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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Roboters
nach der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 näher definierten Art.
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Die
hohe Wiederholgenauigkeit von Fertigungsautomaten, wie sie Roboter
darstellen, hat wesentlich dazu beigetragen, daß diese eine intensive Anwendung,
z. B. in der Schweiß-
und Schneidtechnik, bei industriellen Fertigungs- und Montagestraßen finden.
Um die Programmierzeiten an den oft zahlreich vorhandenen Robotern
vor Ort möglichst gering
zu halten, werden Roboter in einem sogenannten Off-Line-Programmierverfahren,
d. h. außerhalb
des späteren
Einsatzortes, mit virtuellen Raumdaten einer angenommenen Raumlage
eines geometrischen Bezugselements programmiert, denen entsprechend
die Steuerung von Bewegungsabläufen
im Einsatz erfolgt.
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Als
sehr problematisch erweist sich jedoch in der Praxis die oftmals
sehr geringe Positioniergenauigkeit der Roboter gegenüber einem
geometrischen Bezugselement wie beispielsweise einer Vorrichtung, an
der der Roboter eine programmierte Kinematik auszuführen hat.
Hier sind stets Abweichungen von einer vorgesehenen Soll- Position anzutreffen,
die sogar um bis zu einige Millimeter betragen können.
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Da
die Genauigkeit der Arbeitsweise von Robotern aber entscheidend
vom Grad der Übereinstimmung
der programmierten virtuellen Welt mit der realen Welt abhängt, können solche
Abweichungen zwischen der virtuellen idealen Roboterposition und der
realen Roboterposition zu erheblichen Qualitätsminderungen oder Fehlfunktionen
führen.
Deshalb wird üblicherweise
bei Robotersystemen mit Off-Line-Programmierung mittels einer Kalibrierung ein
Abgleich zwischen dem realen Roboter und seinem Simulationsmodell
bezüglich
der Raumdaten und mechanischen und kinematischen Parameter geschaffen.
Hierbei werden virtuelle Positionen eines Roboters z. B. gegenüber einer
Vorrichtung oder einem Werkstück
mit den realen Positionen verglichen, um die Abweichungen zu berechnen,
anhand derer Korrekturwerte für
die Lage der programmierten simulierten Modellgeometrien generiert
werden. Die Abweichungskompensation erfolgt durch eine Anpassung
der vorgegebenen Koordinaten in der Robotersteuerung oder im Off-Line-Programmiersystem. Einen
solchen Vorgang der Korrektur bzw. Anpassung bezeichnet man als
Kalibrierung oder Einmessen eines Roboters.
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Zur
Erfassung der Lageabweichungen werden in der Praxis 3-D-Vermessungs-
und Kalibriersysteme eingesetzt, mittels denen definierte Positionen,
sogenannte Referenzpunkte, des geometrischen Bezugselementes wie
z. B. einer Vorrichtung erfaßt
und in Beziehung zu dem Programm des Roboters gesetzt werden.
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Die
Kalibrierung von Objektkoordinaten einer Vorrichtung zu programmierten
Roboterkoordinaten erfolgt in der Praxis häufig derart, daß an einen
Roboterarm ein Koordinatenmeßgerät montiert
wird, welches einen Taster mit einer z. B. kegelförmige Spitze
aufweist. Mit dieser Spitze wird jeweils eine komplementäre Ausformung
an vorzugsweise drei Referenzpunkten an drei definierten Positionen
auf der Vorrichtung nach Augenmaß angefahren. Nach dem Aufsetzen
der Spitze des Tasters kann anhand ihrer Raumlage, welche durch
Meßuhren
erfaßt
werden kann, die Lage der Vorrichtung zum Roboter eindeutig definiert
werden.
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Nachteilig
ist hierbei, daß das
Anfahren des Tasters an die Referenzpunkte nach Augenmaß nicht sehr
genau ist, so daß zu
einem definierten Aufsetzen der Tasterspitze meistens ein zeitaufwendiges mehrmaliges
Wiederholen des Vorganges notwendig ist, welches zu Lasten der Produktionszeit
geht.
