialbearbeitung des Werkstücks durch das Roboter-Bearbeitungswerkzeug erfolgt) unterhalb das Gehäuses vorsteht;
- erste und zweite Laserentfernungsmesser, die in dem Gehäuse wie folgt montiert sind:
- > jeweils an gegenüberliegenden Seiten der nach oben gerichteten Öffnung sowie
- > in einer symmetrischen Reihen- bzw. Inline-Anordnung bezüglich
- > des Zentrierpunkts des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs und
- > der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung;
wobei die Laserentfernungsmesser jeweils aufweisen: - > Laserprojektoren zum Projizieren von Laserstrahlen zu Punkten derart, dass diese Punkte in der der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung liegen mit gleichen, jedoch entgegengerichteten Abständen zum Zentrierpunkt des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs wobei einer der Punkte in der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung vorausliegt und ein anderer Punkt in der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung zurückliegt, sowie
- > entsprechende Bildgebungseinrichtungen mit Sichtfeldern, die die vorausliegenden bzw. zurückliegenden Punkte umfassen, in deren Richtung die Laserstrahlen projiziert werden, und
- einen OnBoard-Controller, der in dem Gehäuse montiert und mit den Laserentfernungsmessern verbunden ist, wobei der OnBoard-Controller eingerichtet ist,
- > Steuer- oder Regelungssignale des Roboters zu empfangen und/oder an den Roboter zu senden,
- > die Laserprojektoren zu betreiben und
- > Bildsignale, die von den Bildgebungseinrichtungen erzeugt werden, derart zu verarbeiten, dass Signale der Position und Geometrie sowohl der Schweißnaht als auch der Schweißraupe erzeugt werden
- ➢ in einem Roboterreferenzbild
- > bezogen auf die Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung.
In accordance with one aspect of the present invention, there is provided a dual laser camera unit assembly for a robotic machining tool comprising: - a housing having a front wall which has an upwardly directed opening into which a part of the robotic machining tool can be inserted laterally;
- a mounting bracket for attaching the housing with respect to the robot machining tool in a working position in which the part of the robot machining tool extends in the upwardly directed opening, furthermore a center point of the robot machining tool (for example the point at which the Material processing of the workpiece is carried out by the robot processing tool) protrudes below the housing;
- first and second laser range finders mounted in the housing as follows:
- > on opposite sides of the opening facing upwards and
- > in a symmetrical row or inline arrangement with respect to
- > the centering point of the robot machining tool and
- > the direction of movement of the robot machining tool relative to the workpiece to be machined while the material machining is being carried out;
the laser range finders each having: - > Laser projectors for projecting laser beams to points in such a way that these points lie in the direction of movement of the robot processing tool relative to the workpiece to be processed while the material processing is being carried out at the same, but opposite, distances from the centering point of the robot processing tool, with one of the points in the direction of movement of the robot machining tool relative to the workpiece to be machined is ahead while the material machining is being carried out and another point in the direction of movement of the robot machining tool is behind the workpiece to be machined while the material machining is being carried out, and
- > corresponding imaging devices with fields of view that include the points ahead or behind, in the direction of which the laser beams are projected, and
- an onboard controller mounted in the housing and connected to the laser range finders, the onboard controller being set up,
- > Receive control or regulation signals from the robot and / or send them to the robot,
- > operate the laser projectors and
- > Process image signals that are generated by the imaging devices in such a way that signals of the position and geometry of both the weld seam and the weld bead are generated
- ➢ in a robot reference image
- > based on the direction of movement of the robot machining tool relative to the workpiece to be machined while the material is being machined.
FigurenlisteFigure list
Nachstehend erfolgt eine ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, die zeigen:
- 1 eine schematische, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Doppellaser -Kam era-E inheitsbaugruppe,
- 2 eine schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Doppellaser -Kam era-E inheitsbaugruppe,
- 3 eine weitere schematische, perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe,
- 4 eine weitere schematische Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe, bei der innenliegende Elektronik und optische Teile ausführlicher gezeigt sind,
- 5 eine weitere Querschnittsansicht einer Variante einer erfindungsgemäßen Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe ist.
- 6 eine schematische Darstellung eines Robotik-Systems unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe,
- 7 ein schematisches Blockdiagramm eines OnBoard-Controllers und von Bauteilen einer erfindungsgemäßen Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe.
Below is a detailed description of preferred embodiments with reference to the drawings, which show: - 1 a schematic, perspective view of a double laser camera era unit assembly according to the invention,
- 2 a schematic cross-sectional view of a double laser camera era unit assembly according to the invention,
- 3 a further schematic, perspective view of a double laser camera unit assembly according to the invention,
- 4th a further schematic cross-sectional view of a dual laser camera unit assembly according to the invention, in which internal electronics and optical parts are shown in more detail,
- 5 Figure 3 is another cross-sectional view of a variant of a dual laser camera unit assembly according to the invention.
- 6th a schematic representation of a robotic system using a double laser camera unit assembly according to the invention,
- 7th a schematic block diagram of an on-board controller and of components of a dual laser camera unit assembly according to the invention.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
Wenn in Verbindung mit dieser Offenbarung verwendet, stellt der Ausdruck „Einheitsbaugruppe“ eine Baugruppe dar, die aus einem einzelnen Stück oder einem vereinigten Stück aus einer Anzahl von Stücken gefertigt ist, die in einem Verbund zusammensetzt werden, so dass sie als Ganzes einheitlich zusammenwirken. When used in connection with this disclosure, the term “unitary assembly” represents an assembly that is made from a single piece or a united piece of a number of pieces that are put together in a composite so that they operate uniformly as a whole.
Bezugnehmend auf 1 ist eine erfindungsgemäße Doppellaserkameraeinheitsbaugruppe 2 gezeigt, die in Bezug zu einem Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 als GMAW (Gasmetallbogen-) Schweißbrenner montiert ist, der zur Bearbeitung des Werkstücks 6 verwendet wird. Die Baugruppe 2 weist ein Gehäuse 8 mit einer Vorderwand auf, die eine nach oben gerichtete Öffnung 10 bzw. einen U-förmigen Kanal 10 aufweist, in die ein Teil 12 des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 seitlich einschiebbar ist. Die nach oben gerichtete Öffnung 10 kann in Form eines U-förmigen Kanals vorliegen, der sich zwischen oberen und unteren Wänden 61, 63 (wie in 2 gezeigt) des Gehäuses 8 erstreckt. Ein Montageträger 14 ist zur Anbringung des Gehäuses 8 in Bezug zu dem Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 in der Arbeitsposition vorgesehen, in der sich der Teil 12 des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 in der nach oben gerichteten Öffnung 10 erstreckt und in der ein Zentrierpunkt (TCP, „Tool Center Point“) 32 (oder eine Spitze) des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 unter dem Gehäuse 8 vorsteht, wie in dem dargestellten Fall.Referring to 1 is a dual laser camera unit assembly according to the invention 2 shown in relation to a robotic machining tool 4th is mounted as a GMAW (gas metal arc) welding torch for machining the workpiece 6th is used. The assembly 2 has a housing 8th with a front wall that has an upward opening 10 or a U-shaped channel 10 has into which a part 12 of the robot machining tool 4th can be pushed in from the side. The opening facing up 10 may be in the form of a U-shaped channel extending between upper and lower walls 61 , 63 (as in 2 shown) of the housing 8th extends. A mounting bracket 14th is for attaching the housing 8th in relation to the robot machining tool 4th provided in the working position in which the part 12 of the robot machining tool 4th in the opening facing upwards 10 extends and in which a centering point (TCP, "Tool Center Point") 32 (or a tip) of the robotic machining tool 4th under the case 8th protrudes, as in the case shown.
