DE112019004129T5 - Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, das einen Ausrichtungssensor zur Verwendung mit einem Roboter enthält - Google Patents

Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, das einen Ausrichtungssensor zur Verwendung mit einem Roboter enthält Download PDF

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DE112019004129T5
DE112019004129T5 DE112019004129.0T DE112019004129T DE112019004129T5 DE 112019004129 T5 DE112019004129 T5 DE 112019004129T5 DE 112019004129 T DE112019004129 T DE 112019004129T DE 112019004129 T5 DE112019004129 T5 DE 112019004129T5
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DE112019004129.0T
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Kim Atherton
Michael Nahum
Casey Edward Emtman
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Mitutoyo Corp
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Mitutoyo Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems

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Abstract

Ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem (SMPD-System) wird mit einem Roboter verwendet. Die „Robotergenauigkeit“ (z. B. zum Steuern und Erfassen einer Endwerkzeugposition eines Endwerkzeugs, das nahe an einem distalen Ende seiner Bewegungsarmkonfiguration montiert ist) verwendet Roboterpositionssensoren, die im Roboter enthalten sind, als Grundlage. Das SMPD-System enthält eine Bildgebungskonfiguration und eine XY-Skala und einen Ausrichtungssensor zum Erfassen einer Ausrichtung/Fehlausrichtung dazwischen und einen Bildauslöseabschnitt und Bildverarbeitungsabschnitt. Eine der XY-Skala oder der Bildgebungskonfiguration ist an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt und die andere ist an ein ortsfestes Element (z. B. ein Rahmen über dem Roboter) gekoppelt. Die Bildgebungskonfiguration erfasst ein Bild der XY-Skala mit bekannter Ausrichtung/Fehlausrichtung, das verwendet wird, um Messtechnikpositionskoordinaten zu bestimmen, die die Endwerkzeugposition mit einem Genauigkeitsgrad angeben, der besser als die Robotergenauigkeit ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
  • Diese Anmeldung ist eine Teilfortführungsanmeldung der US-Patentanmeldung Nr. 16/146,640 , eingereicht am 28. September 2018, die eine Teilfortführungsanmeldung der US-Patentanmeldung Nr. 16/104,033 , eingereicht am 16. August 2018, ist, deren Offenbarungen hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
  • HINTERGRUND
  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung bezieht sich auf Robotersysteme und insbesondere auf Systeme zum Bestimmen von Koordinaten einer Endwerkzeugposition eines Roboters.
  • Beschreibung des verwandten Gebiets
  • Robotersysteme werden zunehmend zur Produktion und für weitere Prozesse verwendet. Verschiedene Typen von Robotern, die verwendet werden können, enthalten gelenkig gelagerte Roboter, Roboter mit gelenkig gelagertem Roboterarm mit wahlweiser Nachgiebigkeit (SCARA-Roboter), kartesische Roboter, zylindrische Roboter, kugelförmige Roboter usw. Als ein Beispiel von Komponenten, die in einem Roboter enthalten sein können, kann ein SCARA-Robotersystem (das z. B. ein Typ eines gelenkig gelagerten Robotersystems sein kann) typischerweise eine Basis besitzen, wobei ein erster Armabschnitt drehend an die Basis gekoppelt ist und ein zweiter Armabschnitt an ein Ende des ersten Armabschnitts drehend gekoppelt ist. In mehreren Konfigurationen kann ein Endwerkzeug an ein Ende des zweiten Armabschnitts gekoppelt sein (z. B. zum Durchführen bestimmter Arbeits- und/oder Prüfvorgänge). Derartige Systeme können Positionssensoren (z. B. Drehgeber) enthalten, die zum Bestimmen/Steuern der Positionierung der Armabschnitte und entsprechend der Positionierung des Endwerkzeugs verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen können derartige Systeme eine Positioniergenauigkeit von etwa 100 Mikrometern besitzen, die durch bestimmte Faktoren (z. B. die Drehgeberleistungsfähigkeit in Kombination mit der mechanischen Stabilität des Robotersystems usw.) beschränkt ist.
  • Das US-Patent Nr. 4,725,965 , das hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist, offenbart bestimmte Kalibriertechniken zum Verbessern der Genauigkeit eines SCARA-Systems. Wie im '965-Patent beschrieben ist, wird eine Technik zum Kalibrieren eines Roboters des SCARA-Typs, der einen ersten drehbaren Armabschnitt und einen zweiten drehbaren Armabschnitt, der ein Endwerkzeug führt, umfasst, geschaffen. Die Kalibriertechnik nimmt Bezug auf die Tatsache, dass der SCARA-Roboter unter Verwendung eines kinematischen Modells gesteuert werden kann, das, wenn es genau ist, ermöglicht, dass die Armabschnitte sowohl in einer ersten als auch einer zweiten Winkelkonfiguration angeordnet werden, wobei das Endwerkzeug, das durch den zweiten Armabschnitt geführt wird, bei derselbe Position verbleibt. Um das kinematische Modell zu kalibrieren, werden die Armabschnitte in einer ersten Konfiguration angeordnet, um das Endwerkzeug über einem Festpunkt anzuordnen. Dann werden die Armabschnitte in einer zweiten Winkelkonfiguration angeordnet, um das Endwerkzeug erneut nominell in Deckung mit dem Festpunkt anzuordnen. Der Fehler im kinematische Modell wird aus dem Versatz der Position des Endwerkzeugs vom Festpunkt berechnet, wenn die Armabschnitte von der ersten zur zweiten Winkelkonfiguration umgeschaltet werden. Das kinematische Modell wird dann in Übereinstimmung mit dem berechneten Fehler ausgeglichen. Die Schritte werden wiederholt, bis der Fehler null erreicht, woraufhin das kinematische Modell des SCARA-Roboters als kalibriert betrachtet wird.
  • Wie ferner im '965-Patent beschrieben ist, kann die Kalibriertechnik die Verwendung bestimmter Kameras enthalten. Zum Beispiel kann in einer Implementierung der Festpunkt das Zentrum des Sichtbereichs einer ortsfesten Fernsehkamera (d. h. auf dem Boden unter dem Endwerkzeug angeordnet) sein und das Ausgangssignal der Kamera kann verarbeitet werden, um den Versatz der Position des Endwerkzeugs vom Zentrum des Sichtbereichs der Kamera zu bestimmen, wenn die Verbindungen von der ersten zur zweiten Konfiguration geschaltet werden. In einer weiteren Implementierung kann der zweite Armabschnitt eine Kamera führen und die Technik kann beginnen, indem die Armabschnitte in einer ersten Winkelkonfiguration angeordnet werden, bei der ein zweiter vorgegebener Innenwinkel zwischen den Armabschnitten gemessen wird, um die Kamera, die durch den zweiten Armabschnitt geführt wird, direkt über einem Festpunkt zu zentrieren. Die Armabschnitte sind dann in einer zweiten Winkelkonfiguration angeordnet, bei der ein Innenwinkel gleich dem zweiten vorgegebenen Innenwinkel zwischen den Armabschnitten gemessen wird, um die Kamera erneut nominell über dem Festpunkt zu zentrieren. Das Ausgangssignal der Kamera wird dann verarbeitet, um den Versatz der Position des Festpunkts, wie er durch die Kamera gesehen wird, nach dem Schalten der Armabschnitte von der ersten zur zweiten Winkelkonfiguration zu bestimmen. Der Fehler der bekannten Position der Kamera wird dann in Übereinstimmung mit dem Versatz der Position des Festpunkts, wie er durch die Kamera gesehen wird, bestimmt. Die Schritte werden dann als Teil des Kalibrierprozesses wiederholt, bis der Fehler sich null nähert.
  • Während Techniken wie z. B. die, die im '965-Patent beschrieben sind, zum Kalibrieren eines Robotersystems verwendet werden können, kann es in bestimmten Anwendungen weniger wünschenswert sein, derartige Techniken (die z. B. eine erhebliche Zeit erfordern können und/oder keinen gewünschten Genauigkeitsgrad für alle möglichen Orientierungen eines Roboters während bestimmter Operationen liefern können usw.) zu verwenden. Ein Robotersystem, das Verbesserungen im Hinblick auf derartige Probleme (z. B. zum Erhöhen der Zuverlässigkeit, der Wiederholbarkeit, der Geschwindigkeit usw. der Positionsbestimmung während Werkstückmessungen und weiteren Prozessen) schaffen kann, wäre wünschenswert.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG
  • Diese Zusammenfassung ist vorgesehen, um eine Auswahl von Konzepten in einer vereinfachten Form einzuführen, die ferner in der genauen Beschreibung unten beschrieben sind. Diese Zusammenfassung ist nicht vorgesehen, um Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, noch ist sie vorgesehen, um als eine Hilfe beim Bestimmen des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet zu werden.
  • Ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem ist zur Verwendung in Verbindung mit einem Roboter als Teil eines Robotersystem vorgesehen. Der Roboter (z. B. ein gelenkig gelagerter Roboter, ein SCARA-Roboter, ein kartesischer Roboter, ein zylindrischer Roboter, ein kugelförmiger Roboter usw.) enthält eine Bewegungsarmkonfiguration und ein Bewegungssteuersystem. Die Bewegungsarmkonfiguration enthält eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet. Der Roboter ist konfiguriert die Bewegungsarmkonfiguration zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen. Das Bewegungssteuersystem ist konfiguriert, eine Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Position der Bewegungsarmkonfiguration unter Verwendung mindestens eines Positionssensors (z. B. ein Drehgeber, ein Lineargeber usw.), der im Roboter enthalten ist, zu steuern.
  • Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem enthält eine erste Bildgebungskonfiguration, eine XY-Skala, eine Betriebsausrichtungsuntersystem, das mindestens einen Ausrichtungssensor umfasst, einen Bildauslöseabschnitt und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt. Die erste Bildgebungskonfiguration enthält eine erste Kamera und besitzt eine optische Achse. In verschiedenen Implementierungen kann das Betriebsausrichtungsuntersystem ferner eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration umfassen, wie unten genauer beschrieben wird. Die XY-Skala enthält ein nominell ebenes Substrat und mehrere jeweilige abbildbare Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale sich bei jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden. Eine Skalenebene kann derart definiert sein, dass sie nominell mit dem planaren Substrat der XY-Skala übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene kann als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert sein. Der Ausrichtungssensor befindet sich nahe an der ersten Kamera und ist in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera montiert und der Ausrichtungssensor ist konfiguriert, ein Ausrichtungssignal zu liefern, das die Skalenbildgebungsachsenrichtung angibt. Der Bildauslöseabschnitt ist konfiguriert, mindestens ein Eingangssignal, das zu der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs in Beziehung steht, einzulesen und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration auszugegeben. Die erste Bildgebungskonfiguration ist konfiguriert, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen. Der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt ist konfiguriert, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala eine inkrementelle Skala oder eine absolute Skala sein.
  • In verschiedenen Implementierungen, in denen das Betriebsausrichtungsuntersystem eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration umfasst, ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit einer beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist, konfiguriert. Die andere der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration ist an ein ortsfestes Element nahe an dem Roboter gekoppelt. Die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration definiert eine erste Bezugsposition.
  • In derartigen Implementierungen ist das Robotersystem konfiguriert, das Betriebsausrichtungsuntersystem und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration zu betreiben, um eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen, wobei die XY-Skala und die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung, wie durch das Ausrichtungssignal angegeben wird, angeordnet sind und die Skalenebene sich im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung befindet.
  • In derartigen Implementierungen ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert, dass dann, wenn die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die Bewegungsarmkonfiguration mit der XY-Skala in einem Sichtfeld der ersten Bildgebungskonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt betreibbar ist, Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild zu bestimmen. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, an.
  • In derartigen Implementierungen kann die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration mindestens ein erstes Drehelement umfassen, das sich um eine erste Drehachse dreht, die nominell parallel zur Skalenebene ist, wenn die XY-Skala die Bewegliche ist, und nominell senkrecht zur optischen Achse ist, wenn die erste Bildgebungskonfiguration die Bewegliche ist. Die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration kann ferner mindestens ein zweites Drehelement umfassen, das sich um eine zweite Drehachse dreht, die nominell senkrecht zur ersten Drehachse ist. Gemäß einer hier verwendeten Konvention werden zwei Achsen, die derart orientiert sind, dass das Skalarprodukt ihrer Richtungsvektoren null ist, als orthogonal verstanden, ungeachtet dessen, ob sie sich schneiden oder nicht. In einigen derartigen Implementierungen können das erste und das zweite Drehelement in der Bewegungsarmkonfiguration enthalten sein. In weiteren derartigen Implementierungen können das erste und das zweite Drehelement in einer getrennten Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet, enthalten sein.
  • In verschiedenen Implementierungen, in denen das Betriebsausrichtungsuntersystem keine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration umfasst, ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit einer beweglichen XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt ist, konfiguriert. Die weitere des XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration ist an ein ortsfestes Element nahe an dem Roboter gekoppelt. Die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration definiert eine erste Bezugsposition.
  • In derartigen Implementierungen ist das Robotersystem konfiguriert, mindestens eine nominelle Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen, wobei in der nominellen Betriebskonfiguration die XY-Skala und/oder die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration nominell parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung (z. B. auf der Grundlage der Robotergenauigkeit) und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet angeordnet sind. Das Robotersystem ist ferner konfiguriert, das Betriebsausrichtungsuntersystem zu betreiben, um eine verbleibende Fehlausrichtung zwischen der optischen Achse und der Skalenbildgebungsachse, wie durch das Ausrichtungssignal, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, angegeben wird, (z. B. mit einer Genauigkeit, die besser als die Robotergenauigkeit ist) zu bestimmen.
  • In derartigen Implementierungen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert sein, dass dann, wenn die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in der nominellen Betriebskonfiguration angeordnet sind und die Bewegungsarmkonfiguration mit der XY-Skala in einem Sichtfeld der ersten Bildgebungskonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt betreibbar ist, das digitale Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit zu erfassen und eine entsprechende verbleibende Fehlausrichtung zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem kann dann einen ersten Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente des ersten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, auf der Grundlage einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung bestimmen. VIELLEICHT IST DAS NICHT GANZ KORREKT? DIE AKTUELLSTE ANSPRUCHSVERSION ÜBERPRÜFEN Der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt kann ferner konfiguriert sein, einen zweitem Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage des ersten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente des zweiten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, zu bestimmen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann der Ausrichtungssensor konfiguriert sein, einen Ausrichtungsstrahl zur XY-Skala auszugegeben und einen davon reflektierten Ausrichtungsstrahl auf einem positionsempfindlichen Detektor des Ausrichtungssensors zu empfangen und das Ausrichtungssignal auf der Grundlage mindestens einer Ausgabe des positionsempfindlichen Detektors bereitzustellen.