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Zudem
besteht stets die Gefahr, daß es
bei einer unbeabsichtigt starken Kontaktierung der Meßstellen
bzw. Referenzpunkte mit dem Roboter und dem daran gehaltenen Meßgerät zu einer
Beschädigung
des empfindlichen Tasters an dem Roboterarm kommen kann, wodurch
teure Meßinstrumente
ausgetauscht werden müssen.
Aber bereits geringe, crashbedingte Deformationen an dem Roboterarm bzw.
dem daran montierten Meßgerät und eventuell an
der Meßstellengeometrie
können
eine unzulässige
Abweichung der realen Koordinaten von den Programmkoordinaten bewirken.
Aus diesem Grund ist nach einer starken Kontaktierung der Meßstelle
zumindest eine Verifikation der Kalibrierung erforderlich, welche
mehrere Stunden Produktionszeit beansprucht.
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Die
EP 0 132 616 B1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Kalibrieren
eines Roboters in allen Bewegungsachsen unter Kompensation der verschiedenen
Achsenfehler. Hierzu trägt
der Roboter an seinem Greifer einen Meßkörper mit bekannten Formen und
Maßen
und hält
diesen an eine Meßaufnahme,
von der Formen, Maße
und Koordinaten ebenfalls als Absolutwerte in einem gemeinsamen
Koordinatensystem bekannt sind. In der Meßaufnahme ist der Meßkörper formschlüssig geführt und
nimmt dort eine definierte Lage ein, in der er von externen Sensorsystemen
vermessen wird. Diese extern vermessenen Koordinaten werden mit
den Koordinaten aus der Robotersteuerung verglichen, und hieraus
wird ein etwaiger Achsfehler korrigiert.
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Nachteilig
ist bei dieser Lösung,
daß eine großen Aufwand
erfordernde genaue Positionierung und Vermessung der Meßaufnahme
und der Sensorsysteme in Bezug auf das gemeinsame Koordinatensystem
nötig ist,
um unerwünschte
Toleranzadditionen zu vermeiden. Darüber hinaus treten in der Endlage
der Meßaufnahme
Kräfte
auf, welche zu elastischen Verformungen des Roboters führen können, die
im entspannten Zustand zu verfälschten
Positionen führen.
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Die
DE 196 16 276 C2 offenbart
ein Verfahren zum Vermessen und Kalibrieren eines mehrachsigen Manipulators,
insbesondere eines sechsachsigen Industrieroboters, mit einer Vermessungseinrichtung,
welche aus einem Meßkörper und
einer optischen Meßeinrichtung
besteht. Bei diesem Verfahren wird zunächst ein Meßkörper an einem Bezugsort, vorzugsweise
einer definierten Stelle auf einer Grundplatte des Manipulators,
vermessen. Anschließend
wird der Meßkörper gegen
den Manipulator ausgetauscht, welcher somit an diesem Bezugsort aufgestellt
wird, und der Meßkörper an
einem Arm des Manipulators befestigt. Darauf wird der Meßkörper an
dem Manipulator in einer angenommenen Null-Stellung seiner Achsen
als auch nach dessen Verfahren in eine vorgegebene Meßposition
vermessen. Die Ist-Lage des Meßkörpers in
der Meßposition wird
mit seiner Soll-Lage
verglichen, wobei aus dieser Lageabweichung die Stellungsdifferenzen
zwischen angenommener und tatsächlicher
Null-Stellung ermittelt werden, welche als Korrekturwerte zur Findung
der tatsächlichen
Null-Stellung des Manipulators und somit zu seiner Kalibrierung
verwendet werden.
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Nachteilig
ist hier, daß die
Vermessung des Manipulators bzw. seiner Position gegenüber einem konstanten
Bezugsort auf aufwendige Weise mit Hilfe eines separaten Meßkörpers erfolgt,
wobei mehrere Meßvorgänge mit
entsprechender Datenauswertung und Datenübermittlung an den Manipulator
notwendig sind.