Unter Bezugnahme auf 2 sind erste und zweite Laserentfernungsmesser 16 bzw. 18 in dem Gehäuse 8 an unterschiedlichen Seiten der nach oben gerichteten Öffnung 10 in einer symmetrischen Reihenanordnung montiert bezogen auf den Zentrierpunkt 32 und auf die Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück 6 während der Durchführung der Materialbearbeitung . Diese Bewegungsrichtung entspricht der X-Achse in der Darstellung der 1. Die Laserentfernungsmesser 16, 18 weisen jeweils Laserprojektoren 20, 22 auf zum Projizieren von Laserstrahlen 24, 26 relativ zur Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung derart auf Punkte 28, 30, die gleiche, jedoch zum Zentrierpunkt 32 des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung zur Bewegungsrichtung entgegengesetzte Abstände aufweisen. Von diesen beiden Punkten 28, 30 liegt somit einer zur Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung voraus und der andere zurück. Die Laserentfernungsmesser 16, 18 weisen weiterhin entsprechende Bildgebungseinrichtungen 34, 36 auf, die Sichtfelder 38, 40 haben derart, dass die der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung vorausliegenden bzw. zurückliegenden Punkte 28, 30, auf die die Laserstrahlen 24, 26 projiziert werden, in diesen Sichtfeldern 38, 40 liegen. Die Laserstrahlen 24, 26 werden bevorzugt in einer Vertikalebene der Baugruppe 2 projiziert und die Sichtfelder 38, 40 werden von Orten ausgehend projiziert, die in der Nähe des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 liegen. Dies dient der besseren Kompaktheit der Baugruppe 2. Der Abstand zum Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 kann beispielsweise 148 mm betragen in der Richtung der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs (4) relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung.With reference to 2 are first and second laser rangefinders 16 or. 18th in the case 8th on different sides of the upward opening 10 Mounted in a symmetrical row arrangement in relation to the centering point 32 and the direction of movement of the robot machining tool 4th relative to the workpiece to be machined 6th while the material is being processed. This direction of movement corresponds to the X-axis in the illustration of 1 . The laser rangefinder 16 , 18th each have laser projectors 20th , 22nd to project laser beams 24 , 26th relative to the direction of movement of the robot machining tool 4th relative to the workpiece to be processed during the implementation of the material processing in such a way on points 28 , 30th , the same, but to the center point 32 of the robot machining tool 4th have opposite distances to the direction of movement in the forward and backward directions. From these two points 28 , 30th thus one lies to the direction of movement of the robot machining tool 4th relative to the workpiece to be processed while the material processing is being carried out, and the other is back. The laser rangefinder 16 , 18th continue to have appropriate imaging facilities 34 , 36 on, the fields of view 38 , 40 have such that that of the direction of movement of the robot machining tool 4th Points lying ahead or behind relative to the workpiece to be processed while the material processing is being carried out 28 , 30th on which the laser beams 24 , 26th are projected in these fields of view 38 , 40 lie. The laser beams 24 , 26th are preferred in a vertical plane of the assembly 2 projected and the fields of view 38 , 40 are projected from locations that are close to the robot machining tool 4th lie. This improves the compactness of the assembly 2 . The distance to the robot machining tool 4th can be, for example, 148 mm in the direction of movement of the robot machining tool ( 4th ) relative to the workpiece to be machined while the material is being processed.
In dem Gehäuse 8 ist ein Controller 42 montiert und mit den Laserentfernungsmessern 16, 18 verbunden. Der Controller 42 ist eingerichtet, Steuer- bzw. Regelungssignale des Roboters beispielsweise durch einen kabelgebundenen Anschluss 44 zu empfangen oder auch an diesen zu senden. Der kabelgebundene Anschluss 44 befindet sich in einer Wand des Gehäuses 8 und ist mit dem Controller 42 verbunden. Weiterhin ist der Controller 42 eingerichtet, die Laserprojektoren 20, 22 zu betreiben sowie Bildsignale, die von den Bildgebungseinrichtungen 34, 36 erzeugt werden, derart zu verarbeiten, dass Signale erzeugt werden, die die Position und / oder Geometrie der Schweißnaht und / oder der Schweißraupe in einem Roboterreferenzbild repräsentieren, bezogen auf die Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung . Im Ergebnis können die Geometrien von Schweißnaht 62 und Schweißraupe 58 in den Punkten errechnet werden, in denen die Materialbearbeitung des Werkstücks 6 durch das Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 erfolgt ist.In the case 8th is a controller 42 mounted and with the laser rangefinder 16 , 18th connected. The controller 42 is set up to control or regulate signals from the robot, for example through a wired connection 44 to receive or also to send to this. The wired connection 44 is located in one wall of the housing 8th and is with the controller 42 connected. Furthermore is the controller 42 set up the laser projectors 20th , 22nd operate as well as image signals generated by the imaging equipment 34 , 36 are generated, to be processed in such a way that signals are generated which represent the position and / or geometry of the weld seam and / or the weld bead in a robot reference image, based on the direction of movement of the robot machining tool 4th relative to the workpiece to be machined while the material is being processed. As a result, the geometries of the weld seam 62 and weld bead 58 are calculated in the points in which the material processing of the workpiece 6th through the robot machining tool 4th is done.
Der Laserstrahl 24, der zu dem Punkt 28 projiziert wird, der der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung vorausliegt, ist ein Schweißnaht-Vermessungslaserstrahl, und der Laserstrahl 26, der der gegenüber der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung zurückliegt, ist ein Schweißraupenvermessungslaserstrahl. Der Schweißnaht-Vermessungslaserstrahl 24 kann zu Schweißnaht-Inspektions- und/oder Schweißnaht-Nachverfolgungszwecken verwendet werden, wohingegen der Schweißraupenvermessungslaserstrahl 26 zu Schweißraupeninspektionszwecken verwendet werden kann. In einer Ausführungsform besitzt der Controller 42 eine gleiche voreingestellte Kalibrierung für beide Laserentfernungsmesser 16, 18. Die Bildsignale werden von dem Controller 42 in Abhängigkeit bzw. als Funktion der voreingestellten Kalibrierung verarbeitet. Im Ergebnis können die Funktionen der Laserentfernungsmesser 16, 18 von dem Controller 42 vertauscht werden, so dass jeder Laserentfernungsmesser 16, 18 sowohl Inline- bzw. Reihen-Nachverfolgung als auch Inspektionsaufgaben durchführen kann, abhängig von der Verlagerungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4.The laser beam 24 that to the point 28 that is the direction of movement of the robot machining tool 4th relative to the workpiece to be processed while the material processing is being carried out is a weld seam surveying laser beam, and the laser beam 26th , the one opposite to the direction of movement of the robot machining tool 4th lags behind relative to the workpiece to be processed while the material processing is being carried out, is a welding bead measurement laser beam. The weld seam measurement laser beam 24 can be used for weld inspection and / or weld tracking purposes, whereas the weld bead measurement laser beam 26th can be used for weld bead inspection purposes. In one embodiment, the controller has 42 the same preset calibration for both laser rangefinders 16 , 18th . The image signals are from the controller 42 processed depending on or as a function of the preset calibration. As a result, the functions of the laser rangefinder can 16 , 18th from the controller 42 be swapped so that each laser rangefinder 16 , 18th can perform both in-line or row tracking and inspection tasks, depending on the direction of movement of the robot machining tool 4th .
In einer Ausführungsform weist jeder Laserprojektor 20, 22 eine Laserquelle 80, 82 auf, die optisch mit einer Linse 64, 70 gekoppelt ist, die sich in der Bodenwand 63 des Gehäuses 8 erstreckt. Jede Bildgebungseinrichtung 34, 36 besitzt einen Bildsensor 84, 86, wie beispielsweise einen CMOS-Sensor, der optisch mit einer Linse 66, 68 gekoppelt ist, die sich in der Bodenwand 63 des Gehäuses 8 durch eine Spiegel- 88, 92 und Linsen- 90, 94 -Anordnung erstreckt, um eine Laserlinie zu erfassen, die auf dem auf das Werkstück 6 projizierten Laserstrahl 24, 26 basiert.In one embodiment, each laser projector has 20th , 22nd a laser source 80 , 82 on that optically with a lens 64 , 70 is coupled, which is in the bottom wall 63 of the housing 8th extends. Any imaging facility 34 , 36 has an image sensor 84 , 86 such as a CMOS sensor that is optical with a lens 66 , 68 is coupled, which is in the bottom wall 63 of the housing 8th through a mirror 88 , 92 and lens 90 , 94 -Arrangement extends to capture a laser line on the on the workpiece 6th projected laser beam 24 , 26th based.
In einer Ausführungsform besitzt die nach oben orientierte Öffnung 10 eine Öffnungsgröße in dem Gehäuse 8 derart, dass sich der Abschnitt 12 des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 zum Zwecke elektrischer Isolierung kontaktlos bzw. berührungslos in der nach oben gerichteten Öffnung 10 erstreckt, wenn das Gehäuse 8 in der Arbeitsposition ist.In one embodiment, the upwardly oriented opening has 10 an opening size in the housing 8th such that the section 12 of the robot machining tool 4th for the purpose of electrical insulation contactless or contactless in the opening facing upwards 10 extends when the housing 8th is in the working position.