  • In verschiedenen Implementierungen ist die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in einer festen Beziehung zu der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration und/oder einem Endwerkzeug, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, konfiguriert.
  • In verschiedenen Implementierungen ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem konfiguriert, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs und der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration zu bestimmen.
  • In verschiedenen Implementierungen ist der Roboter konfiguriert, das Endwerkzeug und die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in einer Ebene parallel zur Skalenebene zu bewegen, während das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem sich in der Betriebskonfiguration befindet.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem entweder in einem Roboterpositionskoordinatenmodus oder in einem ergänzenden Messtechnikpositionskoordinatenmodus betrieben werden. Der Roboterpositionskoordinatenmodus kann einem unabhängigen und/oder einem normalen Betriebsmodus für den Roboter (z. B. ein Modus, in dem der Roboter unabhängig betrieben wird, wie z. B. wenn ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem nicht aktiv ist oder auf andere Weise nicht vorgesehen ist) entsprechen. Im Roboterpositionskoordinatenmodus werden die Roboterbewegungen und die entsprechende Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs mit dem Genauigkeitsgrad, der als die Robotergenauigkeit definiert ist (d. h. unter Verwendung der Positionssensoren, die im Roboter enthalten sind), gesteuert und bestimmt. Umgekehrt können im ergänzenden Messtechnikpositionskoordinatenmodus Messtechnikpositionskoordinaten bestimmt werden, die die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zu einer Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit (z. B. besser als die Genauigkeit der Positionssensoren, die im Roboter enthalten sind) ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, angeben. In verschiedenen Implementierungen können dann bestimmte Positionsinformationen (z. B. die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position angeben, die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs und/oder weitere in Beziehung stehende bestimmte Positionsinformationen) zum Durchführen einer festgelegten Funktion (z. B. als Teil von Werkstückmessungen, eine Positioniersteuerung des Roboters usw.) verwendet werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm einer ersten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, das einen gelenkig gelagerten Roboter und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, das eine erste beispielhafte Implementierung eines Betriebsausrichtungsuntersystems gemäß hier offenbarten Prinzipien enthält, enthält;
    • 2A ist ein isometrisches Diagramm einer zweiten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems ähnlich dem Robotersystem von 1, wobei eine erste Bildgebungskonfiguration und ein Ausrichtungssensor eines Betriebsausrichtungsuntersystems an ein ortsfestes Element gekoppelt sind;
    • 2B ist ein isometrisches Diagramm des Robotersystems von 2A, das bestimmte Fehler, die durch den Ausrichtungssensor angezeigt werden können, veranschaulicht;
    • 3A ist ein isometrisches Diagramm einer dritten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, in dem eine XY-Skala an ein ortsfestes Element gekoppelt ist und eine erste Bildgebungskonfiguration und ein Ausrichtungssensor eines Betriebsausrichtungsuntersystems an ein sich bewegendes Element gekoppelt sind;
    • 3B ist ein isometrisches Diagramm des Robotersystems von 3A, das bestimmte Fehler, die durch den Ausrichtungssensor angezeigt werden können, veranschaulicht;
    • 4 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer inkrementellen XY-Skala;
    • 5 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer absoluten XY-Skala;
    • 6 ist ein Flussidagramm, das eine erste beispielhafte Implementierung einer Routine zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Roboter und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, wie hier offenbart wird, enthält, veranschaulicht;
    • 7 ist ein Flussidagramm, das eine erste beispielhafte Implementierung einer Routine zum Bestimmen einer Endwerkzeugposition veranschaulicht, wobei Roboterpositionssensoren während eines ersten Abschnitts eines Bewegungszeitablaufs verwendet werden können und eine bestimmte relative Position eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems während eines zweiten Abschnitts eines Bewegungszeitablaufs verwendet werden kann;
    • 8 ist ein Blockdiagramm einer vierten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, das einen gelenkig gelagerten Roboter und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, das eine zweite beispielhafte Implementierung eines Betriebsausrichtungsuntersystems gemäß Prinzipien, die hier offenbart werden, enthält, enthält;
    • 9 ist ein isometrisches Diagramm eines Abschnitts einer fünften beispielhaften Implementierung eines Robotersystems ähnlich dem Robotersystem von 8, das einen gelenkig gelagerten Roboter enthält, wobei eine erste Bildgebungskonfiguration und ein Ausrichtungssensor eines Betriebsausrichtungsuntersystems an ein ortsfestes Element gekoppelt sind und wobei der Ausrichtungssensor eine Betriebsausrichtung einer XY-Skala, die sich auf einem sich bewegenden Element befindet, reguliert;
    • 10 ist ein isometrisches Diagramm eines Abschnitts einer sechsten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems, das einen gelenkig gelagerten Roboter enthält, wobei eine erste Bildgebungskonfiguration und ein Ausrichtungssensor eines Betriebsausrichtungsuntersystems an ein sich bewegendes Element gekoppelt sind und wobei der Ausrichtungssensor die Betriebsausrichtung der ersten Bildgebungskonfiguration in Bezug auf eine XY-Skala, die sich auf einem ortsfesten Element befindet, reguliert;
    • 11 ist ein Flussidagramm, das eine zweite beispielhafte Implementierung einer Routine zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Roboter und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, wie hier offenbart wird, enthält, veranschaulicht;
    • 12 ist ein isometrisches Diagramm, das einen Abschnitt einer Implementierung eines Robotersystems ähnlich dem Robotersystem von 2A und 2B zeigt, wobei eine XY-Skala und ein Ausrichtungssensor und eine Ausrichtungsaktorkonfiguration eines Betriebsausrichtungsuntersystems an ein sich bewegendes Element gekoppelt sind und der Ausrichtungssensor und der Ausrichtungsaktor verwendet werden, um die Betriebsausrichtung der XY-Skala in Bezug auf eine Bildgebungskonfiguration, die sich an einem ortsfesten Element befindet, zu regulieren;
    • 13 ist ein isometrisches Diagramm, das einen Abschnitt einer Implementierung eines Robotersystems ähnlich dem Robotersystem von 2A und 2B zeigt, wobei eine Bildgebungskonfiguration und ein Ausrichtungssensor und eine Ausrichtungsaktorkonfiguration eines Betriebsausrichtungsuntersystems an ein sich bewegendes Element gekoppelt sind und der Ausrichtungssensor und der Ausrichtungsaktor verwendet werden, um die Betriebsausrichtung der Bildgebungskonfiguration in Bezug auf eine XY-Skala, die sich auf einem ortsfesten Element befindet, zu regulieren; und
    • 14 ist ein Diagramm einer ersten beispielhaften Konfiguration für einen Ausrichtungssensor, der in verschiedenen Implementierungen eines Betriebsausrichtungsuntersystems gemäß hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • 1 ist ein Blockdiagramm einer ersten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 100, das einen gelenkig gelagerten Roboter 110 und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 enthält. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 ist derart gezeigt, dass es eine erste beispielhafte Implementierung eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS enthält, das mindestens einen Ausrichtungssensor ASen umfasst, der mit Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190 verbunden ist, wie unten genauer beschrieben wird.
  • Der gelenkig gelagerte Roboter 110 enthält einen ersten und einen zweiten Armabschnitt 120 und 130, ein erstes und ein zweites Drehgelenk 125 und 135, Positionssensoren SEN1 und SEN2, eine Endwerkzeugkonfiguration ETCN und ein System 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Roboterbewegungen. Der erste Armabschnitt 120 ist am ersten Drehgelenk 125 bei einem nahe gelegenen Ende PE1 des ersten Armabschnitts 120 montiert. Das erste Drehgelenk 125 (das sich z. B. bei einem oberen Ende eines tragenden Basisabschnitts BSE befindet) besitzt eine Drehachse RA1, die in einer z-Achsenrichtung derart ausgerichtet ist, dass der erste Armabschnitt 120 sich in einer x-y-Ebene, die senkrecht zur z-Achse ist, um das erste Drehgelenk 125 bewegt. Das zweite Drehgelenk 135 befindet sich bei einem distalen Ende DE1 des ersten Armabschnitts 120. Die Drehachse RA2 des zweiten Drehgelenks 135 ist nominell in der z-Achsenrichtung ausgerichtet. Der zweite Armabschnitt 130 ist am zweiten Drehgelenk 135 bei einem nahe gelegenen Ende PE2 des zweiten Armabschnitts 130 derart montiert, dass der zweite Armabschnitt 130 sich in einer x-y-Ebene, die nominell senkrecht zur z-Achse ist, um das zweite Drehgelenk 135 bewegt. In verschiedenen Implementierungen können die Positionssensoren SEN1 und SEN2 (z. B. die Drehgeber) zum Bestimmen der Winkelstellungen (d. h. in der x-y-Ebene) des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 und 130 um das erste und das zweite Drehgelenk 125 bzw. 135 verwendet werden.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugkonfiguration ETCN einen Z-Bewegungsmechanismus ZMM, einen Z-Armabschnitt ZARM, einen Positionssensor SEN3 und einen Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP, der an ein Endwerkzeug ETL koppelt, enthalten. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN und einen Endwerkzeugeingabestift ETST mit einem Messpunkt MP (z. B. zum Berühren einer Oberfläche eines Werkstücks WP) enthalten. Der Z-Bewegungsmechanismus ZMM befindet sich nahe an dem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130. Der Z-Bewegungsmechanismus ZMM (z. B. ein geradliniger Aktor) ist konfiguriert, den Z-Armabschnitt ZARM in der z-Achsenrichtung aufwärts und abwärts zu bewegen. In einigen Implementierungen kann der Z-Armabschnitt ZARM auch konfiguriert sein, sich um eine Achse parallel zur z-Achsenrichtung zu drehen. In jedem Fall ist das Endwerkzeug ETL beim Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP gekoppelt und besitzt eine entsprechende Endwerkzeugposition ETP mit entsprechenden Koordinaten (z. B. x-, y- und z-Koordinaten). In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugposition ETP dem distalen Ende DE3 des Z-Armabschnitts ZARM entsprechen oder ihm nahe sein (z. B. bei oder nahe an dem Endwerkzeugkopplungsabschnitt ETCP).
  • Das Bewegungssteuersystem 140 ist konfiguriert, die Endwerkzeugposition ETP des Endwerkzeugs ETL mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, zu steuern. Insbesondere ist das Bewegungssteuersystem 140 im Allgemeinen konfiguriert, die x- und y-Koordinaten der Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Winkelstellungen (d. h. in der x-y-Ebene) des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 und 130 um das erste und das zweite Drehgelenk 125 bzw. 135 unter Verwendung der Positionssensoren SEN1 und SEN2 zu steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das System 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Bewegungen einen ersten und einen zweiten Abschnitt 141 und 142 zum Steuern und Erfassen von Drehgelenken enthalten, die Signale von den Positionssensoren SEN1 bzw. SEN2 zum Erfassen der Winkelstellungen des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 und 130 empfangen können und/oder Steuersignale (z. B. zu Motoren usw.) an dem ersten und dem zweiten Drehgelenk 125 und 135 zum Drehen des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 und 130 liefern können.
  • Zusätzlich ist das Bewegungssteuersystem 140 im Allgemeinen konfiguriert, die z-Koordinate der Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der geradlinigen Position (d. h. entlang der z-Achse) des Z-Armabschnitts ZARM unter Verwendung des Z-Bewegungsmechanismus ZMM und des Positionssensors SEN3 zu steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das System 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Bewegungen einen Abschnitt 143 zum Steuern und Erfassen von Z-Bewegungsmechanismen enthalten, der Signale vom Positionssensor SEN3 zum Erfassen der geradlinigen Position des Z-Armabschnitts ZARM empfangen kann und/oder Steuersignale zum Z-Bewegungsmechanismus ZMM (z. B. ein geradliniger Aktor) liefern kann, um die z-Position des Z-Armabschnitts ZARM zu steuern.
  • Das System 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Bewegungen kann außerdem Signale vom Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN empfangen. In verschiedenen Implementierungen kann der Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN eine Schaltungsanordnung und/oder eine Konfigurationen enthalten, die mit dem Betrieb des Endwerkzeugs ETL zum Erfassen eines Werkstücks WP in Beziehung stehen. Wie unten genauer beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen das Endwerkzeug ETL (z. B. ein Messtaster, eine Tastsonde, eine Kamera usw.) zum Berühren oder auf andere Weise Erfassen von Oberflächenorten/-positionen/-punkten auf einem Werkstück WP verwendet werden, wofür verschiedene entsprechende Signale durch den Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN, der entsprechende Signale zur Steuerung und Verarbeitung von Bewegungen zum System 140 liefern kann, empfangen, bestimmt und/oder verarbeitet werden können. In verschiedenen Implementierungen kann das System 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Bewegungen einen Abschnitt 144 zum Steuern und Erfassen von Endwerkzeugen enthalten, der Steuersignale zum Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN liefern und/oder Erfassungssignale von ihm empfangen kann. In verschiedenen Implementierungen können der Abschnitt 144 zum Steuern und Erfassen von Endwerkzeugen und der Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN zusammengeführt und/oder nicht zu unterscheiden sein. In verschiedenen Implementierungen können der erste und der zweite Abschnitt 141 und 142 zum Steuern und Erfassen von Drehgelenken, der Abschnitt 143 zum Steuern und Erfassen von Z-Bewegungsmechanismen und der Abschnitt 144 zum Steuern und Erfassen von Endwerkzeugen alle Ausgangssignale zu einem Roboterpositionsverarbeitungsabschnitt 145, der die Gesamtpositionierung des gelenkig gelagerten Roboters 110 und einer entsprechenden Endwerkzeugposition ETP als Teil des Systems 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Roboterbewegungen steuern und/oder sie bestimmen kann, liefern und/oder Steuersignale von ihm empfangen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 in einem gelenkig gelagerten Roboter 110 enthalten oder ihm auf andere Weise hinzugefügt sein (z. B. als Teil einer Nachrüstkonfiguration zum Hinzufügen zu einem vorhandenen gelenkig gelagerten Roboter 110 usw.). Im Allgemeinen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 verwendet werden, um einen verbesserten Genauigkeitsgrad zur Bestimmung der Endwerkzeugposition ETP zu schaffen. Insbesondere kann, wie unten genauer beschrieben wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 verwendet werden, um eine relative Position, die die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP angibt, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zur z-Achse ist, zu bestimmen.