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In
der deutschen Fachzeitschrift „ROBOTER", Ausgabe Februar
1992, Seiten 50 bis 52, ist in einem Artikel „Wie genau arbeiten Automaten" von Lothar Rademacher
eine Vorrichtung zur Prüfung von
Robotern mittels einer Koordinatenmesseinrichtung beschrieben, wobei
an einem Roboter gehalterte, eine Meßkugel umfassende Meßmittel
und eine Anlage für
diese an wenigstens einem definierten Meßpunkt aufweisende weitere
Meßmittel
an einem geometrischen Bezugselement vorgesehen sind.
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Die
in diesem Artikel beschriebene Vorrichtung ist jedoch nachteilhafterweise
sehr aufwendig gestaltet und insbesondere bei der Verwendung an industriellen
Fertigungs- und Montagestraßen
nur bedingt geeignet. So besteht die in dem Artikel gezeigte Vorrichtung
aus drei teleskopartig veschiebbaren Meßstäben, welche aneinander beweglich
angelenkt sind und mit integrierten Weg-/Längenmeßsystemen
ausgebildet sind. Die drei Meßteleskope,
deren Fußpunkte
an dem geometrischen Bezugselement einen definierten Abstand haben
müssen,
bilden gemeinsam die Anlage für
die Meßkugel
an dem Roboterarm.
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Es
wird somit eine mit drei Meßschiebern teure,
wenig robuste und nur mit großem
Aufwand zu installierende Kalibriervorrichtung vorgeschlagen, bei der
die jeweilige Position der drei vorhandenen Meßschieber nur in einem voll
automatisierten Betrieb ermittelbar ist und deren Versetzung an
ein anderes geometrisches Bezugselement, wie z. B. eine andere Vorrichtung
in einer industriellen Fertigungsstraße, einen erheblichen Zeitaufwand
erfordert.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine robuste und flexibel zu handhabende Vorrichtung
zu schaffen, mit deren Hilfe ein Roboter schnell und genau auf ein
geometrisches Bezugselement, insbesondere auf eine Vorrichtung zur
Aufnahme eines zu bearbeitenden Werkstückes, kalibriert werden kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit einer Vorrichtung zum Kalibrieren eines Roboters mit den
im Patentanspruch 1 aufgeführten
Merkmalen gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
bietet den Vorteil, daß der
Kalibriervorgang des Roboters gegenüber einem geometrischen Bezugselement, wie
es eine Vorrichtung zur Aufnahme eines von dem Roboter zu bearbeitenden
Werkstückes
sein kann, schnell erfolgen kann. Das Heranführen der an dem Roboter gehalterten
Meßmittel
kann nämlich
automatisiert erfolgen, und eine Schädigung der Meßmittel
an dem Roboter bei einer zu starken Kontaktierung mit den Meßmitteln
des geometrischen Bezugselementes wird vermieden, da die Ermittlung
der Lage der an dem Roboter gehalterten Meßmittel seitens der an dem
geometrischen Bezugselement angeordneten Meßmittel erfolgt, wodurch die
Meßmittel an
dem Roboterarm sehr einfach, vorzugsweise mittels einer einfachen
Meßkugel,
ausgeführt
sein können
und kein empfindlicher Taster an dem Roboterarm vorgesehen werden
muß. Die
Kalibrierung erfolgt somit ohne Ausübung nennenswerter Rückstellkräfte auf
den Roboter, womit dieser vor Schädigungen geschützt ist.