Unter Rückbezug auf 1 sind das Gehäuse 8 und der Montageträger 14 bevorzugt aus Aluminium gefertigt. Es können falls gewünscht andere Materialien zum Einsatz kommen, vorausgesetzt, dass diese an die Umgebung und Verwendung der Baugruppe 2 angepasst sind und dass der Montageträger 14 ausreichende Steifigkeit besitzt, um zu verhindern, dass sich das Gehäuse 8 in Bezug auf das Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 bewegt. In einer Ausführungsform besitzt der Montageträger 14 einen verlängerten Arm 16 mit einem oberen Ende, das mit einem Flansch 46 zur Befestigung an einer oberen Kopplungsstruktur 48 des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 versehen ist. Diese Kopplungsstruktur 48 würde normalerweise an einem Handgelenk eines Roboterarms (nicht gezeigt) befestigt werden, beispielsweise mit Bolzen 47 und einem Führungsstift 49. Der verlängerte Arm 16 des Montageträgers 14 weist ein unteres Ende auf, das aus dem Gehäuse 8 hervorsteht. Der verlängerte Arm 16 besitzt eine Form und Größe, die für die Arbeitsposition des Gehäuses 8 bezüglich Modellspezifikationen des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 entscheidend sind. Somit können unterschiedliche Formen und Größen verlängerter Arme vorgesehen sein, um ohne zusätzliche Anpassungen unterschiedliche Roboter-Bearbeitungswerkzeuge 4 aufnehmen zu können. Somit kann jeder verlängerte Arm für ein Roboter-Bearbeitungswerkzeug spezifisch sein und zur exakten Roboterkalibrierung der Doppellaser-Kamera-Einheitsbaugruppe 2 für ein bestimmtes Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 vorkalibriert werden.Referring back to 1 are the housing 8th and the mounting bracket 14th preferably made of aluminum. Other materials can be used if desired, provided that they are adapted to the environment and use of the assembly 2 are adapted and that the mounting bracket 14th Has sufficient rigidity to prevent the housing from moving 8th in relation to the robotic machining tool 4th emotional. In one embodiment, the mounting bracket has 14th an extended arm 16 with an upper end that has a flange 46 for attachment to an upper coupling structure 48 of the robot machining tool 4th is provided. This coupling structure 48 would normally be attached to a wrist of a robotic arm (not shown), for example with bolts 47 and a guide pin 49 . The extended arm 16 of the mounting bracket 14th has a lower end protruding from the housing 8th protrudes. The extended arm 16 has a shape and size appropriate for the working position of the case 8th regarding model specifications of the robot machining tool 4th are crucial. Thus, different shapes and sizes of elongated arms can be provided in order to accommodate different robot machining tools without additional adjustments 4th to be able to record. Thus, each extended arm can be specific to a robotic machining tool and for accurate robotic calibration of the dual laser camera unit assembly 2 for a specific robot machining tool 4th must be pre-calibrated.
Bezugnehmend auf 3 ist die Baugruppe 2 in einer Ausführungsform bevorzugt mit einer Videokamera 50 versehen, die an dem Gehäuse 8 angebracht und mit dem Controller 42 verbunden ist (wie in 2 gezeigt). Die Videokamera 50 hat ein Sichtfeld 52 (wie in 1 gezeigt) über einen Zielbereich, der den Zentrierpunkt 32 und mindestens einen der Laserstrahlen 24, 26 umfasst. Der Controller 42 ist (wie in 2 gezeigt) eingerichtet, ein Bildsignal von der Videokamera 50 zu empfangen und den Zentrierpunkt 32 auf Grundlage des Bildsignals der Videokamera 50 zu kalibrieren. Die Videokamera 50 kann eine Autofokusfunktion und einen optischen Eingang 52 haben, der mit einer Schutzblende 54 (wie in 7 gezeigt) versehen ist, die durch den Controller 42 öffenbar und schließbar ist. In einer Ausführungsform ist die Baugruppe 2 mit einem Temperatursensor 56 versehen (wie in 7 gezeigt), der an dem Gehäuse 8 angebracht ist und der ggf. mit der Videokamera 50 kombiniert wird. Dieser Temperatursensor 56 ist zur Messung einer Temperatur in zumindest einem der Zielbereiche positioniert. Der Controller 42 weist einen Eingang zum Empfang eines Temperatursignals von dem Temperatursensor 56 auf. Weiterhin ist der Controller 42 eingerichtet, das Temperatursignal gemäß dem/den Zielbereich(en), die von dem Temperatursensor 56 überwacht werden, zu verarbeiten, beispielsweise um die Temperatur einer Schweißraupe 58 (wie in 1 gezeigt) zu überwachen, die aus der durch das Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 erzielten Bearbeitung resultiert. In einer Ausführungsform ist die Baugruppe 2 ferner mit einer Trägheitsmomentmesseinheit (IMU) 60 versehen (wie in 7 gezeigt), die in dem Gehäuse 8 montiert ist, um Nick- und Rollwinkel des Gehäuses 8 zu messen. Die Trägheitsmomentmesseinheit 60 ist mit dem Controller 42 verbunden, der dann eingerichtet sein kann, die Ausrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 zu einer Schweißnaht 62 (wie in 1 gezeigt) zu bestimmen, die von dem Laserentfernungsmesser 16, 18 nachverfolgt wird, in der (wie in 2 gezeigt) Richtung, die der Bewegungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 relativ zu dem zu bearbeitenden Werkstück während der Durchführung der Materialbearbeitung voraus liegt. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 8 zum Zwecke elektrischer Isolierung bezogen auf den Roboterarm (nicht gezeigt) mit einer Isolierhalterung 78 versehen, die an dem unteren Ende des Montageträgers 14 angebracht werden kann (wie in 1 gezeigt). Das Gehäuse 8 kann einen Lufteinlass 96 aufweisen, der von einer Wand des Gehäuses 8 nach außen vorsteht und mit einem Druckluftschlauch (nicht gezeigt) verbindbar ist. Dies gilt zumindest dann, wenn das Gehäuse 8 mit einer Schutzdüse 98 versehen ist, die sich unter dem Gehäuse 8 erstreckt und mit dem Lufteinlass 96 kommuniziert, wie in US 9541755 (Boillot et al.) offenbart.Referring to 3 is the assembly 2 in one embodiment preferably with a video camera 50 provided on the housing 8th attached and with the controller 42 connected (as in 2 shown). The video camera 50 has a field of view 52 (as in 1 shown) over a target area which is the center point 32 and at least one of the laser beams 24 , 26th includes. The controller 42 is (as in 2 shown), an image signal from the video camera 50 to receive and the centering point 32 based on the image signal from the video camera 50 to calibrate. The video camera 50 can have an auto focus function and an optical input 52 have that with a protective shutter 54 (as in 7th shown) is provided by the controller 42 can be opened and closed. In one embodiment, the assembly is 2 with a temperature sensor 56 provided (as in 7th shown) on the housing 8th attached and possibly with the video camera 50 is combined. This temperature sensor 56 is positioned to measure a temperature in at least one of the target areas. The controller 42 has an input for receiving a temperature signal from the temperature sensor 56 on. Furthermore is the controller 42 set the temperature signal according to the target area (s) determined by the temperature sensor 56 be monitored, to process, for example the temperature of a weld bead 58 (as in 1 shown) to monitor coming out of the by the robotic machining tool 4th achieved machining results. In one embodiment, the assembly is 2 also with a moment of inertia measuring unit (IMU) 60 provided (as in 7th shown) in the housing 8th is mounted to pitch and roll angles of the housing 8th to eat. The moment of inertia measurement unit 60 is with the controller 42 connected, which can then be set up, the orientation of the robot machining tool 4th to a weld 62 (as in 1 shown) to determine by the laser rangefinder 16 , 18th is tracked in which (as in 2 shown) Direction that corresponds to the direction of movement of the robot machining tool 4th is ahead relative to the workpiece to be processed while the material processing is being carried out. In one embodiment, the housing is 8th for the purpose of electrical insulation based on the robot arm (not shown) with an insulating bracket 78 provided that at the lower end of the mounting bracket 14th can be attached (as in 1 shown). The case 8th can have an air inlet 96 have from one wall of the Housing 8th protrudes outwards and can be connected to a compressed air hose (not shown). This is true at least when the housing 8th with a protective nozzle 98 is provided, which is located under the housing 8th extends and with the air inlet 96 communicates as in US 9541755 (Boillot et al.).
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 definiert in einer Ausführungsform die Bodenwand 63 Reihenöffnungen, die mit Linsen 64, 66, 68, 70 zum Durchleiten der Laserstrahlen 24, 26 und Aufnehmen bzw. Empfangen von Licht in den Sichtfeldern 38, 40 von den Zielbereichen versehen sind. Die Öffnungen mit den Linsen 64, 70 liegen für den Durchlass der Laserstrahlen 24, 26 weiter von dem U-förmigen Kanal 10 entfernt als die Öffnungen mit den Linsen 66, 68 zur Aufnahme von Licht aus den Zielbereichen.Referring again to FIG 2 in one embodiment defines the bottom wall 63 Row openings made with lenses 64 , 66 , 68 , 70 for guiding the laser beams through 24 , 26th and receiving light in the fields of view 38 , 40 are provided by the target areas. The openings with the lenses 64 , 70 lie for the passage of the laser beams 24 , 26th further from the U-shaped channel 10 removed than the openings with the lenses 66 , 68 for receiving light from the target areas.