  • Wie in 1 veranschaulicht ist, enthält das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 eine erste Bildgebungskonfiguration 160, eine XY-Skala 170, einen Bildauslöseabschnitt 181 und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185. Die erste Bildgebungskonfiguration 160 ist an ein ortsfestes Element STE gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann das ortsfeste Element STE einen Rahmen umfassen, der über mindestens einem Abschnitt eines Betriebsarbeitsvolumens OPV des gelenkig gelagerten Roboters 110 angeordnet ist und wofür die erste Bildgebungskonfiguration 160 über einem Abschnitt des Betriebsarbeitsvolumens OPV am Rahmen befestigt ist. In verschiedenen Implementierungen kann das ortsfeste Element STE ein oder mehrere Strukturtragelemente SSP (die sich z. B. von einem Boden, einer Decke usw. erstrecken) enthalten, um das ortsfeste Element STE an einem festen Ort (z. B. mit einer festen Position und/oder einer festen Orientierung) in Bezug auf den gelenkig gelagerten Roboter 110 zu halten.
  • Die erste Bildgebungskonfiguration 160 enthält eine erste Kamera CAM1 und besitzt eine optische Achse OA1, die parallel zur z-Achse ausgerichtet (z. B. auf der Grundlage der Robotergenauigkeit nominell ausgerichtet oder besser auf der Grundlage eines Ausrichtungssensorsignals ausgerichtet) ist. Die erste Bildgebungskonfiguration 160 besitzt einen wirksamen Fokusbereich REFP entlang ihrer optischen Achse OA1. In verschiedenen Implementierungen kann der Bereich REFP durch eine erste und eine zweite wirksame Fokusposition EFP1 und EFP2 begrenzt sein, wie unten genauer beschrieben wird. Zu einem festgelegten Zeitpunkt besitzt die erste Bildgebungskonfiguration 160 eine wirksame Fokusposition EFP, die in den Bereich REFP fällt. In einer Implementierung, in der eine Linse mit veränderbarer Brennweite (VFL-Linse) verwendet wird, kann der Bereich REFP dem Fokusbereich der VFL-Linse entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann eine VFL-Linse, die verwendet wird, eine abstimmbare akustische Brechungsindexgradientenlinse (TAG-Linse) sein. In Bezug auf den allgemeinen Betrieb einer derartigen TAG-Linse kann in verschiedenen Implementierungen eine Linsensteuereinheit (wie z. B. im ersten Bildgebungskonfigurationssteuerungs- und Bildverarbeitungsabschnitt 180 enthalten ist) die Brechkraft der TAG-Linse regelmäßig rasch anpassen oder modulieren, um eine Hochgeschwindigkeits-TAG-Linse zu erreichen, die zu einer regelmäßigen Modulation (d. h. bei einer TAG-Linsenresonanzfrequenz) von 250 kHz oder 70 kHz oder 30 kHz oder dergleichen in der Lage ist. In einer derartigen Konfiguration kann die wirksame Fokusposition EFP der ersten Bildgebungskonfiguration 160 im Bereich REFP (z. B. ein Autofokussuchbereich) (rasch) bewegt werden. Die wirksame Fokusposition EFP1 (oder EFPmax) kann einer maximalen Brechkraft der TAG-Linse entsprechen und die wirksame Fokusposition EFP2 (oder EFPmin) kann einer maximalen negativen Brechkraft der TAG-Linse entsprechen. In verschiedenen Implementierungen kann die Mitte des Bereichs REFP als EFPnom festgelegt sein und kann einer Brechkraft null der TAG-Linse entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen können eine derartige VFL-Linse (z. B. eine TAG-Linse) und ein entsprechender Bereich REFP vorteilhafterweise derart gewählt werden, dass die Konfiguration die Notwendigkeit makroskopischer mechanischer Anpassungen der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und/oder Anpassung von Entfernungen zwischen Komponenten, um die wirksame Fokusposition EFP zu ändern, beschränkt oder beseitigt. Zum Beispiel kann in einer Implementierung, in der ein unbekannter Betrag einer Neigung oder einer „Durchbiegung“ beim distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 (z. B. aufgrund des Gewichts und/oder bestimmter Orientierungen des ersten und des zweiten Armabschnitts 120 und 130 usw.) auftreten kann, die genaue Brennweite von der ersten Bildgebungskonfiguration 160 zur XY-Skala 170 unbekannt sein und/oder sie kann mit verschieden Orientierungen der Arme variieren usw. In einer derartigen Konfiguration kann es wünschenswert sein, dass eine VFL-Linse verwendet wird, die die wirksame Fokusposition EFP abtasten oder auf andere Weise anpassen kann, um die XY-Skala 170 zu bestimmen und sich dort genau zu fokussieren.
  • In verschiedenen Implementierungen umfasst die XY-Skala 170 ein nominell ebenes Substrat SUB (das in 4 gezeigt ist). Eine Skalenebene kann derart definiert sein, dass sie mit dem planaren Substrat SUB nominell übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene kann als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA definiert sein. In der Implementierung, wie sie veranschaulicht ist, ist die XY-Skala 170 in einer Betriebskonfiguration ausgerichtet, in der die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA auf die optische Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 160 mindestens nominell ausgerichtet (d. h. parallel zu ihr) ist.
  • DIE AKTUELLSTE ÄNDERUNG KÖNNTE BREITER GEFASST WERDEN
  • In einigen Implementierungen kann die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct des Betriebsausrichtungsuntersystems OAS ausgelassen (oder unbenutzt) sein und die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA ist für eine oder mehrere Stellungen des gelenkig gelagerten Roboters 110 (z. B. auf der Grundlage der Robotergenauigkeit) auf die optische Achse OA1 und/oder die z-Achse einfach nominell ausgerichtet. Es wird begrüßt werden, dass eine derartige Ausrichtung „passiv“ oder mit offenem Regelkreis ist und kleine Ausrichtungsfehler, die einem kleinen Durchbiegungs-/Neigungs-Fehlausrichtungswinkel MisAng zugeordnet sind (wie z. B. in 2B gezeigt ist), auf der Grundlage oder aufgrund der Robotergenauigkeit und/oder unvermeidbarer Roboterverformungen, die aus der Schwerkraft resultieren, für verschiedene Stellungen des gelenkig gelagerten Roboters 110, der in 1 gezeigt ist, erfahren kann. Gemäß einer hier verwendeten Konvention kann ein derartiger kleiner Ausrichtungsfehler derart betrachtet werden, dass er in verschiedenen hier dargestellten Implementierungen in die Definition einer „nominellen“ Betriebskonfiguration und/oder die Definition einer „nominellen“ Ausrichtung fällt.
  • Allerdings ist in weiteren Implementierungen eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct (z. B. die getrennte Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die in 1 gezeigt ist) enthalten und wird im Betriebsausrichtungsuntersystem OAS verwendet. DIE AKTUELLSTE ÄNDERUNG KÖNNTE BREITER GEFASST WERDEN In derartigen Implementierungen kann die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct auf der Grundlage von Signalen vom Ausrichtungssensor (der eine bekannte und/oder stabile Ausrichtung in Bezug auf die optische Achse OA1 besitzt) die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA mit der optischen Achse OA1 für eine oder mehrere Stellungen des gelenkig gelagerten Roboters 110 zu einer oder mehreren beliebigen Zeiten während des Betriebs des gelenkig gelagerten Roboters 110 aktiv ausrichten. Es wird begrüßt werden, dass eine derartige Ausrichtung aktiv oder mit geschlossenem Regelkreis ist und kleine Ausrichtungsfehler gemäß dem kleinen Durchbiegungs-/Neigungs-Fehlausrichtungswinkel MisAng, der oben dargestellt ist, zu einer oder mehreren beliebigen Zeiten während des Betriebs des gelenkig gelagerten Roboters 110 aktiv korrigiert werden können. In der dargestellten Implementierung kann der Ausrichtungsfehler unter Verwendung eines oder mehrerer Ausrichtungssteuersignale ACont, die im Ausrichtungssteuerabschnitt 192 erzeugt werden, aktiv korrigiert werden, um die getrennte Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct zu steuern, eine Ausrichtung der beweglichen XY-Skala 170 auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausrichtungssignale Asig, die durch den Ausrichtungssensor ASen geliefert werden, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration der XY-Skala 170 und der ersten Bildgebungskonfiguration 160 zu schaffen, wobei die optische Achse OA1 und die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA derart ausgerichtet sind, dass sie parallel sind, wie durch das Ausrichtungssignal Asig angegeben wird.
  • Wie zuvor dargestellt wurde, umfasst in der Implementierung, die in 1 gezeigt ist, das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS den Ausrichtungssensor ASen, den getrennten Betriebsausrichtungsaktor AAct und Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190. Die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190 enthalten mindestens einen Ausrichtungssignalverarbeitungsabschnitt 191, der eine Signalverarbeitung bereitstellen kann, die eine primäre Signalkonditionierung und/oder eine Korrektur des einen oder der mehreren Ausrichtungssignale Asig des Ausrichtungssensors Asen und/oder eine Analyse, die einen Fehlausrichtungswinkel/-vektor oder einen verbleibenden Fehlausrichtungswinkel/-vektor, der dem einen oder den mehreren Ausrichtungssignalen Asig entspricht, bestimmt, bereitstellen kann, wie unten genauer beschrieben wird.
  • In Implementierungen, in denen das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS eine Form eines Betriebsausrichtungsaktors AAct enthält, können die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190 ferner einen Ausrichtungssteuerabschnitt 192 enthalten, der im Allgemeinen konfiguriert ist, eine Ausrichtung einer beweglichen einer XY-Skala oder einer ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausrichtungssignale Asig, die durch den Ausrichtungssensor ASen bereitgestellt werden, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration der XY-Skala und der ersten Bildgebungskonfiguration zu schaffen, wobei eine optische Achse (z. B. OA1) der ersten Bildgebungskonfiguration und die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA derart ausgerichtet sind, dass sie parallel sind, wie durch das Ausrichtungssignal Asig angegeben wird (wie z. B. oben dargestellt ist).
  • Es wird begrüßt werden, dass die Konfiguration der Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190, die in 1 gezeigt ist und die oben dargestellt sind, lediglich beispielhaft und nicht einschränkend ist. In verschiedenen Implementierungen können sich die verschiedenen Abschnitte der Ausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190 außerhalb des externen Steuersystems ECS (z. B. im Betriebsausrichtungssensor ASen) befinden oder können mit weiteren Abschnitten des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 150 (z. B. die Abschnitte 185 und/oder 187) zusammengeführt und/oder davon nicht unterscheidbar sein. In einigen Implementierungen können die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 190 Positions- und/oder Ausrichtungsinformationen und/oder Steuersignale mit dem System 140 zur Steuerung und Verarbeitung von Roboterbewegungen tauschen, wie durch die gestrichelte Linie 193 angegeben ist, um verschiedene Betriebsprinzipien oder -merkmale, die hier offenbart werden, zu implementieren. Die vorhergehenden und weitere Aspekte verschiedener Betriebsausrichtungsuntersysteme OAS gemäß hier offenbarten Prinzipien werden unter Bezugnahme auf zusätzliche Figuren unten genauer beschrieben.
  • Die XY-Skala 170 kann mehrere jeweilige abbildbare Merkmale enthalten, die auf dem Substrat SUB verteilt sind. Die jeweiligen abbildbaren Merkmale befinden sich bei jeweiligen bekannten x- und y-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala 170. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 170 eine inkrementelle oder eine absolute Skala sein, wie unten in Bezug auf 4 und 5 beschrieben wird.
  • In verschiedenen Implementierungen können der Bildauslöseabschnitt 181 und/oder der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 als Teil eines externen Steuersystems ECS (z. B. als Teil eines externen Computers usw.) enthalten sein. Der Bildauslöseabschnitt 181 kann als Teil eines ersten Bildgebungskonfigurationssteuerungs- und Bildverarbeitungsabschnitts 180 enthalten sein. In verschiedenen Implementierungen ist der Bildauslöseabschnitt 181 konfiguriert, mindestens ein Eingangssignal, das zur Endwerkzeugposition ETP in Beziehung steht, einzugeben und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration 160 auszugegeben. In verschiedenen Implementierungen ist die erste Bildgebungskonfiguration 160 konfiguriert, ein digitales Bild der XY-Skala 170 zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen. In verschiedenen Implementierungen ist der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 konfiguriert, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala 170 enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren. In verschiedenen Implementierungen kann das externe Steuersystem ECS auch einen Normalroboter-Positionskoordinatenmodusabschnitt 147 und einen Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodusabschnitt 187 zum Implementieren entsprechender Modi, wie unten genauer beschrieben wird, enthalten.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die erste Bildgebungskonfiguration 160 eine Komponente (z. B. eine Unterschaltung, eine Routine usw.) enthalten, die eine Bildintegration der Kamera CAM1 regelmäßig (z. B. zu einem eingestellten Zeitintervall) aktiviert, wofür das erste Bildgebungsauslösesignal einen Abtastlichtzeitpunkt oder einen weiteren Mechanismus aktivieren kann, um eine Bewegung wirksam einzufrieren und eine Belichtung im Integrationszeitraum entsprechend zu bestimmen. In derartigen Implementierungen kann dann, wenn während des Integrationszeitraums kein erstes Bildgebungsauslösesignal empfangen wird, ein resultierendes Bild verworfen werden, wobei dann, wenn während des Integrationszeitraums ein erstes Bildgebungsauslösesignal empfangen wird, das resultierende Bild gespeichert und/oder auf andere Weise verarbeitet/analysiert werden kann, um eine relative Position zu bestimmen, wie unten genauer beschrieben wird.
  • In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Typen von Endwerkzeugen ETL verschiedene Typen von Ausgaben schaffen, die in Bezug auf den Bildauslöseabschnitt 181 verwendet werden können. Zum Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL ein Messtaster ist, der zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und der ein Berührungssignal ausgibt, wenn er das Werkstück berührt, der Bildauslöseabschnitt 181 konfiguriert sein, dieses Berührungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal einzugeben, auf dessen Grundlage der Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals bestimmt wird. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Tastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die jeweiligen Werkstückmessungsabtastdaten liefert, die einem jeweiligen Abtastzeitablaufsignal entsprechen, der Bildauslöseabschnitt 181 konfiguriert sein, dieses jeweilige Abtastzeitablaufsignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal einzugeben. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Kamera ist, die verwendet wird, ein jeweiliges Werkstückmessungsbild zu liefern, das einem jeweiligen Werkstückbilderfassungssignal entspricht, der Bildauslöseabschnitt 181 konfiguriert sein, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal einzugeben.
  • In der Beispielimplementierung von 1 ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 mit der XY-Skala 170, die an den zweiten Armabschnitt 130 nahe an dem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt ist, und der ersten Bildgebungskonfiguration 160, die an ein ortsfestes Element STE (z. B. einen Rahmen, der über dem gelenkig gelagerten Roboter 110 angeordnet ist) gekoppelt ist und eine erste Bezugsposition REF1 definiert, konfiguriert. In einer alternativen Implementierung (wie z. B. unten in Bezug auf 3 genauer beschrieben wird) kann ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit der ersten Bildgebungskonfiguration 160, die an den zweiten Armabschnitt 130 nahe an dem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 gekoppelt ist, und der XY-Skala 170, die an ein ortsfestes Element STE gekoppelt ist und eine erste Bezugsposition REF1 definiert, konfiguriert sein.