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Indem
die Meßmittel
des geometrischen Bezugselementes zur Ermittlung der Lageabweichungen
vorgesehen sind, erfolgt die Messung von Ist-Koordinaten durch stationäre Systeme
und nicht durch dynamisch an einem Roboterarm bewegte Systeme, wodurch
eine größere Einrichtgenauigkeit
erzielbar ist. Durch die erhöhte
Genauigkeit erübrigt
sich ein häufiges
Anfahren bestimmter Meßpunkte
durch den Roboter, so daß auch
hierdurch eine deutliche Zeitersparnis bei der Inbetriebnahme von
Robotern bzw. Roboterprogrammen an einem geometrischen Bezugselement
gegeben ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung,
zu deren Realisierung nur ein Meßschieber erforderlich ist, zeichnet
sich weiterhin durch einen einfachen und gegenüber Störungen unempfindlichen Aufbau
aus.
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Wenn
das geometrische Bezugselement eine Vorrichtung einer industriellen
Fertigungs- oder Montagestraße
darstellt, ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorrichtung,
bei der die den Meßschieber umfassenden
Meßmittel
des geometrischen Bezugselements eine Meßeinheit bilden, eine schnelle
Verschiebe- und Wechselmöglichkeit
von Vorrichtungen, wodurch eine flexiblere Gestaltung von Fertigungs- bzw.
Montagestraßen
möglich
ist.
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Dabei
ist auch bei einem raschen Wechsel des Einsatzortes der Meßeinheit
eine exakte Positionierung gewährleistet,
da das Trägerteil
in einem Kontaktbereich mit dem geometrischen Bezugselement eine
Ausformung aufweist, welche zur genauen Positionierung auf dem geometrischen
Bezugselement mit einem hierin angeordneten Gegenstück korrespondiert.
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Die
einzelnen Elemente der Vorrichtung nach der Erfindung können vorteilhafterweise
konstruktiv sehr einfach ausgeführt
sein, womit sie einerseits leicht zu handhaben sind und andererseits
so robust sind, daß sie
bei gleichbleibender Präzision vielfach
eingesetzt werden können.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes nach
der Erfindung sind der Beschreibung, der Zeichnung und den Patentansprüchen entnehmbar.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Vorrichtung zum Kalibrieren eines Roboters nach der Erfindung ist
in der Zeichnung schematisch vereinfacht dargestellt und wird in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
vereinfachte dreidimensionale Draufsicht auf eine Vorrichtung zur
Aufnahme eines Werkstücks
und einen auf diese Vorrichtung zu kalibrierenden Roboter; und
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2 Meßmittel
zur Anbringung an der Vorrichtung nach 1 in Alleinstellung,
welche Teil einer Vorrichtung zur Kalibrierung des Roboters nach 1 sind.
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Die
Figuren verdeutlichen eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines mehrachsigen
Industrieroboters 1 gegenüber einem geometrischen Bezugselement 2,
welches hier als eine Vorrichtung zur Aufnahme eines in der 1 schematisiert
angedeuteten Werkstückes 3 darstellt.
Zum Kalibrieren des Roboters 1 ist eine Koordinatenmeßeinrichtung
vorgesehen, welche das an sich bekannte Prinzip der Koordinatenmeßtechnik
nutzt. Die Koordianten meßeinrichtung
umfaßt
hierzu an dem Roboter 1 gehalterte Meßmittel 4 und an dem
geometrischen Bezugselement bzw. der Vorrichtung 2 angeordnete
Meßmittel 5.
Die Meßmittel 5 des
geometrischen Bezugselements 2 bilden jeweils an mehreren
definierten Meß- bzw.
Referenzpunkten 6, 7 und 8 eine Anlage
für die an
dem Roboter 1 gehalterten Meßmittel 4, welche durch
den Roboter 1 an die Meßmittel 5 an dem geometrischen
Bezugselement 2 zur Kalibrierung des Roboters 1 herangeführt werden.
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Bei
der in 1 gezeigten Ausführung sind an dem geometrischen
Bezugselement 2 drei Meßpunkte 6, 7, 8 vorgesehen,
welche von dem Roboter 1 und den an einem Greifarm 9 des
Roboters 1 gehalterten Meßmittel 4 zur Kalibrierung
des Roboters 1 angefahren werden. Dadurch, daß die reale
Positionierung eines Roboters zu einem Bezugselement nur durch einzelne
Punkte repräsentiert
wird, kann die Ist-Geometrie die reale Anordnung selbstverständlich nur
annähern.