In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 8 mit Schutzklappen 72, 74 versehen, die von der Bodenwand 63 zwischen den Öffnungen mit den Linsen 64, 66, 68, 70 und dem Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 nach unten vorstehen, wenn das Gehäuse 8 in der Arbeitsposition ist. Derartige Schutzklappen 72, 74 können vorteilhafterweise eine Abschirmung für die Linsen 64, 66, 68, 70 gegen Schweißlicht, Dämpfe und Spritzer bereitstellen. Die Schutzklappen 72, 74 können aus einem einzelnen gebogenen Stück gefertigt sein, das eine weniger aufgeweitete Öffnung besitzt. Diese Öffnung bildet einen Kamin zur verbesserten Ableitung von Schweißdämpfen durch den U-förmigen Kanal 10. In einer Ausführungsform ist das Gehäuse 8 mit einer Isolierplatte 76 versehen, die sich unter der Bodenwand 63 erstreckt und den U-förmigen Kanal 10 umgibt.In one embodiment, the housing is 8th with protective flaps 72 , 74 provided by the bottom wall 63 between the openings with the lenses 64 , 66 , 68 , 70 and the robotic machining tool 4th protrude downward when the case 8th is in the working position. Such protective flaps 72 , 74 can advantageously provide a shield for the lenses 64 , 66 , 68 , 70 Provide against welding light, vapors and spatter. The protective flaps 72 , 74 can be made from a single curved piece that has a less flared opening. This opening forms a chimney for improved discharge of welding fumes through the U-shaped channel 10 . In one embodiment, the housing is 8th with an insulating plate 76 provided, which is under the bottom wall 63 extends and the U-shaped channel 10 surrounds.
Unter Bezugnahme auf 4 kann das Gehäuse 8 einen einstückigen Rahmen 100 besitzen, auf dem die Bauteile der Laserentfernungsmesser 16, 18 und der Controller 42 montiert sind. Weitere Bauteile, wie etwa die IMU 60 können ebenfalls auf dem Rahmen 100 montiert sein. Der Rahmen 100 kann vorteilhaft aus Aluminium gefertigt sein und das Gehäuse kann zur Luftkühlung der Laserprojektoren 20, 22, der Bildgebungseinrichtungen 34, 36 und des Controllers 42 maschinell bearbeitet sein. Die Baugruppe 2 hat somit eine hervorragende Stabilität im Hinblick auf eine Konstanz der Abmessungen, insbesondere auch bei sich ändernden Temperaturen.With reference to 4th can the housing 8th a one-piece frame 100 own on which the components of the laser rangefinder 16 , 18th and the controller 42 are mounted. Other components, such as the IMU 60 can also be on the frame 100 be mounted. The frame 100 can advantageously be made of aluminum and the housing can be used for air cooling of the laser projectors 20th , 22nd , imaging facilities 34 , 36 and the controller 42 be machined. The assembly 2 thus has an excellent stability with regard to a constancy of the dimensions, in particular also with changing temperatures.
Unter Bezugnahme auf 5 kann es sein, dass die Positionen der Laserprojektoren 20, 22 und der Bildgebungseinrichtungen 34, 36 der Laserentfernungsmesser 16, 18 in dem Gehäuse 8 vertauscht werden, wenn es sich bei dem Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 um eine Materialaustragsvorrichtung wie etwa eine Dichtungsmittelaustragsvorrichtung oder ein Werkzeug handelt, das nicht viel Wärme oder mögliche optische Interferenzen erzeugt. Die Öffnungen, beispielsweise mit Linsen 64, 70 zur Durchleitung der Laserstrahlen 24, 26 liegen dann näher an dem U-förmigen Kanal 10 als die Öffnungen, beispielsweise mit Linsen 66, 68 zur Aufnahme von Licht 38, 40 von den Zielbereichen. Im Ergebnis können vorausliegende und zurückliegende Strecken 28, 30 vorteilhafterweise kürzer sein, beispielsweise 30 mm, um es einfacher zu machen, steilen Kurvenverläufen zu folgen.With reference to 5 it may be the positions of the laser projectors 20th , 22nd and the imaging facilities 34 , 36 the laser rangefinder 16 , 18th in the case 8th be swapped if it is the robotic machining tool 4th a material dispenser, such as a sealant dispenser or tool, that does not generate a lot of heat or possible optical interference. The openings, for example with lenses 64 , 70 for the transmission of the laser beams 24 , 26th are then closer to the U-shaped channel 10 than the openings, for example with lenses 66 , 68 to absorb light 38 , 40 of the target areas. As a result, routes ahead and behind can 28 , 30th advantageously shorter, for example 30 mm, in order to make it easier to follow steep curves.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 hat die erfindungsgemäße Baugruppe eine kompakte U-förmige Ausgestaltung zur Inline- bzw. Reihen-Nachverfolgung und Inspektion und integriert bevorzugt alle Funktionen für Vorwärts- und Rückwärtsschweißen oder andere Bearbeitungen. Beide Bildgebungseinrichtungen 34, 36 (wie in 2 gezeigt) können ein gemeinsames optisches Referenz-Bezugssystem haben, das räumlich zu dem Bezugssystem des Roboter-Zentrierpunktes kalibriert ist. Diese Kalibrierung kann mit einem Kalibriertarget vorgenommen werden (nicht gezeigt). Die Ausgestaltung der Baugruppe 2 vereinfacht das Programmieren des Roboters erheblich. Weiterhin wird die Zugänglichkeit verbessert und die Zykluszeit verringert. Dies liegt daran, dass, eine Drehung des Roboterhandgelenks (nicht gezeigt) überflüssig wird, um eine Inspektion der Schweißraupe 58 durchzuführen. Weitere Vorteile der Baugruppe 2 bestehen in ihrer leichten Montage in der Betriebsposition bezogen auf ein Roboter-Bearbeitungswerkzeug, kürzeren Abständen der zur Verlagerungsrichtung vorausliegenden und zurückliegenden Messpunkte, geeignetem Schutz gegen Lichtbögen, Hitze, Dämpfe, Spritzer, einer einzigen Kalibrierung für beide Laserentfernungsmesser 16, 18, voreingestellten Kalibrierungsmerkmalen durch den Montageträger 14 in Bezug auf das Roboter-Bearbeitungswerkzeug oder das Roboterhandgelenk, einer einfachen Kalibrierung der Zentrierpunktes mit der Videokamera 50, Speicher- und Datenverarbeitungseffizienz mit einem einzelnen Controller 42. Die Laserprojektoren 20, 22 und der Controller 42 können eingerichtet sein, sowohl für die Augen schützende als auch für die Augen nicht-schützende Betriebsmodi zu verwirklichen, wie sie in der US 10043283 (Boillot et al.) offenbart sind, beispielsweise mit roten oder blauen Laserstrahlquellen, abhängig vom Betriebsmodus.Referring again to FIG 1 the assembly according to the invention has a compact U-shaped design for inline or row tracking and inspection and preferably integrates all functions for forward and backward welding or other processing. Both imaging facilities 34 , 36 (as in 2 shown) can have a common optical reference reference system that is spatially calibrated to the reference system of the robot centering point. This calibration can be carried out with a calibration target (not shown). The design of the assembly 2 simplifies the programming of the robot considerably. Furthermore, the accessibility is improved and the cycle time is reduced. This is because there is no need to rotate the robot wrist (not shown) to inspect the weld bead 58 perform. Further advantages of the assembly 2 consist in their easy assembly in the operating position based on a robot processing tool, shorter distances between the measuring points ahead and behind in the direction of displacement, suitable protection against arcs, heat, vapors, splashes, a single calibration for both laser rangefinders 16 , 18th , preset calibration features by the mounting bracket 14th in relation to the robot machining tool or the robot wrist, a simple calibration of the centering point with the video camera 50 , Storage and data processing efficiency with a single controller 42 . The laser projectors 20th , 22nd and the controller 42 can be set up to implement modes of operation that are both eye-protecting and non-eye-protecting, as described in FIG US 10043283 (Boillot et al.) Are disclosed, for example with red or blue laser beam sources, depending on the operating mode.