  • In jedem Fall befindet sich, wie unten genauer beschrieben wird, der Ort der XY-Skala 170 entlang der z-Achse im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 160 (für den z. B. die Fokusposition durch eine VFL-Linse oder auf andere Weise angepasst werden kann) und das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 ist derart konfiguriert, dass der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 betreibbar ist, eine relative Position (die z. B. x- und y-Koordinaten enthält) zwischen der beweglichen der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und der ersten Bezugsposition REF1 auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, zu bestimmen. Die bestimmte relative Position gibt die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die quer oder senkrecht zur z-Achse ist, an. In verschiedenen Implementierungen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage der bestimmten relativen Position und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes (eines x- und y-Koordinatenversatzes) zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der beweglichen der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 zu bestimmen. Es wird begrüßt werden, dass ein derartiges System bestimmte Vorteile über verschiedene alternative Systeme besitzen kann. Zum Beispiel kann in verschiedenen Implementierungen ein System wie z. B. das hier offenbarte kleiner und/oder weniger teuer als alternative Systeme, die Techniken wie z. B. Laserverfolger oder Photogrammetrie zum Verfolgen von Roboterbewegungen/-positionen verwenden, sein und kann in einigen Implementierungen außerdem eine höhere Genauigkeit aufweisen. Außerdem nimmt das offenbarte System keinen Teil des Betriebsarbeitsvolumens OPV ein oder verdeckt ihn nicht, wie z. B. alternative Systeme, die eine Skala oder ein Markierungszeichen auf dem Boden oder dem Gestell oder auf andere Weise im selben Bereich (z. B. einem Betriebsarbeitsvolumen), in dem Werkstücke auf andere Weise bearbeitet und/oder geprüft usw. werden können, enthalten können.
  • 2A und 2B sind isometrische Diagramme einer zweiten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 200 ähnlich dem Robotersystem 100 von 1, wobei die erste Bildgebungskonfiguration 160 und der Ausrichtungssensor ASen eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS an ein ortsfestes Element STE gekoppelt sind (z. B. das ortsfeste Element STE von 1). 2B ist ein isometrisches Diagramm des Robotersystems von 2A, das bestimmte Fehler, die durch den Ausrichtungssensor ASen angezeigt werden können, veranschaulicht.
  • Es wird begrüßt werden, dass bestimmte nummerierte Komponenten (z. B. 1XX oder 2XX) von 2A und 2B identisch oder ähnlich nummerierten Partnerkomponenten (z. B. 1XX) von 1 entsprechen und/oder ähnliche Operationen aufweisen können und derart verstanden werden können, dass sie ihnen ähnlich oder mit ihnen identisch sind, und können andernfalls in Analogie dazu und so, wie sonst unten beschrieben ist, verstanden werden. Dieses Nummerierungsschema, um Elemente anzugeben, die einen analogen und/oder identischen Entwurf und/oder eine analoge und/oder identische Funktion aufweisen, wird auch auf verschiedene weitere Figuren hier angewendet, die identische oder ähnliche nummerierte Partnerkomponenten enthalten. In einigen Fällen werden Bezugsnummern für offensichtlich ähnliche oder identische Elemente in späteren Figuren ausgelassen, um ein visuelles Überladen zu vermeiden und neue oder verschiedene Elemente, die in diesen späteren Figuren eingeführt werden, deutlicher zu zeigen und hervorzuheben. Derartige ähnliche oder identische Elemente können in den verschiedenen Figuren erkannt werden und können in Analogie zur vorhergehenden Beschreibung verstanden werden, außer wenn es durch die Beschreibung oder den Kontext anders angegeben wird.
  • In der Konfiguration von 2A und 2B ist die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die in 1 gezeigt ist, ausgelassen und die XY-Skala 170 ist nahe an dem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 an den zweiten Armabschnitt 130 gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann, wie oben in Bezug auf 1 beschrieben ist, das ortsfeste Element STE, an das die erste Bildgebungskonfiguration 160 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der über dem gelenkig gelagerten Roboter 110 angeordnet ist. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Bezugsachsen und Bezugslinien festgelegt sein, um auf bestimmte Bewegungen, Koordinaten und Winkel der Komponenten des gelenkig gelagerten Roboters 110 Bezug zu nehmen. Zum Beispiel können der erste und der zweite Armabschnitt 120 und 130 jeweils festgelegte horizontale Mittellinien CL1 bzw. CL2 aufweisen, die die Zentren der jeweiligen Armabschnitte weitergeben. Ein Winkel A1 kann derart festgelegt sein, dass er zwischen der Mittelline CL1 des ersten Armabschnitts 120 und einer x-z-Ebene (z. B. in Übereinstimmung mit einem Drehbetrag des ersten Drehgelenks 125 um die erste Drehachse RA1) auftritt. Ein Winkel A2 kann derart festgelegt sein, dass er zwischen der horizontalen Mittelline CL1 des ersten Armabschnitts 120 und der horizontalen Mittelline CL2 des zweiten Armabschnitts 130 (z. B. in Übereinstimmung mit einem Drehbetrag des zweiten Drehgelenks 135 um die zweite Drehachse RA2) auftritt.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugkonfiguration ETCN nahe an dem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 an den zweiten Armabschnitt 130 gekoppelt sein und kann derart festgelegt sein, dass sie eine Endwerkzeugachse EA des Endwerkzeugs ETL aufweist, die die Mittelline CL2 des zweiten Armabschnitts 130 nominell schneidet und wofür die Endwerkzeugachse EA im Allgemeinen parallel zu der Drehachse RA2 und der z-Achse angenommen werden kann. In verschiedenen Implementierungen durchläuft die Endwerkzeugachse EA die Endwerkzeugposition ETP und besitzt ein bekannter Koordinatenpositionsversatz (d. h. für x- und y-Koordinaten) von der XY-Skala 170. Entsprechend kann ein bekannter Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 vorhanden sein. Zum Beispiel kann die XY-Skala 170 einen festgelegten Bezugspunkt (z. B. bei einem Zentrum oder einer Kante der XY-Skala 170) besitzen, der einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (z. B. eine bekannte Entfernung) in einer x-y-Ebene von der Endwerkzeugachse EA und entsprechend von der Endwerkzeugposition ETP aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann ein derartiger bekannter Koordinatenpositionsversatz hinsichtlich eines bekannten x-Versatzes und eines bekannten y-Versatzes ausgedrückt werden.
  • In verschiedenen Implementierungen kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP verwendet werden. Insbesondere kann, wie oben erwähnt wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 derart konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 arbeitet, um eine relative Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160) auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals (d. h. der XY-Skala 170) im erfassten Bild zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP auf der Grundlage der bestimmten relativen Position und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der beweglichen XY-Skala 170 zu bestimmen. In einer bestimmten Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (der z. B. hinsichtlich eines bekannten x-Versatzes und eines bekannten y-Versatzes ausgedrückt wird) zur bestimmten relativen Position addiert oder auf andere Weise mit ihr kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zu bestimmen.
  • Als eine bestimmte Beispielpositionskoordinatenkonfiguration kann die XY-Skala 170 derart festgelegt sein, dass er eine Bezugsposition (z. B. einen Ursprungsort) bei X0, Y0, Z0 (die z. B. für einen Ursprungsort die Werte 0,0,0 aufweisen können) besitzt. In einer derartigen Konfiguration kann sich der Bezugsort REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160) bei relativen Koordinaten von X1, Y1, Z1 befinden und ein Zentrum eines entsprechenden Sichtfelds FOV1 (das z. B. einem erfassten Bild entspricht) kann sich bei relativen Koordinaten von X1, Y1, Z0 befinden. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der XY-Skala 170 erstreckt, kann derart festgelegt sein, dass sie die relativen Koordinaten X2, Y2, Z0 besitzt. Die Endwerkzeugposition ETP kann derart festgelegt sein, dass sie die Koordinaten von X2, Y2, Z2 besitzt. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Messpunkt MP (z. B. beim Ende eines Endwerkzeugeingabestifts ETST zum Berühren eines Werkstücks) besitzen, der derart festgelegt sein kann, dass er die Koordinaten X3, Y3, Z3 besitzt. In einer Implementierung, in der der Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL in der x-Richtung oder der y-Richtung in Bezug auf den Rest des Endwerkzeugs nicht variiert, können die X3- und Y3-Koordinaten gleich den X2-bzw. Y2-Koordinaten sein.
  • In einer bestimmten Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 analysiert werden, um eine relative Position zu bestimmen (z. B., um die X1, Y1-Koordinaten, die dem Zentrum des Sichtfelds FOV1 der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160 entsprechen, zu bestimmen). Eine derartige Bestimmung kann in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken (z. B. zum Bestimmen eines Orts einer Kamera in Bezug auf eine Skala) vorgenommen werden. Verschiedene Beispiele derartiger Techniken werden in den US-Patenten Nr. 6,781,694 ; 6,937,349 ; 5,798,947 ; 6,222,940 und 6,640,008 beschrieben, die jeweils hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind. In verschiedenen Implementierungen können derartige Techniken verwendet werden, um den Ort eines Sichtfelds (z. B. entsprechend einer Position einer Kamera) in einem Skalenbereich (z. B. in der XY-Skala 170) zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung ein Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala 170 und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten ist, enthalten. Eine derartige Bestimmung kann einem Bestimmen einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160) entsprechen. Die relativen X2, Y2-Koordinaten (d. h. die Endwerkzeugposition ETP) können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 bestimmt werden (z. B. Addieren der x- und y-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1, um X2 und Y2 zu bestimmen).
  • Das ist C&P
  • Wie zuvor dargestellt wurde, zeigen 2A und 2B eine Implementierung, in der die erste Bildgebungskonfiguration 160 und der Ausrichtungssensor ASen eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS an das ortsfeste Element STE gekoppelt sind und die XY-Skala 170 an den beweglichen zweiten Armabschnitt 130 gekoppelt ist. Der Ausrichtungssensor ASen befindet sich nahe an der ersten Kamera CAM1 und ist gemäß bekannten Verfahren in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera CAM1 und die erste Bildgebungskonfiguration 160 montiert. In dieser starren Konfiguration ist es wünschenswert, dass der Ausrichtungsstrahl ABeam, der durch den Ausrichtungssensor Asen ausgegeben wird, parallel oder nahezu parallel zur optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 160 ausgerichtet ist. In einem solchen Fall wird dann, wenn der Ausrichtungsstrahl ABeam normal zur XY-Skala ausgerichtet ist, die Skalenbildgebungsachse SIA nach Bedarf parallel zur optischen Achse OA1 ausgerichtet, um eine gewünschte Betriebskonfiguration gemäß hier offenbarten und beanspruchten Prinzipien zu schaffen. Allerdings ist dann, wenn der Ausrichtungsstrahl ABeam und die optische Achse OA1 lediglich annähernd parallel sind, das praktische Ergebnis ein konstanter Versatzfehler, der in verschiedenen Anwendungen irrelevant sein oder sonst ausgeglichen werden kann.
  • Zum Zweck der Erläuterung zeigt 2A einen idealisierten Fall einer nominellen Betriebskonfiguration, die gemäß einer zuvor hier erläuterten Konvention eine passive Ausrichtungskonfiguration oder eine Ausrichtungskonfiguration mit offenem Regelkreis ist, in der die Skalenbildgebungsachse SIA, die senkrecht zur XY-Skala 170 definiert ist, und die optische Achse OA1 während einer Einrichtungsprozedur nominell parallel zueinander eingerichtet werden und danach in dieser Konfiguration betrieben werden. Im veranschaulichten idealisierten Fall weisen die verschiedenen Armabschnitte des Robotersystems 200 keine wesentliche Durchbiegung oder Drehung auf und die gewünschte Betriebskonfiguration (in der die Skalenbildgebungsachse SIA, die senkrecht zur XY-Skala 170 definiert ist, parallel zur optischen Achse OA1 ausgerichtet ist) wird einmal eingerichtet und die gewünschte Betriebskonfiguration wird bei den veranschaulichten Positionen sowie weiteren Positionen von Robotersystemen 200 in der Abwesenheit jeglicher verbleibender Fehlausrichtungen MisAng aufgrund einer Durchbiegung oder einer Drehung oder dergleichen beibehalten.
  • Der Ausrichtungssensor ASen kann von einem beliebigen Typ sein, der zum Bestimmen einer Richtung senkrecht zur XY-Skala über einen beschränkten Bereich verbleibender Fehlausrichtungen MisAng (der in 2B gezeigt ist) in Bezug auf eine nominelle oder Bezugsorientierung geeignet ist. In der dargestellten Implementierung entspricht die gewünschte Betriebskonfiguration der, dass der reflektierte Ausrichtungsstrahl ABeamR von einem reflektierenden Ausrichtungsmerkmal ARF auf der XY-Skala 170 zum Ausrichtungssensor Asen auf demselben Pfad wie der ausgegebene Ausrichtungsstrahl ABeam derart zurückreflektiert wird, dass er bei einer Null- oder Bezugsposition auf einen Detektor des Ausrichtungssensors Asen fällt. Dies erzeugt einen Null- oder Bezugssignalwert für das zuvor dargestellte Ausrichtungssignal ASig, der keine verbleibende Fehlausrichtung angibt (MisAng = 0). Eine beispielhafte Konfiguration, die im Ausrichtungssensor ASen verwendbar ist, wird ferner unten unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Beispielhafte Konfigurationen, die für die XY-Skala 170 und das Ausrichtungsmerkmal ARF verwendbar sind, werden ferner unten unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben.
  • Es wird begrüßt werden, dass die bewegliche XY-Skala in einer festen Beziehung in Bezug auf die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC, das Endwerkzeug ETL, die (z. B. die Endwerkzeugposition ETP) und den Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL konfiguriert ist. Somit ist ein Koordinatenversatz zwischen der XY-Skala 170 und der Endwerkzeugposition ETP und/oder dem Messpunkt MP konstant und kann kalibriert werden. Zusätzlich wird begrüßt werden, dass über einen beschränkten Bereich verbleibender Fehlausrichtungen MisAng, der durch den Ausrichtungssensor Asen quantitativ angegeben werden kann, die verbleibende Fehlausrichtung (z. B. ein Fehlausrichtungswinkel oder - vektor) des Endwerkzeugs ETL bekannt sein kann und die entsprechende Fehlausrichtung oder der entsprechende Fehler der Endwerkzeugposition ETP und/oder des Messpunkts MP kann auf der Grundlage der angegebenen verbleibenden Fehlausrichtung bestimmt und mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden, wie unten unter Bezugnahme auf 2B. genauer beschrieben wird
  • 2B zeigt dieselbe Konfiguration, die in 2A gezeigt ist, außer in einem nicht idealisierten oder tatsächlichen Fall, in dem die verschiedenen Armabschnitte des Robotersystems 200 eine wesentliche Menge einer Durchbiegung oder einer Drehung (z. B. in der Größenordnung von zehn oder hundert Mikrometern) aufweisen. Gemäß der zuvor dargestellten Konvention kann diese Konfiguration dennoch derart beschrieben werden, dass sie eine nominelle Betriebskonfiguration bereitstellt, die eine Positionierung und Messergebnisse im erwarteten oder festgelegten nominellen Bereich der Robotergenauigkeit (wie z. B. in verschiedenen Robotersystemen des Stands der Technik erwartet und/oder toleriert wurde) schafft.