Während
bei der in 1 und 2 gezeigten
Ausführung
drei Meßpunkte ausreichend
sind, um ein genügend
repäsentatives Abbild
der realen Ordnung zu erhalten, können bei anderen Anwendungsfällen je
nach Anforderung, welche Größenordnung
der Lageabweichungen noch aufgelöst
werden soll, auch mehr Meßpunkte zur
Erzielung eines genaueren Abbilds der realen Anordnung verwendet
werden. In jedem Fall ist eine für ein
Geometrieelement aus mathematischen und meßtechnischen Gründen erforderliche
Mindestpunktzahl einzuhalten.
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Die
Meßmittel 5 des
geometrischen Bezugselements 2 sind gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
an den jeweiligen Meßpunkten 6, 7, 8 identisch
ausgeführt,
wobei sie jeweils durch die an sie herangeführten Meßmittel 4 des Roboters 1 in drei
Koordinatenrichtungen bewegbar sind und an dem jeweiligen Meßpunkt 6, 7, 8 eine
Lagedifferenz der an dem Roboter 1 gehalterten Meßmittel 4 von
einer Vorgabeposition ausgeben. Diese Vorgabeposition stellt einen
zu bestimmenden diskreten Punkt dar, an dem die Abweichungen der
gemessenen Ist-Koordinaten
der an dem Roboter 1 gehalterten Meßmittel 4 von zugeordneten
Soll-Koordinaten in einem Steuerprogramm des Roboters 1 zur
Lagedefinition des Roboters 1 ermittelt werden.
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Um
im Soll-Ist-Vergleich die Lagedifferenz meßtechnisch erfassen zu können, wird
als Bezugssystem, auf das sich alle Raumpunkte beziehen, ein für die Koordinatenmeßtechnik
typisches Drei-Ebenen-Bezugssystem mit karthesischen Koordinaten gewählt. Jedoch
können
alternativ hierzu im Einzelfall auch andere Koordinatensysteme als
die hier bevorzugten karthesischen Koordinatensysteme gewählt werden,
da die prinzipielle Verfahrensweise völlig unabhängig vom Typ des Koordinatensystems ist,
indem die räumliche
Lage der Vorgabepunkte gemessen und dargestellt wird, zumal alle
Koordinatensysteme auf das karthesische Koordinatensystem durch
Koordinatentransformation zurückgeführt werden
können.
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In
einfacheren Ausführungen
kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, daß anstelle eines dreidimensio nalen
Systems ein z.B. nur zweidimensionales System gewählt wird.
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Die
Raumpunkterfassung erfolgt bei der vorliegenden Koordinatenmeßeinrichtung
auf taktile, mechanisch antastende Weise, wozu die an dem Roboter 1 gehalterten
Meßmittel 4 eine
Meßkugel 10 umfassen,
wie sie in 2 näher ersichtlich ist. Eine Meßkugel stellt
das universellste und am häufigsten eingesetzte
Tastelement dar. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, andere
Tastelemente in verschiedenen anderen Formen, z.B. mit einer Scheiben-,
Zylinder- oder Kegelgeometrie, zu verwenden.
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Um
eine definierte Anlage der an dem Roboter 1 gehalterten
Meßmittel 4 an
den jeweiligen Meßmitteln 5 des
geometrischen Bezugselementes 2 zu gewährleisten, ist eine Anlage
entsprechend komplementär
auszugestalten, d.h. im Falle der hier verwendeten Meßkugel 10 ist
die Anlage 11 an den Meßpunkten 6, 7, 8 jeweils
entsprechend konkav ausgeformt.
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Wie
in 2 näher
gezeigt ist, stellt die Anlage 11 für die an dem Roboter 1 gehalterte
Meßkugel 10 an
dem jeweiligen Meßpunkt 6, 7 bzw. 8 eine Spitze
eines Meßschiebers 12 dar,
welcher mindestens in einer Koordinatenrichtung, und bei der gezeigten
Ausführung
in drei Koordinatenrichtungen, beweglich angeordnet ist.