Unter Bezugnahme auf 6 ist eine schematische Darstellung eines möglichen Systems unter Verwendung der erfindungsgemäßen Baugruppe 2 gezeigt. Der Laserentfernungsmesser 16 kann verwendet werden, um Schweißnaht-Positionsdaten in 3D-Roboterkoordinaten, grundlegende Schweißnaht-Nachverfolgungsdaten mit detektierten Bruchstellen und grundlegende Schweißnaht-Geometriedaten vor dem Schweißen (oder anderen Prozessen) bereitzustellen. Der Laserentfernungsmesser 18 kann verwendet werden, um Schweißraupenpositionsdaten in 3D-Roboterkoordinaten und Schweißraupengeometriedaten bereitzustellen. Die Daten aus den Laserentfernungsmessern 16, 18 können an ein Schweißnaht-Vermessungsmodul 105 und ein Schweißraupenvermessungsmodul 106 übertragen werden, das in einer Laser-Bildverarbeitungssoftware implementiert sein kann, die von dem Controller 42 (wie beispielsweise in 7 gezeigt) der Baugruppe zur Berechnung und Bereitstellung der Inspektions- oder Nachverfolgungsdaten ausgeführt wird. Beide Module 105, 106 können Nachverfolgungs- und Inspektionsdaten gemeinsam verwenden, welche sie durch eine Verknüpfung 122 verarbeiten. Ein Robotercontroller 108 kann den Modulen 105, 106 Daten zu dem Zentrierpunkt 32 bereitstellen, so dass die Nachverfolgungs- und Inspektionsdaten in 3D-Roboterkoordinaten umgewandelt werden können. In dem Nahtvermessungsmodul 105 kann Programmcode implementiert sein, der dem Robotercontroller 108 die Nachverfolgungsdaten bedarfsgerecht für Nahtnachverfolgungszwecke und zur Steuerung bzw. Regelung des Roboterarms bereitstellt. In dem Schweißraupenvermessungsmodul 106 kann Programmcode implementiert sein, der dem Robotercontroller 108 die Inspektionsdaten bedarfsgerecht zur Anpassung der Schweißbearbeitungsparameter und Roboterparameter gemäß voreingestellten Schweißeigenschaften und - beschaffenheit bereitstellt. Das System hat somit koordinierte Nachverfolgungs- und Inspektionsdaten kalibriert, die die Schweißraupeninspektion verbessern im Vergleich zu extrahierten Schweißraupengeometriedaten eines nicht-bearbeiteten Profils. Die Kommunikation zwischen dem Robotercontroller 108, den Bauteilen der Baugruppe 2 und einer PC-Station, die beispielsweise zur Prozessüberwachung und Datenbankspeicherung verwendet werden kann, kann vorteilhaft durch einen gemeinsamen GigE(Gigabit-Ethernet)-link erzielt werden. Beispiele von Front-Channel-Messdaten des Systems betreffen die Schweißnaht-Position (Nachverfolgungspunkt), Schweißnaht-Geometrie einschließlich Spalten, falschen Positionen, Flächen, Normalenvektor und Pfadtangentenvektor, möglicherweise unter Einbeziehung von Echtzeitdaten der Roboterposition, Parameter von adaptiven Schweißen (oder anderer Prozess) Parameter einschließlich Positionsversätzen, Schweißstromstärke und -spannung, Pendelbewegung, Bewegungsgeschwindigkeit und Drahtabschmelzgewicht, möglicherweise angepasst in Abhängigkeit von Datenrückkopplung aus Back-Channel-Messdaten, wie etwa Schweißraupengeometrie, um die Schweißparameter zu verbessern. Beispiele der Back-Channel-Messdaten, die in dem System verwendet werden können, sind die Schweißraupenposition in Bezug auf ungeschweißte Schweißnaht-Positionen, eine Schweißraupengeometrie einschließlich Breite, Höhe, Steggröße, Hinterschneidungen, Konvexität und mögliche andere geometrische Fehler, und Endergebnisse der angewendeten Schweißparameter, die bei der Berechnung der adaptiven Schweißparameter helfen können. Die Schweißraupenposition und - geometrie können mit den Echtzeitdaten der Roboterposition verbessert werden, die von der PC-Station 110 verwendet werden können, um eine 3D-Oberflächenkarte zu erstellen, welche die Geometrie des Werkstücks darstellt. Diese Merkmale können ferner abhängig von der Datenrückkopplung aus den Vorderkanal-Messdaten, wie etwa der Schweißnahtposition vor dem Schweißen, angepasst werden, da beiden Laserentfernungsmesser 16, 18 die gleiche Kalibrierung 17 gemein ist, und eine Menge von auf dem Werkstück abgeschiedenem Material ermittelt werden kann. Beispiele von Daten, die aus dem Robotercontroller 108 erlangt werden, sind aktuelle Daten zur Roboterwerkzeugposition und Roboterwerkzeugausrichtung (TCP-Daten), Pfad- oder Trajektorie-Informationen, die aus der zeitbasierten Entwicklung von TCP-Daten berechnet werden, Synchronisationssteuerungsdaten, beispielsweise zur Lasersteuerung, Aufgabenwahl, Start/Stopp von Nachverfolgung, Start/Stopp von Inspektion, Schweißrichtung (vorwärts oder rückwärts) und prozessbezogene Daten, beispielsweise Start/Stopp-Signale, Schweißparameter etc. Beispiele von an den Robotercontroller 108 gesendeten Daten sind Nahtpositionen in Roboterkoordinaten zur exakten Positionierung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 zum Nachfolgen der Schweißnaht bzw. des Schweißstoßes, optimierte Schweißparameter basierend auf der Schweißnaht- und Schweißraupengeometrie der Front- und Back-Channel-Messdaten, Werkstückbeschaffenheitsstatus, beispielsweise Lage-, Warn-, fehlerhafte oder nicht-konforme Geometrie, und eine Liste möglicher Fehler, beispielsweise Typen, Größen und Positionen.With reference to 6th Figure 3 is a schematic representation of a possible system using the assembly of the invention 2 shown. The laser rangefinder 16 can be used to provide weld position data in 3D robotic coordinates, basic weld tracking data with broken points detected, and basic weld geometry data prior to welding (or other processes). The laser rangefinder 18th can be used to convert weld bead position data into 3D robot coordinates and Provide weld bead geometry data. The data from the laser rangefinder 16 , 18th can be connected to a weld seam measurement module 105 and a weld bead measurement module 106 which can be implemented in a laser image processing software that can be used by the controller 42 (such as in 7th shown) the assembly is carried out to calculate and provide the inspection or tracking data. Both modules 105 , 106 can share tracking and inspection data by linking them 122 to process. A robot controller 108 can use the modules 105 , 106 Data on the center point 32 provide so that the tracking and inspection data can be converted into 3D robot coordinates. In the seam measurement module 105 program code can be implemented that the robot controller 108 provides the tracking data as required for seam tracking purposes and for controlling or regulating the robot arm. In the weld bead measurement module 106 program code can be implemented that the robot controller 108 Provides the inspection data as required for adapting the welding processing parameters and robot parameters according to the preset welding properties and properties. The system has thus calibrated coordinated tracking and inspection data that improves weld bead inspection compared to extracted bead geometry data from an unmachined profile. The communication between the robot controller 108 , the components of the assembly 2 and a PC station, which can be used, for example, for process monitoring and database storage, can advantageously be achieved through a common GigE (Gigabit Ethernet) link. Examples of system front channel measurement data include weld position (tracking point), weld geometry including crevices, incorrect positions, surfaces, normal vector and path tangent vector, possibly including real-time robot position data, parameters of adaptive welding (or other process) Parameters including position offsets, welding amperage and voltage, pendulum motion, speed of movement and wire meltdown weight, possibly adjusted depending on data feedback from back-channel measurement data, such as weld bead geometry, to improve welding parameters. Examples of the back-channel measurement data that can be used in the system are the weld bead position in relation to unwelded weld seam positions, a weld bead geometry including width, height, land size, undercuts, convexity and possible other geometrical errors, and final results of the applied welding parameters that can help calculate the adaptive welding parameters. The weld bead position and geometry can be improved with the real-time data of the robot position received from the PC station 110 can be used to create a 3D surface map showing the geometry of the workpiece. These features can also be adjusted depending on the data feedback from the front channel measurement data, such as the weld seam position before welding, as both laser rangefinders 16 , 18th the same calibration 17th is common, and an amount of material deposited on the workpiece can be determined. Examples of data coming from the robot controller 108 are current data on the robot tool position and robot tool alignment (TCP data), path or trajectory information calculated from the time-based development of TCP data, synchronization control data, e.g. for laser control, task selection, start / stop of tracking, start / Stop of inspection, welding direction (forwards or backwards) and process-related data, for example start / stop signals, welding parameters, etc. Examples from the robot controller 108 The data sent are seam positions in robot coordinates for the exact positioning of the robot processing tool 4th for following the weld seam or weld joint, optimized welding parameters based on the weld seam and weld bead geometry of the front and back channel measurement data, workpiece condition status, for example position, warning, incorrect or non-conforming geometry, and a list of possible errors, for example types, sizes and positions.