  • Im realistischen Fall, der in 2B gezeigt ist, weisen die verschiedenen Armabschnitte des Robotersystems 200 eine wesentlich Durchbiegung und/oder Drehung auf, was darin resultiert, dass die XY-Skala 170 zu einer entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung MisAng (z. B. einem verbleibenden Fehlausrichtungswinkel) abgelenkt wird. Für viele angewandte Robotersysteme ist der Winkel einer derartigen verbleibenden Fehlausrichtung MisAng klein und die XY-Skala 170 kann aufgrund der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng bezüglich Z wesentlich versetzt sein, ohne bezüglich X und Y wesentlich versetzt zu sein. Somit ist im Vergleich zu 2A die optische Achse OA1 derart gezeigt, dass sie die XY-Skala bei denselben X- und Y-Koordinaten (X1, Y1), jedoch bei einer verschiedenen Z-Koordinate (Z0' statt Z0) schneidet.
  • Allerdings kann beobachtet werden, dass die Endwerkzeugposition ETP und die Messpunktposition MP des „Messtaster“-Endwerkzeugs ETL bezüglich Z wesentlich versetzt sind sowie bezüglich X und Y wesentlich versetzt sind, da der Winkel der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng mit ihren jeweiligen Versätzen LoffEPT und LoffMP in Bezug auf die Skalenebene der XY-Skala 170 interagiert. Es ist ersichtlich, dass die Versätze LoffEPT und LoffMP in der Richtung senkrecht zur Skalenebene (und/oder der nominellen Z-Achse) liegen. Die Versätze können laut Entwurf oder durch Kalibrierung bekannt sein. Ein einschlägiger Fachmann wird für die Koordinatenversätze oder die Koordinatenfehler der Messpunktposition MP erkennen, dass (X3' - X3) als SIN(MisAngX) * LoffMP angenähert werden kann und (Y3' - Y3) als SIN(MisAngY) * LoffMP angenähert werden kann, wobei MisAngX und MisAngY die Winkelkomponenten der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng in der XZ- bzw. der YZ-Ebene sind. Entsprechend gilt für die Koordinatenversätze oder die Koordinatenfehler der Endwerkzeugposition ETP, dass (X2' - X2) als SIN(MisAngX) * LoffETP angenähert werden kann bzw. (Y2' - Y2) als SIN(MisAngY) * LoffETP angenähert werden kann. Diese bestimmten Koordinatenversätze oder Koordinatenfehler, die die verbleibende Fehlausrichtung MisAng als Grundlage verwenden, können verwendet werden, einen Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition ETP oder eine Messpunktposition MP des Endwerkzeugs angeben, mindestens teilweise zu korrigieren oder auszugleichen, wenn mindestens für eine Vektorkomponente des Satzes Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung sind (z. B. die X- und Y-Koordinaten), eine verbleibende Fehlausrichtung vorhanden ist, wie oben dargestellt ist. In einigen Implementierungen können die Koordinatenversätze oder Koordinatenfehler, die (Z2' - Z2) und/oder (Z3' - Z3) zugeordnet sind, auf der Grundlage der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, und die bekannten Geometrien und Orientierungen und mechanischen Eigenschaften (z. B. Strahleigenschaften) der verschiedenen Armabschnitte und Lager des Robotersystems 200 angenähert werden. In derartigen Implementierungen können Fehler, die sonst in der z-Koordinate eines Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten vorhanden wären, auch auf der Grundlage der verbleibenden Fehlausrichtung, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden. In einigen Implementierungen kann die Magnitude der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng in Operationen des Betriebsausrichtungsuntersystems OAS beurteilt werden und dann, wenn die Magnitude einen vorgegebenen Schwellenwert (der z. B. zu einer Fehlerbeschränkung in Beziehung steht) überschreitet, können Operationen, die mit einem Ausgleichen oder einem Korrigieren einer Verschiebung oder eines Versatzes der XY-Skala 170 über dem Sichtfeld FOV1 in Beziehung stehen, durchgeführt werden. Zum Beispiel können X- und Y-Versätze der XY-Skala 170 aufgrund großer verbleibender Fehlausrichtungen auf der Grundlage der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, und der bekannten Geometrien und Orientierungen und mechanischen Eigenschaften (z. B. Strahleigenschaften) der verschiedenen Armabschnitte und Lager des Robotersystems 200 angenähert werden. In derartigen Implementierungen können Fehler, die sonst in den X- und Y-Bildpositionskoordinaten von abbildbaren Merkmalen der XY-Skala 170 vorhanden wären, und/oder ein entsprechender Satz Messtechnikpositionskoordinaten auf der Grundlage von Berechnungen, die mit der verbleibenden Fehlausrichtung, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, in Beziehung stehen, mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden. Es wird begrüßt werden, dass die Entscheidung, ob derartige X- und Y-Bildpositionskorrekturen in einen Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, aufgenommen werden sollen oder nicht, auf der Grundlage der Magnitude der verbleibenden Fehlausrichtung und der Genauigkeit, die in einer bestimmten Anwendung gewünscht ist, vorgenommen werden kann.
  • 3A und 3B sind isometrische Diagramme einer dritten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 300 ähnlich dem Robotersystem 100 von 1 und dem Robotersystem 200 von 2A und 2B, außer dass die erste Bildgebungskonfiguration 160 und der Ausrichtungssensor ASen eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS nahe an dem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 130 an den beweglichen zweiten Armabschnitt 130 gekoppelt sind und die XY-Skala 170 an das ortsfeste Element STE gekoppelt ist und die erste Bezugsposition REF1 definiert. Insbesondere ist 3B ein isometrisches Diagramm des Robotersystems von 3A, das bestimmte Fehler, die durch den Ausrichtungssensor ASen angezeigt werden können, veranschaulicht. Entsprechend der Konfiguration von 2A und 2B ist die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die in 1 gezeigt ist, ausgelassen.
  • Wie zuvor angegeben können bestimmte nummerierte Komponenten (z. B. 3XX) von 3A und 3B identisch oder ähnlich nummerierten Partnerkomponenten (z. B. 1XX, 2XX) von 1, 2A und 2B entsprechen und können ihnen ähnlich oder identisch sein und können in Analogie dazu und derart, wie sonst unten beschrieben ist, verstanden werden. In einigen Fällen können die Bezugsnummern offensichtlich ähnlicher oder identischer Elemente in späteren Figuren ausgelassen werden, um ein visuelles Überladen zu vermeiden, jedoch können sie verstanden werden, wie zuvor dargestellt wurde.
  • 3A kann in vielerlei Hinsicht in Analogie mit der vorhergehenden Beschreibung von 2A verstanden werden, weshalb unten lediglich wesentliche Differenzen hervorgehoben werden. Hinsichtlich von 3A kann die erste Bildgebungskonfiguration 160 einen festgelegten Bezugspunkt (z. B. bei einem Zentrum einer wirksamen Linsenposition der ersten Bildgebungskonfiguration 160) besitzen, der derart veranschaulicht ist, dass er die Koordinaten (X1, Y1, Z1) aufweist.
  • Entsprechend zu 2A zeigt 3A zum Zweck der Erläuterung einen idealisierten Fall einer nominellen Betriebskonfiguration, die gemäß derselben Konvention, die zuvor unter Bezugnahme auf 2A beschrieben wurde, eine passive Ausrichtungskonfiguration oder eine Ausrichtungskonfiguration mit offenem Regelkreis ist, wobei die Skalenbildgebungsachse SIA und die optische Achse OA1 nominell parallel zueinander eingerichtet und danach in dieser Konfiguration betrieben werden. Im veranschaulichten idealisierten Fall weisen die verschiedenen Armabschnitte des Robotersystems 200 keine wesentliche Durchbiegung oder Drehung auf und die gewünschte nominelle Betriebskonfiguration wird beibehalten. In der dargestellten Implementierung entspricht die gewünschte Betriebskonfiguration dem, dass der reflektierte Ausrichtungsstrahl ABeamR von einem reflektierenden Ausrichtungsmerkmal ARF auf der XY-Skala 170 zum Ausrichtungssensor Asen auf demselben Pfad wie der ausgegebene Ausrichtungsstrahl ABeam zurückreflektiert wird, um einen Null- oder Bezugssignalwert für das zuvor dargestellte Ausrichtungssignal ASig zu erzeugen, der keine verbleibende Fehlausrichtung angibt (MisAng = 0), wie zuvor unter Bezugnahme auf 2A beschrieben wurde.
  • Es wird begrüßt werden, dass die bewegliche erste Bildgebungskonfiguration 160 und der Ausrichtungssensor ASen in einer festen Beziehung in Bezug aufeinander und zu der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC, dem Endwerkzeug ETL, der (z. B. die Endwerkzeugposition ETP) und dem Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL konfiguriert sind. Somit ist ein Koordinatenversatz zwischen dem festgelegten Bezugspunkt der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und der Endwerkzeugposition ETP und/oder dem Messpunkt MP konstant und kann kalibriert werden. Zusätzlich wird begrüßt werden, dass über einen beschränkten Bereich verbleibender Fehlausrichtungen MisAng, der durch den Ausrichtungssensor Asen quantitativ angegeben werden kann, die verbleibende Fehlausrichtung (z. B. ein Fehlausrichtungswinkel oder -vektor) des Endwerkzeugs ETL bekannt sein kann und die entsprechende Fehlausrichtung oder der Fehler der Endwerkzeugposition ETP und/oder des Messpunkts MP auf der Grundlage der angegebenen verbleibenden Fehlausrichtung, die in Analogie zu der ähnlichen Bestimmung und Korrektur des Ausgleichs, die zuvor unter Bezugnahme auf 2B dargestellt wurden, verstanden werden kann, bestimmt und mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden kann.
  • 3B zeigt dieselbe Konfiguration, die in 3A gezeigt ist, außer in einem nicht idealisierten oder tatsächlichen Fall, wobei die verschiedenen Armabschnitte des Robotersystems 300 einen wesentlichen Betrag einer Durchbiegung oder einer Drehung (z. B. in der Größenordnung von zehn oder hundert Mikrometer) aufweisen. Gemäß der zuvor dargestellten Konvention kann diese Konfiguration immer noch derart beschrieben werden, dass sie eine nominelle Betriebskonfiguration bereitstellt, die eine Positionierung und Messergebnisse im erwarteten oder festgelegten nominellen Bereich der Robotergenauigkeit (wie z. B. in verschiedenen Robotersystemen des Stands der Technik erwartet und/oder toleriert wurde) schafft. 3A kann in vielerlei Hinsicht in Analogie mit der vorhergehenden Beschreibung von 2B verstanden werden, weshalb unten lediglich wesentliche Differenzen hervorgehoben werden.
  • Hinsichtlich 3B kann aufgrund der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng, die in der Konfiguration, die in 2A und 2B gezeigt ist, nicht vorliegt, ein zusätzlicher Fehler auftreten. Insbesondere wird das Sichtfeld FOV1 der ersten Bildgebungskonfiguration 160 abhängig von der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng von seiner gewünschten Ausrichtungsposition oder Bezugsausrichtungsposition (wie z. B. in 3A gezeigt ist) über die XY-Skala 170 verschoben sein, was zu einem FOV-Fehlausrichtungsfehler führt. Selbstverständlich wird die scheinbare Position der ersten Bildgebungskonfiguration 160 in Bezug auf die XY-Skala 170 (mindestens hinsichtlich ihrer X,Y-Koordinaten) im Allgemeinen auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition mindestens eines jeweiligen identifizierbaren Merkmals der XY-Skala 170 in einem erfassten Bild abgeleitet. In Abwesenheit von Informationen hinsichtlich der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng ist der FOV-Fehlausrichtungsfehler, der oben dargestellt ist, nicht im Allgemeinen detektierbar und erscheint als ein entsprechender Fehler in der bestimmten Bildposition des mindestens einen jeweiligen identifizierbaren Merkmals der XY-Skala 170. Zum Beispiel zeigt 3A, dass dann, wenn MisAng = 0, das Skalenmerkmal, das entlang der optischen Achse OA1 in einem erfassten Bild positioniert ist, dieselben X- und Y-Positionskoordinaten (X1, Y1) wie die Positionskoordinaten (X1, Y1) des festgelegten Bezugspunkts der ersten Bildgebungskonfiguration 160 besitzt. Dagegen besitzt aufgrund der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng, die in 3B gezeigt ist, das Skalenmerkmal, das entlang der optischen Achse OA1 in einem erfassten Bild positioniert ist, die „verschobenen“ X- und Y-Positionskoordinaten (X1', Y1'), die von den Ist-Positionskoordinaten (X1, Y1) des festgelegten Bezugspunkts der ersten Bildgebungskonfiguration 160 verschieden sind, was in einem entsprechenden Fehler (dem FOV-Fehlausrichtungsfehler) resultiert, wenn die Position der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage dieses erfassten Bilds geschätzt oder bestimmt wird.
  • Allerdings kann über einen beschränkten Bereich verbleibender Fehlausrichtungen MisAng, der durch den Ausrichtungssensor Asen quantitativ angegeben werden kann, die verbleibende Fehlausrichtung (z. B. ein Fehlausrichtungswinkel oder -vektor) bekannt sein und der entsprechende FOV-Fehlausrichtungsfehler kann auf der Grundlage der angegebenen verbleibenden Fehlausrichtung MisAng bestimmt und mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden. Ein einschlägiger Fachmann wird erkennen, dass der FOV-Fehlausrichtungsfehler (X1' - X1) in der X-Richtung als SIN(MisAngX) * ID angenähert werden kann und der FOV-Fehlausrichtungsfehler (Y1' - Y1) in der Y-Richtung als SIN(MisAngY) * ID angenähert werden kann, wobei MisAngX und MisAngY die Winkelkomponenten der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng in der XZ- bzw. YZ-Ebene sind. Selbstverständlich können derartige bestimmte FOV-Fehlausrichtungsversätze oder -fehler, die die verbleibende Fehlausrichtung MisAng als Grundlage verwenden, verwendet werden, um einen Bildpositionsfehler und/oder den resultierenden Satz Messtechnikpositionskoordinaten mindestens für eine Vektorkomponente des Satzes Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist (z. B. die X- und Y-Koordinaten), mindestens teilweise zu korrigieren oder auszugleichen.