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Mit
Hilfe der Verfahrachsen des Roboters 1 wird durch eine
Relativbewegung zwischen dem Tastsystem der Meßkugel 10 und dem
geometrischen Bezugselement 2 einer der Meßpunkte 6, 7, 8 angetastet,
wobei der Tastkugelmittelpunkt als gemessene Koordinaten im Koordinatensystem
des Roboters 1 einer Auswertesoftware übergeben, welche über eine
Tastkugelradiuskorrektur den Berührpunkt
an der Anlage 11 ermittelt.
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Die
die Ist-Geometrie wiedergebenden Meßdaten im Bezugselement-Koordinatensystem
werden an einem jeweiligen Meßpunkt 6, 7, 8 mit
den Meßmitteln 5 des
geometrischen Bezugselements 2 ermittelt, welche neben
dem Meßschieber 12 wenigstens
eine Meßuhr,
vorzugsweise eine Meßuhr 13, 14, 15 für jede Koordinatenrichtung,
in welche der Meßschieber
bewegbar ist, umfassen. Mittels der Meßuhren 13, 14, 15 wird
die Position des Meßschiebers 12 abgenommen
für den
eine Vorgabeposition bestimmt wird, in der die Lageabweichung der
Meßkugel 10 des
Roboters 1 von ihrer Soll-Position ermittelt wird. Die
Vorgabeposition des Meßschiebers 12 ist
im vorliegenden Fall eine definierte und wiederholt einstellbare „Null"-Position, d.h.,
die Meßuhren 13, 14, 15 sind
derart abgestimmt, daß sie
jeweils in der „Null"-Position des Meßschiebers 12 einen „Null"-Wert ausgeben und
ansonsten die entsprechende Lageabweichung anzeigen.
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Zur
genauen Definition der „Null"-Position des Meßschiebers 12 weist
dieser bei der Ausführung
gemäß 2 eine
nicht näher
ersichtliche Kerbung auf, wobei die Lage des Kerbgrundes bei Übereinstimmung
mit einer horizontalen Achse der zugehörigen Meßuhr 13 die „Null"-Position des Meßschiebers
in z-Richtung definiert.
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Der
Meßschieber 12 ist
bei der in 2 gezeigten Ausführung in
z-Richtung verschieblich in einer Meßschieberaufnahme 18 gelagert,
welche wiederum zur Bestimmung der Lage des Meßschiebers 12 in x-
und y-Richtung in einem auf einem Trägerteil 16 angeordneten
Gehäuse 17 verschieblich
angeordnet ist. Die Lage des Meßschiebers 12 in
x- und y-Richtung wird durch die Meßuhren 14 und 15 ausgegeben.
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Zur "Nullung" der Meßuhren 14 und 15,
welche z. B. nach einem Austausch einer Meßuhr notwendig ist, ist ein
Zentrierring 19 vorgesehen, welcher den Meßschieber 12 bzw.
die Meßschieberaufnahme 18 in
Umfangsrichtung umfaßt
und mit einem kegeligen Ende 19A einenends einen Spalt
zwischen dem Meßschieber 12 bzw.
der Meßschieberaufnahme 18 und
einem Innendurchmesser des Gehäuses 17,
in dem Meßschieber 12 mit
dem Meßschieberaufnahme 18 in
x- und y-Richtung beweglich ist, abdeckt. Anderenends weist der
Zentrierring 19 einen nicht näher dargestellten ringzylindrischen
Ansatz auf, dessen Wandstärke
im wesentlichen der Dicke des Spaltes zwischen Meßschieberaufnahme 18 und Innenwandung
des Gehäuses 17 entspricht,
so daß nach
Lösen eines
Sicherungsringes und Drehen des kegeligen Endes 19A des
Zentrierringes 19 dieser in den Spalt einführbar ist
und dabei die „Null"-Position des Meßschiebers 12 in
x- und y-Richtung definiert.