Die räumlichen Positionen der Laserentfernungsmesser 16, 18 und der Kamera 50 (wie beispielsweise in 1 gezeigt) werden im selben mechanischen Bezugssystem 17 der Baugruppe 2 kalibriert. Ein Kalibrierungsprozess, der verwendet wird, um die Beziehung zwischen der Baugruppe 2 und dem Roboter (nicht gezeigt) zu bestimmen, kann mit mehreren Bewegungen des Roboters und Messungen der Baugruppe 2 über ein Messtarget (nicht gezeigt) durchgeführt werden. Die Beziehung wird als eine Funktion bzw. abhängig von Messdaten berechnet, die von den Laserentfernungsmessern 16, 18 bezüglich Kalibriermerkmalen an dem Messtarget bereitgestellt wurden. Es kann dann ein Roboter-Baugruppen-Bezugssystem ermittelt werden. Für ein angegebenes Modell des Schweißbrenners oder des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 (wie beispielsweise in 1 gezeigt), ist die theoretische TCP-Drahtspitzenposition im Bezugssystem der Baugruppe 2 bekannt. Der nachfolgende Prozess kann verwendet werden, um die echte Position des TCP zu bestimmen (beispielsweise einer Drahtspitze für einen Bogenschweißbrenner oder ein Laserpunkt für einen Laserschweißbrenner) für ein beliebiges Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 in dem Roboter-Baugruppen-Bezugssystem. Mithilfe eines einfachen ebenen und horizontal positionierten Werkstücks bewegt der Roboter die Baugruppe 2 gemäß einer Werkseinstellung der Kalibrierung für ein konkretes Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 mithilfe der Messdaten der Laserentfernungsmesser 16, 18 senkrecht in Richtung des ebenen Werkstücks. Bei diesem Schritt kann die IMU 60 (wie in 7 gezeigt) basierend auf einer exakten Vertikalpositionierung der Baugruppe 2 und der Laserlinien, die von den Laserentfernungsmessern 16, 18 projiziert werden, kalibriert werden. Ein Kontakt der TCP-Drahtspitze mit dem Werkstück, wie er durch den Roboter mithilfe der Kamera 50 und einem Drahtspitzenschatten auf der Oberfläche des Werkstücks oder mithilfe einer Rückkopplung eines Berührsensors (nicht gezeigt) oder durch eine von einem Bediener durchgeführte manuelle Positionierung durchgeführt wird, ermöglicht das Bestimmen der Position (x, y, z) der TCP mit den Laserentfernungsmessern 16, 18, da das Werkzeug 4 quer zur Ebene des Werkstücks liegt, wie durch die Laserlinienmessungen und die Kamera 50 validiert wird. Die x, y-Positionen können durch x = xo + mx z und y = yo + my z berechnet werden. Auf die x, y-Werte kann auch in dem Baugruppen-Bezugssystem zurückgegriffen werden, da die Kamera 50 bereits in diesem Bezugssystem kalibriert ist. Die Kalibrierdaten können in dem Robotercontroller 108 gespeichert werden. Eine andere Möglichkeit zur Durchführung der Laserkalibrierung ist möglich, indem nur einer der Laserentfernungsmesser 16, 18 und zwei einander schneidende Laserpointer (nicht gezeigt) verwendet werden. Eine Überschneidung der Laserpointer stellt eine Höhenposition der TCP bereit. Dann stellen der Laserentfernungsmesser 16, 18 und/oder die Kamera 50 x, y, z -Messdaten bereit. Eine Neigung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 kann vorteilhaft zur Drahtspitzenkontakt/berühr-Detektion verwendet werden, da sie länger und besser sichtbar wäre, manuell oder mittels der Kamera 50. Die TCP kann durch ein beinhaltetes Kalibriersystem (beispielswese Ziel, verlängerter Arm 16, Roboter und Software) validiert werden. Eine andere Möglichkeit zur Kalibrierung der TCP kann mit einer einfachen Kante oder einem Überlappstoß erfolgen. In diesem Fall werden die Laserentfernungsmesser 16, 18 verwendet, um die y1-Z1 und y2-Z2-Positionen der Kanten oder Überlappungsstöße zu messen. Die TCP kann an einer Kante positioniert sein, so dass eine TCPy-Position bestimmt wird. Dann sollte bei einer 90°-Drehung der Baugruppe 2 um die Axialrichtung der TCP eine Positionierung der TCP auf einer geraden Linie der Überlappung keinen Fehler für TCPx und TCPz hervorrufen. Falls erforderlich können auf einer Zielebene neue Messungen durchgeführt werden. Noch eine weitere Möglichkeit zur Durchführung der Roboter-Baugruppen-Kalibrierung kann durch Positionierung der Kamera 50 und der TCP über ein Fadenkreuz-Ziel erreicht werden. Nach einer Drehung der Baugruppe 2 um die Axialrichtung der TCP sollte ein Mittelpunkt des Fadenkreuz-Ziels nicht in dem Bild abweichen, das von der Kamera 50 bereitgestellt wird, wenn die Kalibrierung korrekt ist. Falls erforderlich kann von dem Roboter ein Fehlerminimierungsvorgang durchgeführt werden.The spatial positions of the laser rangefinder 16 , 18th and the camera 50 (such as in 1 shown) are in the same mechanical reference system 17th of the assembly 2 calibrated. A calibration process that is used to establish the relationship between the assembly 2 and the robot (not shown) can be determined with multiple movements of the robot and measurements of the assembly 2 can be carried out via a measurement target (not shown). The relationship is calculated as a function of or as a function of measurement data received from the laser range finders 16 , 18th with regard to calibration features were provided on the measurement target. A robot assembly reference system can then be determined. For a specified model of welding torch or robotic machining tool 4th (such as in 1 shown) is the theoretical TCP wire tip position in the reference system of the assembly 2 known. The process below can be used to determine the real position of the TCP (for example, a wire tip for an arc welding torch or a laser spot for a laser welding torch) for any Robotic machining tool 4th in the robot assembly frame of reference. The robot moves the assembly using a simple flat and horizontally positioned workpiece 2 according to a factory setting of the calibration for a specific robot machining tool 4th using the measurement data from the laser rangefinder 16 , 18th perpendicular in the direction of the flat workpiece. At this step, the IMU 60 (as in 7th shown) based on an exact vertical positioning of the assembly 2 and the laser lines made by the laser range finders 16 , 18th projected, calibrated. A contact of the TCP wire tip with the workpiece as made by the robot using the camera 50 and a wire tip shadow on the surface of the workpiece or using feedback from a touch sensor (not shown) or manual positioning performed by an operator enables the position (x, y, z) of the TCP to be determined using the laser range finders 16 , 18th as the tool 4th is perpendicular to the plane of the workpiece, as indicated by the laser line measurements and the camera 50 is validated. The x, y positions can be calculated using x = x o + m x z and y = y o + m y z. The x, y values can also be accessed in the assembly reference system, since the camera 50 is already calibrated in this reference system. The calibration data can be stored in the robot controller 108 get saved. Another way of performing the laser calibration is possible by using just one of the laser range finders 16 , 18th and two intersecting laser pointers (not shown) can be used. An overlap of the laser pointers provides a height position for the TCP. Then set the laser rangefinder 16 , 18th and / or the camera 50 x, y, z measurement data ready. A slope of the robot machining tool 4th can be used advantageously for wire tip contact / touch detection, as it would be longer and more visible, manually or by means of the camera 50 . The TCP can be calibrated by an included calibration system (e.g. target, extended arm 16 , Robots and software). Another way to calibrate the TCP can be with a simple edge or a lap joint. In this case the laser rangefinder will 16 , 18th used to measure the y 1-Z1 and y 2-Z2 positions of the edges or lap joints. The TCP can be positioned on an edge so that a TCP y position is determined. Then the assembly should be rotated 90 ° 2 around the axial direction of the TCP, positioning the TCP on a straight line of overlap will not cause errors for TCP x and TCP z . If necessary, new measurements can be carried out on a target level. Yet another way of performing the robot assembly calibration is by positioning the camera 50 and the TCP can be reached via a crosshair target. After one rotation of the assembly 2 around the axial direction of the TCP, a center point of the crosshair target should not deviate in the image taken by the camera 50 provided when the calibration is correct. If necessary, an error minimization process can be performed by the robot.