  • Selbstverständlich kann die Bildpositionskorrektur, die unmittelbar oben dargestellt ist, mit den zuvor dargestellten Korrekturen, die in Bezug auf die Endwerkzeugposition ETP und/oder den Messpunkt MP aufgrund ihrer jeweiligen Versätze in Kombination mit verbleibenden Fehlausrichtungsfehlern auftreten können, kombiniert werden, um einen Satz Messtechnikpositionskoordinaten zu bestimmen, die die Endwerkzeugposition ETP oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zu einer Bilderfassungszeit mindestens für eine Vektorkomponente des zweiten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, mit einem Genauigkeitsgrad angeben, der besser als die Robotergenauigkeit ist. In einigen Implementierungen können die Koordinatenversätze oder Koordinatenfehler, die (Z2' - Z2) und/oder (Z3' - Z3) zugeordnet sind, auf der Grundlage der verbleibenden Fehlausrichtung, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, und der bekannten Geometrie und der bekannten Orientierungen und mechanischen Eigenschaften (z. B. Strahleigenschaften) der verschiedenen Armabschnitte und Lager des Robotersystems 300 angenähert werden. In derartigen Implementierungen können Fehler, die sonst in der z-Koordinate eines Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten vorhanden wären, außerdem auf der Grundlage der verbleibenden Fehlausrichtung, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden.
  • Die verschiedenen Konfigurationen und Operationen, die oben unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 3A und 3B dargestellt sind, wobei das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS keine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct umfasst, können zusammengefasst werden, wie folgt. Ein Robotersystem 200, 300 umfasst einen Roboter, der eine Bewegungsarmkonfiguration MAC und ein Bewegungssteuersystem umfasst. Die Bewegungsarmkonfiguration MAC umfasst eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC befindet, und der Roboter ist konfiguriert, die Bewegungsarmkonfiguration MAC zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs ETL, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen. Das Bewegungssteuersystem ist konfiguriert, eine Endwerkzeugposition ETP oder eine Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Position der Bewegungsarmkonfiguration MAC unter Verwendung mindestens eines Positionssensors SEN, der im Roboter enthalten ist, zu steuern. Das Robotersystem umfasst ferner ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150, das eine erste Bildgebungskonfiguration 160 und eine XY-Skala 170 umfasst, eine Betriebsausrichtungsuntersystem OAS, einen Bildauslöseabschnitt 181 und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185. Die erste Bildgebungskonfiguration 160 umfasst eine erste Kamera CAM1 und besitzt eine optische Achse OA1. Wie unten genauer beschrieben ist, umfasst die XY-Skala 170 ein nominell ebenes Substrat und mehrere jeweilige abbildbare Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale sich bei jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden und eine Skalenebene derart definiert ist, dass sie nominell mit dem planaren Substrat der XY-Skala übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA definiert ist. Das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS umfasst mindestens einen Ausrichtungssensor ASen, wobei der Ausrichtungssensor ASen sich nahe an der ersten Kamera CAM1 befindet und in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera CAM1 montiert ist und der Ausrichtungssensor ASen konfiguriert ist, ein Ausrichtungssignal Asig zu liefern, das die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA angibt. Der Bildauslöseabschnitt ist konfiguriert, mindestens ein Eingangssignal, das zur Endwerkzeugposition ETP oder einer Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL in Beziehung steht, einzugeben und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration 160 auszugeben, wobei die erste Bildgebungskonfiguration 160 konfiguriert ist, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen. Der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt ist konfiguriert, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren.
  • In derartigen Konfigurationen ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 mit einer beweglichen der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und des Ausrichtungssensors Asen, die an die Bewegungsarmkonfiguration MAC gekoppelt ist, und der anderen der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und des Ausrichtungssensors Asen, die an ein ortsfestes Element STE nahe an dem Roboter gekoppelt ist, konfiguriert, wobei die ortsfeste der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 eine erste Bezugsposition definiert. Das Robotersystem ist konfiguriert, mindestens eine nominelle Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 150 zu schaffen, wobei in der nominellen Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 150 die XY-Skala 170 und die erste Bildgebungskonfiguration 160 mit der optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 160 nominell parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 160 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA verortet angeordnet sind. Das Robotersystem ist ferner konfiguriert, das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS zu betreiben, um eine verbleibende Fehlausrichtung MisAng zwischen der optischen Achse OA1 und der Skalenbildgebungsachse SIA gemäß dem Ausrichtungssignal ASig, das durch den Ausrichtungssensor ASen geliefert wird, zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 150 ist ferner derart konfiguriert, dass dann, wenn die bewegliche der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und die ortsfeste der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 in der nominellen Betriebskonfiguration angeordnet sind und die Bewegungsarmkonfiguration MAC mit der XY-Skala 170 in einem Sichtfeld FOV1 der ersten Bildgebungskonfiguration 160 positioniert wird, der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 150 betreibbar ist, das digitale Bild der XY-Skala 170 zu einer Bilderfassungszeit zu erfassen und eine entsprechende verbleibende Fehlausrichtung MisAng zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem kann dann einen ersten Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala 170 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 160 und der ersten Bezugsposition mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, angeben, mindestens für eine Vektorkomponente des ersten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, auf der Grundlage einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung MisAng bestimmen. Der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 150 kann ferner betreibbar sein, einen zweitem Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition ETP oder eine Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage des ersten Satzes Messtechnikpositionskoordinaten und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung MisAng angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente des zweiten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA ist, zu bestimmen.
  • 4 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer inkrementellen XY-Skala 170A. Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält die inkrementelle XY-Skala 170A eine Anordnung gleichmäßig beabstandeter inkrementell abbildbarer Merkmale IIF. In verschiedenen Implementierungen kann die inkrementelle XY-Skala 170A eine Periodizität aufweisen, die kleiner als 100 Mikrometer ist (wofür z. B. periodische Abstände XSP1 und YSP1 zwischen den inkrementell abbildbaren Merkmalen IIF entlang der entsprechenden x- und y-Achsen jeweils weniger als 100 Mikrometer sein können). In verschiedenen Implementierungen können die Positionsinformationen, die unter Verwendung der inkrementellen XY-Skala 170A bestimmt werden, eine Genauigkeit von mindestens 10 Mikrometern besitzen. Im Gegensatz zu einer Robotergenauigkeit, die etwa 100 Mikrometer oder mehr sein kann, kann in bestimmten Implementierungen die Genauigkeit, die unter Verwendung einer derartigen XY-Skala 170A bestimmt wird, etwa 10x besser als die Robotergenauigkeit sein. In einer bestimmten Beispielimplementierung kann die inkrementelle XY-Skala 170A eine noch höhere Periodizität von etwa 10 Mikrometern besitzen, wofür dann, wenn die Vergrößerung der ersten Bildgebungskonfiguration 160 etwa 1x ist und eine Interpolation durchgeführt um einen Faktor 10x durchgeführt wird, etwa 1 Mikrometer Genauigkeit erreicht werden kann. Eine derartige Konfiguration würde eine etwa 100-fache Verbesserung der Genauigkeit über eine Robotergenauigkeit von etwa 100 Mikrometern aufweisen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann ein Ort eines Sichtfelds FOV der ersten Bildgebungskonfiguration 160 in der inkrementellen XY-Skala 170A eine Angabe einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170A und der ersten Bezugsposition REF1 schaffen. In verschiedenen Implementierungen kann die erste Bildgebungskonfiguration 160 in Kombination mit der inkrementellen XY-Skala 170A als Teil einer Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungskonfiguration verwendet werden. Zum Beispiel kann der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 eine relative inkrementelle Position zwischen der XY-Skala 170A und der ersten Bezugsposition REF1 auf der Grundlage des Orts des Sichtfelds FOV in der inkrementellen XY-Skala 170A, wie durch den Abschnitt der XY-Skala 170A im erfassten Bild angegeben wird, und wie im Stand der Technik für Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken bekannt ist (wie z. B. in den zuvor aufgenommenen Referenzen beschrieben wird), bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann die inkrementelle XY-Skala 170A von verschiedene Größen in Bezug auf das Sichtfeld FOV sein (z. B. kann die inkrementelle XY-Skala 170A mindestens 4x, 10x, 20x usw. größer als das Sichtfeld FOV sein).
  • In verschiedenen Implementierungen kann die inkrementelle Position, die durch die XY-Skala 170A angegeben wird, mit Positionsinformationen aus dem gelenkig gelagerten Roboter 110 kombiniert werden, um eine relativ genaue und/oder absolute Position zu bestimmen. Zum Beispiel können die Sensoren SEN1 und SEN2 (z. B. die Drehgeber) des gelenkig gelagerten Roboters 110 die Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit angeben, wofür die inkrementelle Position, die durch die XY-Skala 170A angegeben wird, verwendet werden kann, um die bestimmte Endwerkzeugposition ETP derart weiter zu verfeinern, dass sie eine Genauigkeit aufweist, die besser als die Robotergenauigkeit ist. In einer derartigen Konfiguration kann der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 konfiguriert sein, ein oder mehrere jeweilige abbildbare Merkmale IIF, die im erfassten Bild der XY-Skala 170A enthalten sind, auf der Grundlage der Bildpositionen des einen oder der mehreren abbildbaren Merkmale IFF im erfassten Bild und auf der Grundlage von Positionsdaten gelenkig gelagerter Roboter, die vom Bewegungssteuersystem 140 entsprechend der Bilderfassungszeit hergeleitet werden, zu identifizieren.
  • In derartigen Konfigurationen können die jeweiligen abbildbaren Merkmale IFF der XY-Skala 170A einen Satz ähnlicher abbildbarer Merkmale IFF umfassen, dessen Elemente derart auf dem Substrat verteilt sind, dass sie in regelmäßigen Intervallen um eine Entfernung voneinander beabstandet sind, die größer als ein maximaler Positionsfehler ist, der in der Robotergenauigkeit zulässig ist. Wie in 4 veranschaulicht ist, sind die abbildbaren Merkmale IFF (z. B. in den Abständen XSP1 und YSP1) um mehr als einen maximalen Positionsfehler MPE beabstandet, wie durch einen Kreis, der ein repräsentatives abbildbares Merkmal IFF umgibt, repräsentiert wird. Es wird begrüßt werden, dass in einer derartigen Konfiguration die Robotergenauigkeit für die Positionsbestimmung ausreichend ist, um den Ort mit einer Genauigkeit zu bestimmen, die größer als der Abstand zwischen den abbildbaren Merkmalen IFF ist. Insbesondere kann in verschiedenen Implementierungen ein einzelnes abbildbares Merkmal IFF auf der XY-Skala 170A (d. h. wobei die abbildbaren Merkmale alle bei bekannten x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten auf der XY-Skala 170A gemäß den gleichmäßigen Abständen über der Skala liegen) somit durch die Positionsdaten gelenkig gelagerter Roboter mit ausreichender Genauigkeit derart identifiziert werden, dass keine zwei abbildbaren Merkmale IFF miteinander verwechselt werden können. In einer derartigen Konfiguration kann der Ort eines einzelnen abbildbaren Merkmals IFF im erfassten Bild dann verwendet werden, um die Endwerkzeugposition ETP mindestens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP in einer x-y-Ebene, die senkrecht zur z-Achse ist, derart weiter zu verfeinern, dass sie eine Genauigkeit besitzt, die besser als die Robotergenauigkeit ist.
  • Wie oben in Bezug auf 2 beschrieben ist, kann in einer bestimmten Beispielimplementierung die XY-Skala 170A derart festgelegt sein, dass sie eine Bezugsposition (z. B. ein Ursprungsort) bei X0, Y0, Z0 (die z. B. für einen Ursprungsort Werte von 0,0,0 aufweisen kann) besitzen kann. In einer derartigen Konfiguration kann sich der Bezugsort REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160) bei relativen Koordinaten von X1, Y1, Z1 befinden und kann sich ein Zentrum eines entsprechenden Sichtfelds FOV (wie z. B. in einem erfassten Bild aufgenommen wurde) bei relativen Koordinaten X1, Y1, Z0 befinden. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der XY-Skala 170 erstreckt, kann derart festgelegt sein, dass er die relativen Koordinaten X2, Y2, Z0 besitzt. Die Endwerkzeugposition ETP kann derart festgelegt sein, dass sie die Koordinaten X2, Y2, Z2 besitzt.
  • Im Betrieb kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 analysiert werden, um die X1, Y1-Koordinaten, die dem Zentrum des Sichtfelds FOV der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160 entsprechen, zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken vorgenommen werden, um einen Ort eines Sichtfelds (der z. B. einem Ort einer Kamera entspricht) in einem Skalenbereich (z. B. in der XY-Skala 170A) zu bestimmen. Es wird begrüßt werden, dass in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken, die Bezugsposition/der Ursprungsort X0, Y0, Z0 nicht im Sichtfeld FOV liegen muss, damit eine derartige Bestimmung vorgenommen werden kann (d. h. die relative Position kann aus den Skaleninformationen bei einem Ort entlang der XY-Skala 170A, wie sie teilweise durch die Skalenelemente, die die gleichmäßig beabstandeten inkrementell abbildbaren Merkmale IIF umfassen, bereitgestellt werden, bestimmt werden). In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung ein Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala 170 enthalten ist, und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine derartige Bestimmung kann dem Bestimmen einer relativen Position zwischen der XY-Skala 170 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 160) entsprechen. Die relativen X2, Y2-Koordinaten (d. h. die Endwerkzeugposition ETP) können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 170 bestimmt werden (z. B. Addieren der x- und y-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1, um X2 und Y2 zu bestimmen).
  • Ein bestimmtes veranschaulichendes Beispiel des Kombinierens der Positionsinformationen aus dem gelenkig gelagerten Roboter 110 mit den inkrementellen Positionsinformationen, die durch die XY-Skala 170A angegeben werden, um eine relativ genaue und/oder absolute Position zu bestimmen, gestaltet sich wie folgt. Wie in 4 veranschaulicht ist, kann das erfasste Bild angeben, dass das Zentrum des Sichtfelds FOV in der Mitte von vier inkrementell abbildbaren Merkmalen IIF liegt, jedoch muss nicht angeben werden, welche bestimmten vier inkrementellen abbildbaren Merkmale IIF der XY-Skala 170 im Bild enthalten sind. Die Positionsinformationen aus dem gelenkig gelagerten Roboter 110 können genau genug sein, um derartige Informationen bereitzustellen, wofür die bestimmten vier inkrementell abbildbaren Merkmale IIF der XY-Skala 170A identifiziert werden können (z. B. teilweise auf der Grundlage der oben erwähnten Prinzipien, gemäß denen die abbildbaren Merkmale IFF um mehr als einen maximalen Positionsfehler beabstandet sind, wie durch eine repräsentative kreisförmige Fläche MPE derart repräsentiert wird, dass jedes abbildbare Merkmal IFF eindeutig identifiziert werden kann). Das erfasste Bild kann dann durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 analysiert werden, um genau zu bestimmen, wo das Zentrum des Sichtfelds (d. h. bei den Koordinaten X1, Y1, Z0) in diesem Abschnitt der XY-Skala (d. h. der die bestimmten vier inkrementellen abbildbaren Merkmale IIF enthält) auftritt. Der Prozess kann dann setzen fort, wie oben angegeben ist (z. B. für entsprechend Bestimmen der X2- und Y2-Koordinaten der Endwerkzeugposition ETP).