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Das
Trägerteil 16,
welches die jeweils eine Meßeinheit
an einem Meßpunkt 6, 7, 8 bildenden Meßmittel 5 des
geometrischen Bezugselements 2 trägt, ist säulenartig ausgebildet und auf
dem geometrischen Bezugselement bzw. der Vorrichtung 2 montiert.
Das Trägerteil 16 ist
dabei rotationssymmetrisch mit einer in der 2 nicht
weiter ersichtlichen Zentralbohrung ausgebildet, deren Achse die
z-Achse des Meßschiebers 12 in
seiner „Null"-Position bildet und
mit einer Achse einer korrespondierenden, rotationssymmetrischen
Aufnahme für
das Trägerteil 16 an
dem geometrischen Bezugselement 2 fluchtet. In einem Kontaktbereich
mit der Vorrichtung 2 weist das Trägerteil 16 jeweils
einen Fuß 20 auf,
welcher wiederum eine Ausformung aufweist, welche zur genauen Positionierung
auf dem geometrischen Bezugselement bzw. der Vorrichtung 2 mit
einem hieran ausgebildeten Gegenstück korrespondiert. Bei der
in 2 gezeigten Ausführung sind die Ausformung und
ihr korrespondierendes Gegenstück
durch eine Paßbohrung 21 entlang
der z-Achse und einen darin eingesetzten Zentrierstift 22 gebildet.
Der zentrierstift 22 kann selbstverständlich an eines der beiden
zu verbindenden Teile angeformt sein und in eine entsprechende Paßbohrung
des Gegenstückes
eingreifen.
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Das
Trägerteil 16 und
die durch die Meßmittel 5 gebildete
Meßeinheit
bilden an jedem Meßpunkt 6, 7, 8 eine
Art Meßständer mit
hoher Steifigkeit, weshalb eine hohe Meßgenauigkeit gegeben ist.
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Betrachtet
man die Funktionsweise der aufgezeigten Vorrichtung zum Kalibrieren
des Roboters 1, so wird die an dem Roboter 1 gehalterte
Meßkugel 10 an
die Meßmittel 5 der
als geometrisches Bezugselement dienenden Vorrichtung 2 herangeführt, wobei
die Meßkugel 10 mittels
des Roboters 1 an den Meßmitteln 5 der Vorrichtung 2 bzw.
der Spitze des Meßschiebers 12 in
eine von den Meßmitteln 5 der Vorrichtung 2 ermittelte,
vordefinierte Vorgabeposition gebracht wird. Nach Erreichen der
durch die Robotersteuerung vorgegebenen Koordinaten der Vorgabeposition
werden die Ist-Koordinaten der Meßkugel 10 in der Vorgabeposition
gemessen und mit zugeordneten Soll-Koordinaten in dem Steuerprogramm
des Roboters 1 verglichen. Die sich dabei ergebenden Lagedifferenzen
werden zur Korrektur der Lagedefinition des Roboters 1 verwendet.
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Besonders
einfach ist es, wenn der Roboter 1 solange verfahren wird,
bis sämtliche
Meßuhren 13, 14, 15 wieder
auf Null stehen und somit anzeigen, daß der Vorgabepunkt erreicht
ist.
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Anschließend kann
die Übernahme
der Koordinaten des Vorgabepunktes entsprechend der tatsächlichen
Stellung des Roboters 1 in dessen Steuerprogramm vorgenommen
werden und ein Abgleich mit einem Off-Lineprogrammierten Ausführungsprogramm
erfolgen.
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Die
aufgezeigte Vorrichtung sowie das vorgestellte Verfahren zur Kalibrierung
des Roboters 1 kann in unterschiedlichen Automatisierungsstufen ausgeführt sein.