In einer Ausführungsform kann eine Betriebssequenz für koordiniertes adaptives Inline- bzw. Reihen-Schweißen, Schweißnaht-Nachverfolgung und Schweißraupeninspektion wie folgt sein. Ein Bediener des Roboters positioniert die TCP-Drahtspitze an einer Schweißanfangsposition mit Ausrichtungen des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 und der Baugruppe 2 senkrecht zur einer Oberfläche des Werkstücks 6, wie durch die kalibrierte Lasernachverfolgungslinie und die IMU 60 validiert. Der Robotercontroller 108 bestätigt und speichert die Schweißanfangsposition. Der Roboter wird dann in einen Betriebsmodus zum Nachverfolgen und Vermessen eines Stoßes bzw. einer Naht mit dem Laserentfernungsmesser 16 oder 18, die zu diesem Zweck verwendet werden, abhängig von der Verlagerungsrichtung des Roboter-Bearbeitungswerkzeugs 4 (Schweißbrenner) über eine Teillänge des Stoßes bzw. der Naht versetzt und erlangt die folgenden Parameter: Art des zu schweißenden Stoßes bzw. Naht, Schweißnahtausrichtung, Werkstückdicke, Flankenwinkel der Schweißnaht, Steg- und Flächenabstand etc. Aus diesen Parametern und anwendbaren Werkstoffdaten errechnet die Baugruppe 2 oder der Robotercontroller 108 die besten oder bevorzugten Schweißparameter aus einer Nachschlagetabelle (gespeicherten Referenzwerten) oder einem anderen Schema. Beispiele der Schweißparameter, die errechnet werden können, sind Schweißgeschwindigkeit, Stromstärke, Spannung, Drahtabschmelzgewicht, Drahtspitzenvorstandslänge, Schweißbrenner- und Arbeitswinkel, etc. Der Bediener validiert die Schweißparameter und beginnt mit dem Schweißprozess. Die Schweißparameter können während des adaptiven Schweißens abhängig von Schweißnaht-Ausrichtung und Spalt geändert werden. Die gemessenen Schweißparameter können in Echtzeit während des Schweißens aufgezeichnet werden, wie etwa Schweißnaht-Ausrichtung und Spalten bzw. Abstände, Spannung, Stromstärke, Schweißgeschwindigkeit, Drahtabschmelzgewicht, Schweißraupenprofil und Position bezüglich des Stoßes bzw. der Naht, Schweißnaht-Temperatur vor und/oder hinter dem Schweißbrenner, etc. Die Schweißnaht- und Schweißraupendaten können mit Roboterpositionsdaten kombiniert werden, so dass das Schweißraupenvolumen ermittelt werden kann. Hauptsächliche Schweißmerkmale können errechnet werden, wie etwa Standortverlagerung, Schweißraupenbreite, Kehlung, Konvexität, Hinterschneidung, Porosität, Spritzer bzw. Funkenflug etc. Schweißinspektionsdaten und Qualität bzw. Beschaffenheit können auf Grundlage von Schweißerfordernissen bewertet werden. Die Schweißqualität kann mit dem Schweißprozess und der Nahtgeometrieschwankung korreliert werden. Die Schweißraupeninspektion und die Nahtnachverfolgungsdaten und weitere Daten, wie etwa Korrelationsdaten können in einer Datenbank zu Zwecken der statistischen Analyse, Tendenzerfassung und Prozessverbesserung gespeichert werden.In one embodiment, an operational sequence for coordinated adaptive in-line welding, weld tracking, and weld bead inspection may be as follows. An operator of the robot positions the TCP wire tip at a welding start position with orientations of the robot machining tool 4th and the assembly 2 perpendicular to a surface of the workpiece 6th as through the calibrated laser tracking line and the IMU 60 validated. The robot controller 108 confirms and saves the welding start position. The robot is then put into an operating mode for tracking and measuring a joint or a seam with the laser rangefinder 16 or 18th that are used for this purpose, depending on the direction of movement of the robot machining tool 4th (Welding torch) is offset over part of the length of the joint or seam and obtains the following parameters: type of joint or seam to be welded, weld seam alignment, workpiece thickness, flank angle of the weld seam, web and surface spacing, etc. From these parameters and applicable material data, the module 2 or the robot controller 108 the best or preferred welding parameters from a look-up table (stored reference values) or some other scheme. Examples of welding parameters that can be calculated are welding speed, amperage, voltage, wire melt-off weight, wire tip protrusion length, welding torch and working angle, etc. The operator validates the welding parameters and starts the welding process. The welding parameters can be changed during adaptive welding depending on the weld seam orientation and gap. The measured welding parameters can be recorded in real time during welding, such as weld seam alignment and gaps or distances, voltage, current strength, welding speed, wire melt-off weight, weld bead profile and position in relation to the joint or seam, weld seam temperature in front of and / or behind the welding torch, etc. The weld seam and weld bead data can be combined with robot position data so that the weld bead volume can be determined. Main welding characteristics can be calculated, such as relocation, weld bead width, fillet, convexity, undercut, porosity, spatter or flying sparks, etc. Welding inspection data and quality or condition can be evaluated on the basis of welding requirements will. The welding quality can be correlated with the welding process and the seam geometry fluctuations. The weld bead inspection and the seam tracking data and other data such as correlation data can be stored in a database for the purposes of statistical analysis, trend recording and process improvement.
In einer Ausführungsform kann der Robotercontroller 108 Inspektionsergebnisverknüpfungen 112 mit dem Raupenvermessungsmodul 106 zum Empfang von Inspektionsdaten, die von dem Raupenvermessungsmodul 106 berechnet werden, eine bidirektionale Ethernet-Synchronisationsverknüpfung 114 mit der Baugruppe 2 zur Synchronisierung des Roboters und der Baugruppe 2, eine bidirektionale Prozessdatenverknüpfung 118 mit der Baugruppe zum Teilen verarbeiteter Prozessdaten, und eine Datennachverfolgungsverknüpfung 120 mit dem Schweißnaht-Vermessungsmodul 105 zum Empfangen von Nachverfolgungsdaten, die von dem Schweißnaht-Vermessungsmodul 105 errechnet werden, aufweisen. Das Schweißraupenvermessungsmodul 106 und das Schweißnaht-Vermessungsmodul 105 können durch eine Verknüpfung 122 Rückkopplungsdaten miteinander teilen, da die Laserentfernungsmesser 16, 18 genauso für Nachverfolgungs- wie auch Inspektionszwecke verwendet werden können. Dabei haben die Laserentfernungsmesser 16, 18 beide Verknüpfungen 124, 126, 128, 130 mit dem Schweißraupenvermessungsmodul 106 und dem Schweißnaht-Vermessungsmodul 105. Detaillierte Inspektionsdaten, wie etwa Schweißnaht- und Schweißraupengeometriedaten und vollständige Sichtdaten, wie etwa Profildaten, können durch die Verknüpfungen 132, 134 mit der Baugruppe 2 an die PC-Station übermittelt werden.In one embodiment, the robot controller can 108 Inspection result links 112 with the caterpillar measurement module 106 to receive inspection data from the track measurement module 106 calculated, a bidirectional Ethernet synchronization link 114 with the assembly 2 to synchronize the robot and the assembly 2 , a bidirectional process data link 118 with the assembly for sharing processed process data, and a data tracking link 120 with the weld seam measurement module 105 for receiving tracking data obtained from the weld measurement module 105 are calculated. The weld bead measurement module 106 and the weld seam measurement module 105 can through a shortcut 122 Share feedback data with each other as the laser rangefinder 16 , 18th can be used for tracking as well as inspection purposes. The laser range finders 16 , 18th both links 124 , 126 , 128 , 130 with the weld bead measurement module 106 and the weld seam measurement module 105 . Detailed inspection data, such as weld seam and weld bead geometry data and complete visual data, such as profile data, can be accessed through the links 132 , 134 with the assembly 2 transmitted to the PC station.