  • Hinsichtlich der Verwendung einer XY-Skala 170A oder dergleichen mit dem Ausrichtungssensor ASen, wie in 2A-3B gezeigt ist, wird der Ausrichtungsstrahl ABeam von einem reflektierenden Ausrichtungsmerkmal ARF auf einer Oberfläche parallel zur Skalenebene reflektiert. In verschiedenen Implementierungen können die reflektierenden Merkmale ARF die abbildbaren Merkmale IFF sein und der Ausrichtungsstrahl ABeam kann derart positioniert werden, dass er von derartigen Merkmalen auf der Grundlage eines Bewegens der Roboter, um dies zu erreichen (die Verwendung der Robotergenauigkeit ist ausreichend), reflektiert wird. Es wird begrüßt werden, dass der Ausrichtungssensor nicht überall auf der XY-Skala 170A arbeiten muss und nicht kontinuierlich arbeiten muss. Der Ausrichtungsstrahl ABeam kann intermittierend betrieben werden, um z. B. in Beziehung stehendes „Rauschen“ in den erfassten Skalenbildern zu vermeiden.
  • Um die beste Leistungsfähigkeit des Ausrichtungssensors zu erzielen, kann es wünschenswert sein, dass die reflektierenden Ausrichtungsmerkmale ARF größer als die Punktgröße des Ausrichtungsstrahls Abeam sind. Wenn dies mit einer gewünschten Größe der abbildbaren Merkmale IFF in Konflikt ist, dann können zusätzliche größere Merkmale ARF bei verschiedenen Orte auf der XY-Skala vorgesehen sein, wie durch die wahlweisen reflektierenden Ausrichtungsmerkmale ARF, die in 4 gezeigt sind, schematisch repräsentiert wird. Es wird begrüßt werden, dass der Ausrichtungsstrahl Abeam in weiteren Implementierungen eine Wellenlänge besitzen kann, die für die Bildgebungskonfiguration 160 (z. B. auf der Grundlage der Kameraempfindlichkeit oder der Wellenlängenfilterung) unsichtbar ist, und die XY-Skala 170A kann überall eine wellenlängenspezifisch reflektierende Schicht enthalten, die ermöglicht, dass der Ausrichtungssensor ASen überall auf der XY-Skala 170A und/oder kontinuierlich betrieben werden kann.
  • 5 ist ein isometrisches Diagramm einer beispielhaften Implementierung einer absoluten XY-Skala 170B. Hinsichtlich der Verwendung der XY-Skala 170B oder dergleichen mit dem Ausrichtungssensor ASen versteht sich, dass die Überlegungen dieselben sind wie die, die zuvor unter Bezugnahme auf 4 dargestellt wurden. Im Beispiel von 5 enthält die absolute XY-Skala 170B ähnlich zur inkrementellen XY-Skala 170A eine Anordnung gleichmäßig beabstandeter inkrementell abbildbarer Merkmale IIF und enthält auch einen Satz absoluter abbildbarer Merkmale AIF, die eindeutig identifizierbare Muster (z. B. ein 16 Bit-Muster) aufweisen. Im Betrieb schafft ein Ort eines Sichtfelds FOV der ersten Bildgebungskonfiguration 160 in der absoluten XY-Skala 170B (d. h. wie in einem aufgenommene Bild enthalten ist) eine Angabe einer absoluten Position zwischen der XY-Skala 170B und der ersten Bezugsposition REF1. In der Implementierung von 5 sind die Elemente des Satzes absoluter abbildbarer Merkmale AIF auf dem Substrat SUB derart verteilt, dass sie (z. B. bei den Abständen XSP2 und YSP2) um weniger als eine Entfernung, die einer Entfernung über ein Sichtfeld FOV der ersten Bildgebungskonfiguration 160 entspricht (d. h. derart, dass immer mindestens ein absolutes abbildbares Merkmal AIF in einem Sichtfeld enthalten ist), beabstandet sind. Im Betrieb ist der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 konfiguriert, mindestens ein jeweiliges absolutes abbildbares Merkmal AIF im erfassten Bild der XY-Skala 170B enthalten ist, auf der Grundlage des eindeutig identifizierbaren Musters des jeweiligen absoluten abbildbaren Merkmals AIF zu identifizieren. Es wird begrüßt werden, dass derartige Implementierungen eine absolute Position, die die Endwerkzeugposition ETP angibt, mit einer Genauigkeit, die besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP in einer x-y-Ebene, die senkrecht zur z-Achse ist (als Beispiel, und die im Gegensatz zur inkrementellen XY-Skala 170B kein Kombinieren mit Positionsinformationen aus dem gelenkig gelagerten Roboter 110 erfordern müssen, um die absolute Position zu bestimmen), unabhängig bestimmen können.
  • Ein bestimmtes veranschaulichendes Beispiel des Verwendens der absoluten abbildbaren Merkmale AIF, um eine relativ genaue und absolute Position zu bestimmen, gestaltet sich wie folgt. Wie in 5 veranschaulicht ist, kann das erfasste Bild angeben, dass das Zentrum des Sichtfelds FOV in der Mitte mehrerer inkrementell abbildbarer Merkmale IIF liegt. Die Positionsinformationen der enthaltenen zwei absolut abbildbaren Merkmale AIF gibt an, welchen Abschnitt der XY-Skala 170B das Bild enthält, wofür auch die enthalten inkrementellen abbildbaren Merkmale IIF der XY-Skala 170 identifiziert werden können. Das erfasste Bild kann durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 entsprechend analysiert werden, um genau zu bestimmen, wo das Zentrum des Sichtfelds (d. h. bei den Koordinaten X1, Y1, Z0) in diesem Abschnitt der XY-Skala (d. h. der die zwei absoluten abbildbaren Merkmale und die inkrementellen abbildbaren Merkmale IIF enthält) auftritt. Der Prozess kann dann fortfahren, wie oben angegeben ist (z. B. zum entsprechenden Bestimmen der X2- und Y2-Koordinaten der Endwerkzeugposition ETP).
  • 6 ist ein Flussidagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Routine 600 zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Roboter und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, das ein Betriebsausrichtungsuntersystem enthält, das keine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct enthält, enthält, veranschaulicht. Wie in 6A gezeigt ist, wird in einem Entscheidungsblock 610 eine Bestimmung vorgenommen, ob das Robotersystem in einem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden soll. In verschiedenen Implementierungen kann eine Auswahl und/oder Aktivierung eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus oder eines Normalroboter-Positionskoordinatenmodus durch einen Anwender vorgenommen werden und/oder kann durch das System in Reaktion auf bestimmte Operationen und/oder Anweisungen automatisch vorgenommen werden. Zum Beispiel kann in einer Implementierung in einen Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus eingetreten werden (z. B. automatisch oder in Übereinstimmung mit einer Auswahl durch einen Anwender), wenn der gelenkig gelagerte Roboter sich in eine bestimmte Position bewegt (z. B. ein Endwerkzeug von einem allgemeinen Bereich, in dem eine Montage oder weitere Operationen durchgeführt werden, zu einem spezielleren Bereich, in dem typischerweise Werkstückprüfoperationen durchgeführt werden und in dem der Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus verwendet werden würde, bewegt). In verschiedenen Implementierungen können derartige Modi durch ein externes Steuersystem ECS (wie z. B. das externe Steuersystem ECS von 1 unter Verwendung eines Normalroboter-Positionskoordinatenmodusabschnitts 147 und eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodusabschnitts 187) implementiert werden. In verschiedenen Implementierungen kann ein Hybridmodus entweder unabhängig oder als Teil eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden und/oder kann als ein Schalten zwischen den Modi, wie unten in Bezug auf 7 genauer beschrieben wird, implementiert werden.
  • Wenn im Entscheidungsblock 610 bestimmt wird, dass das Robotersystem nicht in einem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden soll, schreitet die Routine zu einem Block 615 fort, in dem das Robotersystem in einem Normalroboter-Positionskoordinatenmodus betrieben wird. Als Teil des Normalroboter-Positionskoordinatenmodus werden die Positionssensoren (z. B. die Drehgeber) des gelenkig gelagerten Roboters verwendet, um die Bewegungen des gelenkig gelagerten Roboters und die entsprechende Endwerkzeugposition mit der Robotergenauigkeit (die z. B. die mindestens teilweise die Genauigkeit der Positionssensoren des gelenkig gelagerte Roboters als Grundlage verwendet) zu steuern und zu bestimmen. Wie oben erwähnt wird, können der erste und der zweite Drehgeber die Positionen des ersten und des zweiten Armabschnitts mit einem geringeren Genauigkeitsgrad als die Positionsinformationen, die unter Verwendung der XY-Skala bestimmt werden, angeben. Im Allgemeinen kann der Roboterpositionskoordinatenmodus einem unabhängigen und/oder normalen Betriebsmodus für den gelenkig gelagerte Roboter (z. B. ein Modus, in dem der gelenkig gelagerte Roboter unabhängig betrieben wird, wie z. B. dann, wenn ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem nicht aktiv ist oder auf andere Weise nicht vorgesehen ist) entsprechen.
  • Wenn das Robotersystem in einem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden soll, schreitet die Routine zu einem Block 620 fort, in dem der Roboter und das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart angeordnet sind, dass sie eine „nominelle“ Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems schaffen. Die „nominelle“ Betriebskonfiguration wurde zuvor gemäß einer Konvention, die hier verwendet wird, definiert. Eine Skalenebene wird derart definiert, dass sie mit einem ebenen Substrat der XY-Skala nominell übereinstimmt und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert ist. In der „nominellen“ Betriebskonfiguration sind die XY-Skala und/oder die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration nominell parallel zur Skalenbildgebungsachsenrichtung angeordnet und die Skalenebene befindet sich im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration entlang der Skalenbildgebungsachsenrichtung.
  • In einem Block 630 wird mindestens ein Eingangssignal empfangen (d. h. bei einem Bildauslöseabschnitt), das zu einer Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs eines gelenkig gelagerten Roboters in Beziehung steht. Ein Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals wird auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals bestimmt und das erste Bildgebungsauslösesignal wird zu einer ersten Bildgebungskonfiguration ausgegeben. Die erste Bildgebungskonfiguration erfasst ein digitales Bild einer XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals.
  • In einem Block 635 wird das Betriebsausrichtungsuntersystem (z. B. durch das Robotersystem) betrieben, um eine verbleibende Fehlausrichtung zwischen der optischen Achse und der Skalenbildgebungsachse, wie durch das Ausrichtungssignal, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, angegeben wird, zu bestimmen, wobei die verbleibende Fehlausrichtung dem erfassten digitalen Bild entspricht. In verschiedenen Implementierungen kann eine verbleibende Fehlausrichtung, die dem erfassten digitalen Bild entspricht, von der Situation abhängen. Für die beste Genauigkeit kann es wünschenswert sein, dass die verbleibende Fehlausrichtung mit der Bewegungsarmkonfiguration des Roboters in derselben (oder nahezu derselben) Position und/oder Stellung, die während der Operationen des Blocks 630 verwendet werden, festgelegt wird. Allerdings können dann, wenn die Roboterarmkonfiguration ausreichend steif ist und/oder die Position und/oder die Stellung, die während der Operationen des Blocks 635 verwendet werden, in der Nähe derer liegen, die während der Operationen des Blocks 630 verwendet werden, und/oder die Genauigkeitsanforderungen in einer bestimmten Situation nicht zu stringent sind, die Operationen der Blöcke 635 und 630 an verschiedenen Stellen und/oder zu verschiedenen Zeiten durchgeführt werden und die verbleibende Fehlausrichtung, die in Block 635 bestimmt wird, kann dem digitalen Bild, das in Block 630 erfasst wird, ausreichend entsprechen.
  • In einem Block 640 wird das erfasste Bild empfangen (z. B. bei einem Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt) und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten ist, wird identifiziert.
  • In einem Block 650 wird ein erster Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition mit einer Genauigkeit angeben, die besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente des ersten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, bestimmt. Der erste Satz Messtechnikpositionskoordinaten wird auf der Grundlage einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung bestimmt (wie z. B. zuvor unter Bezugnahme auf 2A, 2B, 3A und/oder 3B dargestellt wurde).
  • In einem wahlweisen Block 655 kann ein zweiter Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage des ersten Satzes Messtechnikpositionskoordinaten und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, angeben, mindestens für eine Vektorkomponente des zweiten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, bestimmt werden. Selbstverständlich geben die Elemente des ersten Satzes von Messtechnikkoordinaten, die in Block 650 bestimmt werden, eine lokale Bezugsposition der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration an. Die Operationen dieses Blocks 655 stehen in Beziehung mit dem Korrigieren von Fehlern, die mit der Wirkung der verbleibenden Fehlausrichtung auf einen bekannten Versatz zwischen der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs und der Bezugsposition der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in Beziehung stehen, wie z. B. in der Beschreibung von 2A und 2B hervorgehoben wird. Nach den Operationen in Block 650 (oder 655) kann die Routine enden.