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So
kann die Heranführung
der an dem Greifarm 9 des Roboters 1 gehalterten
Meßkugel 10 an die
Spitze des jeweiligen Meßschiebers 12 sowohl handgeführt als
auch automatisiert erfolgen. Die Meßdatenauswertung und Protokollierung
kann ebenfalls von Hand durch Ablesen der Meßuhren und entsprechende Auswertung
als auch rechnergestützt in
einem vollautomatischen Betrieb erfolgen. In letzterem Fall werden
die an den Meßuhren
abgenommenen Werte elektronisch ausgewertet und an das Steuerprogramm
des Roboters 1 weitergegeben, so daß der Roboter die „Null"-Position der Meßuhren automatisiert
finden kann. Hierzu werden in einer Steuer- und Rechnereinheit des
Roboters die von den Meßuhren 13, 14, 15 ermittelten
Ist-Koordinaten elektronisch mit vorgegebenen Soll-Koordinaten verglichen,
wobei letztere bei der hier gezeigten Ausführung die „Null"-Position der Meßuhren 13, 14, 15 definieren.
Nach dem Vergleich mit den zugeordneten Soll-Koordinaten gibt das
Steuerprogramm des Roboters 1 diesem solange eine Korrekturbewegung vor,
bis die an dem Roboter 1 gehalterte Meßkugel 10 ihre Vorgabeposition
an der Vorrichtung 2, d.h. die „Null"-Position der Meßluhren 13, 14, 15 erreicht.
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Es
versteht sich, daß die
vorgestellte Koordinatenmeßeinrichtung
neben den beschriebenen mechanischen Elementen zusätzliche
Gerätebaugruppen,
Antriebe, Längenmeß- und Tastsysteme,
Rechner-Steuergeräte
und Peripheriegeräte
zur Ausgabe der Meßergebnisse
sowie eine problemorientierte Meßsoftware umfassen kann. Bei
der Software können
wiederum geeignete Komponenten zur Auswertung und Protokollierung
von Meßdaten,
zur Meßab laufplanung
und -steuerung sowie zur Kommunikation mit externen Datenverarbeitungssystem
verwendet werden. Wenngleich bei der gezeigten Ausführung Tastsysteme
verwendet werden, die auf dem mechanischen, taktilen Antast-Prinzip
beruhen, können
selbstverständlich
beispielsweise ergänzend auch
optische Systeme Anwendung finden.
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In
jedem Fall wird mit der Erfindung eine Kalibrierhilfe geschaffen,
welche mit konstruktiv definierten Vorgabepunkten arbeitet, welche überprüfbar und
einstellbar sind. Eine solch einfache Kalibrierhilfe mit einem konstruktiv
vordefinierten Vorgabepunkt ermöglicht
eine hohe Einrichtgenauigkeit sowie eine signifikante Zeitersparnis
bei der Inbetriebnahme von Robotern bzw. Roboterprogrammen. Darüber hinaus zeichnet
sich die beschriebene Vorrichtung und das aufgezeigte Verfahren
dadurch aus, daß es
eine schnelle Verschiebe- und/oder
Wechselmöglichkeit von
geometrischen Bezugselementen, wie z.B. Vorrichtungen zur Aufnahme
von Werkstücken,
ermöglicht.
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- 1
- Roboter
- 2
- geometrisches
Bezugselement, Vorrichtung
- 3
- Werkstück
- 4
- an
Roboter gehalterte Meßmittel
- 5
- an
geometrischem Bezugselement angeordnete Meßmit
-
- tel
- 6
- Meßpunkt
- 7
- Meßpunkt
- 8
- Meßpunkt
- 9
- Greifarm
- 10
- Meßkugel
- 11
- Anlage
für Meßkugel
- 12
- Meßschieber
- 13
- Meßuhr
- 14
- Meßuhr
- 15
- Meßuhr
- 16
- Trägerteil
- 17
- Gehäuse
- 18
- Meßschieberaufnahme
- 19
- Zentrierring
- 19A
- kegeliges
Ende des Zentrierrings
- 20
- Fuß des Trägerteils
- 21
- Ausformung,
Paßbohrung
- 22
- Gegenstück Ausformung,
Zentrierstift