Somit können die Nachverfolgungsdaten, die dem Controller 42 von den Laserentfernungsmessern 16, 18 bereitgestellt werden, für eine bessere Qualitätskontrolle von Roboterschweißen oder anderen Prozessen verwendet werden, und können für weitere Zwecke wie etwa die statistische Analyse, Tendenzverbesserung und Prozessoptimierung verwendet werden. Das Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 und Winkel und Ausrichtungen α,β,γ der Naht 62 um Achsen X, Y, Z können von der IMU 84 bereitgestellt werden. Temperaturen der Schweißraupe 58 und von Prozessen (beispielsweise Schweißen) können von dem Temperatursensor 56 bereitgestellt werden. Die Schweißparameter und weitere Prozessparameter können von dem Controller 42 aus einer Nachschlagetabelle (gespeicherten Referenzwerten), Werkstückdatenvorgaben und Nahtausrichtung zur adaptiven Prozessteuerung berechnet werden. Schweißraupengeometrieextraktionen sowohl aus Naht- als auch Schweißraupenprofilgeometriedaten können von dem Controller 42 durchgeführt werden. Prozessbeginn und -Endpositionen können aus dem Betrieb einer Stromversorgungsfunktion in einer Schnittstellenplatine 104 (wie in 7 gezeigt) ermittelt werden. Im Falle des Schweißens eines Fülldrahts können eine Steuerung der Schweißwölbung durch den Fülldraht und die Schweißgeschwindigkeit der Nahtpenetration und -verdünnung mit einer Drahtadditionsrate gegenüber der Schweißwölbung durchgeführt werden. Das Roboter-Bearbeitungswerkzeug 4 kann ein Bogenschweißbrenner, ein Laserschweißbrenner, ein Lötwerkzeug etc. sein. Der gesteuerte bzw. geregelte adaptive Prozess oder das Schweißen können in drei unterschiedlichen Modi erfolgen: offener Regelkreis, geschlossener Regelkreis und selbstlernend. Beim offenen Regelkreismodus („open loop mode“) vermisst die Doppellaserkamera 2 die Schweißnaht 62 und der OnBoard-Controller 42 ist eingerichtet, Betriebsparametermodifizierungen, welche die Schweißraupenprofile verbessern, auf Grundlage von Messdaten, die aus der Schweißraupenposition und Schweißraupengeometriesignalen abgeleitet wurden, und einer vorgegebenen (nicht gezeigten) Datenbank zu verbessern, und die Betriebsparametermodifizierungen in einem offenen Regelkreis an einen Robotercontroller zu senden. Beim geschlossenen Regelkreismodus („closed loop mode“) ist der OnBoard-Controller 42 eingerichtet, Betriebsparameter-Modifizierungen, welche die Schweißraupenprofile verbessern, an einen Robotercontroller zu senden, um resultierende Schweißraupenparameter zu messen und neue Betriebsparameter basierend auf der gemessenen Schweißraupengeometrie in einem geschlossenen Regelkreis an den Robotercontroller zurück zu senden. Beim selbstlernenden Modus ist der OnBoard-Controller 42 eingerichtet, einen Lernprozess künstlicher Intelligenz in den nachfolgenden Messungen von Schweißnaht- und Schweißraupengeometrie zu verwenden, um die besten Betriebsparameter zu bestimmen, die ein vorgegebenes Schweißraupenprofil und vorgegebene Schweißraupenqualität bereitstellen und Roboterverarbeitungsfehler vermeiden. Die Betriebsparameter können bei Bedarf auch unmittelbar an eine (nicht gezeigte) Schweißstromquelle gesendet werden.This means that the tracking data sent to the controller 42 of the laser rangefinders 16 , 18th can be used for better quality control of robotic welding or other processes, and can be used for other purposes such as statistical analysis, trend improvement and process optimization. The robot editing tool 4th and angles and orientations α, β, γ of the seam 62 about axes X, Y, Z can be controlled by the IMU 84 to be provided. Temperatures of the weld bead 58 and from processes (e.g. welding) can from the temperature sensor 56 to be provided. The welding parameters and other process parameters can be from the controller 42 can be calculated from a look-up table (stored reference values), workpiece data specifications and seam alignment for adaptive process control. Bead geometry extractions from both seam and weld bead profile geometry data can be performed by the controller 42 be performed. Process start and end positions can be derived from the operation of a power supply function in an interface board 104 (as in 7th shown). In the case of welding a filler wire, the welding curvature can be controlled by the filler wire and the welding speed of the seam penetration and thinning can be carried out with a wire addition rate compared to the welding curvature. The robot editing tool 4th can be an arc welding torch, a laser welding torch, a soldering tool, etc. The controlled or regulated adaptive process or welding can take place in three different modes: open control loop, closed control loop and self-learning. In the open loop mode, the double laser camera measures 2 the weld 62 and the onboard controller 42 is set up to improve operating parameter modifications that improve the weld bead profiles on the basis of measurement data derived from the weld bead position and weld bead geometry signals and a predetermined database (not shown), and to send the operating parameter modifications in an open loop to a robot controller. The on-board controller is in closed loop mode 42 set up to send operating parameter modifications, which improve the weld bead profiles, to a robot controller in order to measure resulting weld bead parameters and to send new operating parameters back to the robot controller in a closed loop based on the measured weld bead geometry. The on-board controller is in the self-learning mode 42 established to use an artificial intelligence learning process in subsequent measurements of weld and weld bead geometry to determine the best operating parameters that will provide a given weld bead profile and weld bead quality and avoid robot processing errors. If necessary, the operating parameters can also be sent directly to a welding power source (not shown).
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine mögliche Ausführungsform oder Ausgestaltung der Schaltkreise, Funktionen und Bauteile der Baugruppe 2 veranschaulicht. Eine bidirektionale Ethernet-10/100/1000-Kommunikations-Schnittstellenverknüpfung 136 kann zwischen dem kabelgebundenen Anschluss 44 und der Schnittstellenplatine 104 verwirklicht sein. Ein 24V-Gleichstromeingang 138 kann außerdem zu Zwecken der Energieversorgung von Chip und Schaltung vorgesehen sein. Auch kann eine Lasersicherheitskopplungs-Eingangsleitung 140 vorgesehen sein, wenn eine solche gewünschte Funktion in dem System verwirklicht ist. Die Schnittstellenplatine 104 kann mit Bauteilen und Schaltkreisen zur Bereitstellung von Stromversorgung, einer LED-Statuskontrolle, einem nicht-flüchtigen FPGA-Speicher, GigE-Magnetsystemen und Laserkopplungsfunktionen versehen sein. Die Schnittstellenplatine 104 kann eine Kontroll-LED 142 zur Anzeige des Ein-/Aus-Zustandes Lasers (beispielsweise gelbe LED) und eine Status-LED 144 (beispielsweise mehrfarbig) durch Leitungen 146, 148 steuern. Die Schnittstellenplatine 104 kann ferner die Laserquellen 80, 82 durch Leitungen 150, 152, 154, 156 steuern, die mit Schutzplatinen bzw. Schutzplatten 158, 160 versehen sind. Der Controller 42 kann eine FPGA-Platine 162 aufweisen, die durch einen Bus 164 mit der Schnittstellenplatine 104 verbunden ist. Die FPGA-Platine 162 kann Leitungen 166, 168, 170, 172, 174 zur Kommunikation mit den Bildsensoren 84, 86, der Kamera 50, der Blende 54, der IMU 60 und dem Temperatursensor 56 aufweisen, beispielsweise in der Form flexibler Kabel oder einem SPI (peripheren Serienschnittstellen)-Kabel. Die FPGA-Platine 162 kann Eingangsleitungen 178, 180 zum Empfang von Signalen aus Schutzlinsendetektionssensoren 182, 184 haben, die für die Schutzdüse 98 gedacht sind (wie beispielsweise in 2 gezeigt). Die FPGA-Platine 162 kann zum Durchführen oder Bereitstellen von Bildsensorschnittstelleninformationen, 3D-Erzeugung, Lasersteuerung, Temperaturüberwachung, Schutzlinsendetektion, GigE PHY (physikalische Schicht eines Open-Systems-Vernetzungsmodells) -Kopplung, und IMU-Kopplung programmiert sein. Eine CPU-Platine 186 kann durch einen Bus 188 mit der FPGA-Platine 162 verbunden sein, um verschiedene Rechenfunktionen und weitere Funktionen wie etwa eine 3D-Profil-Kalibrierung, Sichtverarbeitung, Nachverfolgungssteuerung, Inspektionsverarbeitung und Roboterschnittstellenfunktionen bereitstellen. Eine RTC (Echtzeituhr)-Batterieplatine 190 kann durch eine Signalleitung 102 mit der FPGA-Platine 162 verbunden sein, um beispielsweise Zeitaufnahmefunktionen für den Controller 42 bereitzustellen.With reference to 7th becomes a possible embodiment or configuration of the circuits, functions and components of the assembly 2 illustrated. A bidirectional Ethernet 10/100/1000 communications interface link 136 can between the wired connection 44 and the interface board 104 be realized. A 24 V DC input 138 can also be provided for the purpose of supplying power to the chip and circuit. A laser safety coupling input line can also be used 140 be provided when such a desired function is realized in the system. The interface board 104 can with components and Circuits to provide power, an LED status control, a non-volatile FPGA memory, GigE magnet systems and laser coupling functions. The interface board 104 can be a control LED 142 to display the on / off status of the laser (e.g. yellow LED) and a status LED 144 (e.g. multi-colored) through cables 146 , 148 Taxes. The interface board 104 can also use the laser sources 80 , 82 through lines 150 , 152 , 154 , 156 control those with protective boards or protective plates 158 , 160 are provided. The controller 42 can be an FPGA board 162 have that by a bus 164 with the interface board 104 connected is. The FPGA board 162 can lines 166 , 168 , 170 , 172 , 174 for communication with the image sensors 84 , 86 , the camera 50 , the aperture 54 , the IMU 60 and the temperature sensor 56 have, for example in the form of flexible cables or an SPI (peripheral serial interface) cable. The FPGA board 162 can input lines 178 , 180 for receiving signals from protective lens detection sensors 182 , 184 have that for the protective nozzle 98 are intended (such as in 2 shown). The FPGA board 162 can be programmed to perform or provide image sensor interface information, 3D generation, laser control, temperature monitoring, protective lens detection, GigE PHY (physical layer of an open systems networking model) coupling, and IMU coupling. A CPU board 186 can by a bus 188 with the FPGA board 162 be connected to provide various computational functions and other functions such as 3-D profile calibration, vision processing, tracking control, inspection processing, and robot interface functions. An RTC (real time clock) battery board 190 can through a signal line 102 with the FPGA board 162 be connected, for example, to time recording functions for the controller 42 to provide.
Obgleich Ausführungsformen der Erfindung in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht und oben beschrieben wurden, erkennt ein Fachmann, dass an diesen Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.Although embodiments of the invention have been illustrated in the accompanying drawings and described above, one skilled in the art will recognize that modifications can be made to them without departing from the scope of the invention.
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