  • Alternativ kann die Routine nach den Operationen in Block 650 (oder 655) teilweise oder vollständig wiederholt werden. Zum Beispiel können die bestimmten Positionsinformationen (z. B. aus dem Block 655) dem Bestimmen eines ersten Oberflächenorts auf einem Werkstück entsprechen oder auf andere Weise dafür verwendet werden und die Routine kann wiederholt werden, wofür dann ein zweiter Oberflächenort auf dem Werkstück bestimmt werden kann (z. B. als Teil einer Werkstückmessung wie z. B. Messen eines Merkmals eines Werkstücks). Beim Wiederholen der Routine in verschiedenen Implementierungen müssen die Operationen im Block 620 nicht wiederholt werden. In jedem Fall können die ersten und die zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die durch Wiederholen der Routine 600 bestimmt werden und die die erste und die zweite relative Position und/oder in Beziehung stehende Positionsinformationen angeben, verwendet werden, um eine Abmessung des Werkstücks zu jeweiligen Bilderfassungszeiten zu bestimmen, die einer Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht, die den jeweiligen Endwerkzeugpositionen oder Messpunktpositionen des Endwerkzeugs entsprechen, wenn es den jeweiligen ersten und zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück berührt, usw. Es wird begrüßt werden, dass unter Verwendung der Techniken, die hier beschrieben werden, anstatt die Positionssensoren (z. B. der Drehgeber, der Lineargeber usw.) des Roboters zu verwenden, um den ersten und den zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück mit der Robotergenauigkeit zu bestimmen, genauere Positionsinformationen bestimmt werden können. Insbesondere ermöglicht die Bestimmung des ersten und des zweiten Oberflächenorts (d. h. entsprechend der ersten und der zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinate, die einem jeweiligen ersten und zweiten Ort auf der XY-Skala entsprechen, für die eine genaue Entfernung zwischen derartigen Koordinaten/Orten unter Verwendung der Techniken, die oben beschrieben sind, in Übereinstimmung mit der Genauigkeit der XY-Skala bestimmt werden kann), dass die entsprechenden Dimensionen des Werkstücks (z. B. eines Werkstückmerkmals) zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmt werden.
  • 7 ist ein Flussidagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Routine 700 zum Bestimmen einer Endwerkzeugposition veranschaulicht, wobei während verschiedener Abschnitte eines Bewegungszeitablaufs verschiedene Techniken verwendet werden können. Im Allgemeinen werden während des Bewegungszeitablaufs ein oder mehrere Armabschnitte des gelenkig gelagerten Roboters von ersten Drehstellungen zu zweiten Drehstellungen (z. B. die ein Drehen der Armabschnitte um Drehgelenke von ersten Drehorientierungen zu zweiten Drehorientierungen enthalten können) bewegt. Wie in 7 gezeigt ist, wird in einem Entscheidungsblock 710 eine Bestimmung vorgenommen, ob ein Hybridmodus verwendet werden wird, um die Endwerkzeugposition während des Bewegungszeitablaufs zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen kann ein Hybridmodus auch einen Prozess repräsentieren, der ein Umschalten zwischen dem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus und dem Normalroboter-Positionskoordinatenmodus enthält. Wenn der Hybridmodus nicht verwendet werden soll, fährt die Routine fort zu einem Block 720, in dem lediglich die Positionssensoren (z. B. die Drehgeber) des gelenkig gelagerten Roboters zum Bestimmen der Endwerkzeugposition während des Bewegungszeitablauf verwendet werden.
  • Wenn der Hybridmodus verwendet werden soll, schreitet die Routine zu einem Block 730 fort, wofür während eines ersten Abschnitts eines Bewegungszeitablaufs die Positionssensoren, die im gelenkig gelagerten Roboter enthalten sind, zum Bestimmen der Endwerkzeugposition verwendet werden. Während derartiger Operationen muss keine relative Position eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems bestimmt werden und/oder wird nicht auf andere Weise verwendet, um die Endwerkzeugposition zu bestimmen. In einem Block 740 wird während eines zweiten Abschnitts des Bewegungszeitablaufs, der nach dem ersten Abschnitt des Bewegungszeitablaufs auftritt, eine bestimmte relative Position des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems verwendet, um die Endwerkzeugposition zu bestimmen. Es wird begrüßt werden, dass derartige Operationen ermöglichen, dass das System eine anfängliche/schnelle/grobe Bewegung der Endwerkzeugposition während des ersten Abschnitts des Bewegungszeitablaufs durchführt und eine genauere endgültige/langsamere/feinere Bewegung der Endwerkzeugposition während des zweiten Abschnitts des Bewegungszeitablaufs durchführt.
  • 8 ist ein Blockdiagramm einer vierten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 800, das einen Roboter 810 und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 enthält. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 ist derart gezeigt, dass es eine zweite beispielhafte Implementierung eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS enthält, das einen Ausrichtungssensor ASen und eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die Elemente, die in einer Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind, und ein Roboterbewegungssteuerungs- und Roboterbewegungsverarbeitungs-System 840 des Robotersystems 800 umfasst, wie unten genauer beschrieben wird, umfasst. Der Ausrichtungssensor ASen und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct sind mit Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890 verbunden (oder arbeiten auf andere Weise mit ihnen zusammen).
  • Der Roboter 810 (z. B. ein gelenkig gelagerter Roboter) enthält eine Bewegungsarmkonfiguration MAC' und ein Roboterbewegungssteuerungs- und Roboterbewegungsverarbeitungs-System 840. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 enthält eine erste Bildgebungskonfiguration 860, eine XY-Skala 870, einen Bildauslöseabschnitt 881 und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885. In der Konfiguration von 8 ist die XY-Skala 870 an die Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt. Wie unten genauer beschrieben wird, besitzt die erste Bildgebungskonfiguration 860 eine erste optische Achse OA1, die in einer Betriebskonfiguration zu einer Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA parallel sein kann.
  • Im Beispiel von 8 enthält die Bewegungsarmkonfiguration MAC' einen niedrigeren Basisabschnitt BSE', Armabschnitte 821-825, Bewegungsmechanismen 831-835, Positionssensoren SEN1'-SEN5' und eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC. Wie unten genauer beschrieben wird und wie ferner in 9 veranschaulicht ist, kann jeder Armabschnitt 821-825 jeweilige nahe gelegene Enden PE1-PE5 und jeweilige distale Enden DE1-DE5 besitzen. In verschiedenen Implementierungen können einige oder alle Armabschnitte 821-825 an jeweiligen Bewegungsmechanismen 831-835 bei jeweiligen nahe gelegenen Enden PE1-PE5 der jeweiligen Armabschnitte 821-825 montiert sein. Im Beispiel von 8 können einige oder alle Bewegungsmechanismen 831-835 (z. B. Drehgelenke und/oder geradlinige Aktoren mit entsprechenden Motoren usw.) eine Bewegung (z. B. eine Drehung, eine geradlinige Bewegung usw.) der jeweiligen Armabschnitte 821-825 (z. B. um oder entlang jeweiliger Drehachsen RA1'-RA5 usw.) ermöglichen. In verschiedenen Implementierungen können die Positionssensoren SEN1'-SEN5' (z. B. die Drehgeber, die Lineargeber usw.) verwendet werden, um die Positionen (z. B. die Winkelorientierungen, die linearen Positionen usw.) der jeweiligen Armabschnitte 821-825 zu bestimmen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die Bewegungsarmkonfiguration MAC' einen Abschnitt besitzen, der als ein Anschlussabschnitt (z. B. der fünfte Armabschnitt 825) festgelegt ist. In der Beispielkonfiguration von 8 befindet sich die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC in der Nähe des distalen Endes DE5 (z. B. befindet sich bei ihm) des fünften Armabschnitts 825 (das z. B. als der Anschlussabschnitt festgelegt ist), das einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' entspricht. In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 870 derart die an die Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt sein, dass sie nahe an dem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' liegt. In der Implementierung von 8 ist die XY-Skala 870 bei einem Ort an den fünften Armabschnitt 825 gekoppelt, der nahe an dem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' liegt. In einigen Implementierungen gemäß hier offenbarten Prinzipien ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert, dass die bewegliche der XY-Skala (z. B. 870) oder der ersten Bildgebungskonfiguration (z. B. 860) an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die an die Bewegungsarmkonfiguration (z. B. MAC') gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist. Die Implementierungen, die in 8, 9 und 10 gezeigt sind, entsprechen dieser Beschreibung dahingehend, dass die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct ein erstes Drehelement 835/825 und ein zweites Drehelement 834/824 umfasst, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC verschiedene Elemente zum Koppeln und Führen des Endwerkzeugs ETL nahe an dem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten. Zum Beispiel kann in verschiedenen Implementierungen die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC eine Autoaufnahmeverbindung, einen Magnetkupplungsabschnitt und/oder weitere Kopplungselemente, wie im Stand der Technik bekannt sind, zum Befestigen eines Endwerkzeugs ETL an einem entsprechenden Element enthalten. Die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC kann auch elektrische Verbindungen (z. B. eine Leistungsverbindung, eine oder mehrere Signalleitungen usw.) zum Liefern von Leistung zu und/oder Senden von Signalen zu und von mindestens einem Teil des Endwerkzeugs ETL (z. B. zum und vom Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN) enthalten.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL den Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN und den Endwerkzeugeingabestift ETST mit dem Messpunkt MP des Endwerkzeugs (z. B. zum Berühren einer Oberfläche eines Werkstücks WP) enthalten. Der fünfte Bewegungsmechanismus 835 befindet sich nahe an dem distalen Ende DE4 des vierten Armabschnitts 824. In verschiedenen Implementierungen kann der fünfte Bewegungsmechanismus 835 (z. B. ein Drehgelenk mit einem entsprechenden Motor) konfiguriert sein, den fünften Armabschnitt 825 um eine Drehachse RA5 zu drehen. In jedem Fall ist das Endwerkzeug ETL an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC montiert (z. B. an sie gekoppelt) und besitzt eine entsprechende Endwerkzeugposition ETP mit entsprechenden Messtechnikpositionskoordinaten (z. B. x-, y- und z-Koordinaten). In verschiedenen Implementierungen kann die Endwerkzeugposition ETP der Position der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC entsprechen oder nahe bei ihr (z. B. bei oder nahe an dem distalen Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825, das dem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' entsprechen kann) liegen.
  • Das Bewegungssteuersystem 840 ist konfiguriert, die Endwerkzeugposition ETP des Endwerkzeugs ETL mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, zu steuern. Insbesondere ist das Bewegungssteuersystem 840 im Allgemeinen konfiguriert, die Messtechnikpositionskoordinaten (z. B. x-, y- und z-Koordinaten) der Endwerkzeugposition ETP mit der Robotergenauigkeit mindestens teilweise auf der Grundlage des Verwendens der Bewegungsmechanismen 831-835 und Positionssensoren SEN1'-SEN5' zum Erfassen und Steuern der Positionen der Armabschnitte 821-825 zu steuern. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und Verarbeitungssystem 840 Abschnitte 841-845 zum Steuern und Erfassen von Bewegungsmechanismen enthalten, die jeweils Signale von den jeweiligen Positionssensoren SEN1'-SEN5' zum Erfassen der Positionen (z. B. die Winkelstellungen, die geradlinigen Positionen usw.) der jeweiligen Armabschnitte 821-825 empfangen können und/oder Steuersignale zu den jeweiligen Bewegungsmechanismen 831-835 (die z. B. Drehgelenke, geradlinige Aktoren, Motoren usw. enthalten) zum Bewegen der jeweiligen Armabschnitte 821-825 liefern können.
  • Das Bewegungssteuerungs- und Verarbeitungssystem 840 kann auch Signale vom Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN empfangen. In verschiedenen Implementierungen kann der Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN eine Schaltungsanordnung und/oder eine Konfigurationen enthalten, die mit den Operationen des Endwerkzeugs ETL zum Erfassen eines Werkstücks WP in Beziehung stehen. Wie unten genauer beschrieben wird, kann in verschiedenen Implementierungen das Endwerkzeug ETL (z. B. ein Messtaster, eine Tastsonde, eine Kamera usw.) zum Berühren oder auf andere Weise Erfassen von Oberflächenorten/-positionen/-punkten auf einem Werkstück WP verwendet werden, wofür verschiedene entsprechende Signale durch den Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN, der entsprechende Signale zum Bewegungssteuerungs- und Verarbeitungssystem 840 liefern kann, empfangen, bestimmt und/oder verarbeitet werden können. In verschiedenen Implementierungen kann das Bewegungssteuerungs- und Verarbeitungssystem 840 einen Abschnitt 846 zum Steuern und Erfassen von Endwerkzeugen enthalten, der Steuersignale zum Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN liefern und/oder Erfassungssignale von ihm empfangen kann. In verschiedenen Implementierungen können der Abschnitt 846 zum Steuern und Erfassen von Endwerkzeugen und der Endwerkzeugerfassungsabschnitt ETSN vereinigt und/oder ununterscheidbar sein. In verschiedenen Implementierungen können alle der Abschnitte 841-845 zum Steuern und Erfassen von Bewegungsmechanismen und des Abschnitts 846 zum Steuern und Erfassen von Endwerkzeugen Ausgaben zu einem Roboterpositionsverarbeitungsabschnitt 847, der die Gesamtpositionierung der Bewegungsarmkonfiguration MAC' des Roboters 810 und einer entsprechenden Endwerkzeugposition ETP als Teil des Roboterbewegungssteuerungs- und Roboterbewegungsverarbeitungs-System 840 steuern und/oder bestimmen kann, liefern und/oder Steuersignale von ihm empfangen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 in einem Roboter 810 enthalten oder ihm auf andere Weise hinzugefügt sein (z. B. als Teil einer Nachrüstkonfiguration zum Hinzufügen zu einem existierenden Roboter 810 usw.). Im Allgemeinen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 verwendet werden, um einen verbesserten Genauigkeitsgrad zur Bestimmung der Endwerkzeugposition ETP zu schaffen. Insbesondere kann, wie unten genauer beschrieben wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 verwendet werden, um Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition ETP mit einem Genauigkeitsgrad angeben, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA ist, zu bestimmen. In verschiedenen Implementierungen (wobei z. B. die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA und der Endwerkzeugeingabestift ETST parallel zur z-Achse sind) kann dies dem Genauigkeitsgrad entsprechen, der mindestens für x- und y-Messtechnikpositionskoordinaten in einer x-y-Ebene, die senkrecht zur z-Achse ist, besser als die Robotergenauigkeit ist.
  • Wie in 8 veranschaulicht ist, ist die erste Bildgebungskonfiguration 860 nahe an dem Roboter 810 an das ortsfeste Element STE gekoppelt. In verschiedenen Implementierungen kann das ortsfeste Element STE einen Rahmen umfassen, der über mindestens einem Abschnitt eines Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV' angeordnet ist und wofür die erste Bildgebungskonfiguration 860 über einem Abschnitt des Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV' an dem Rahmen befestigt ist. In verschiedenen Implementierungen kann das ortsfeste Element STE ein oder mehrere Strukturtragelemente SSP (die sich z. B. von einem Boden, einer Decke usw. erstrecken) enthalten, um das ortsfeste Element STE (z. B. mit einer festen Position und/oder Orientierung) in Bezug auf den Roboter 810 an einem festen Ort zu halten.
  • In verschiedenen Implementierungen besteht das Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' aus einem Volumen, in dem mindestens ein Abschnitt des Endwerkzeugs ETL und/oder der XY-Skala 870 bewegt werden kann. Im Beispiel von 8 ist das Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' derart veranschaulicht, dass es ein Volumen enthält, in dem der Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL bewegt werden kann, wenn ein Werkstück geprüft wird. Als ein alternatives Beispiel kann ein Endwerkzeugarbeitsvolumen alternativ ein Volumen enthalten, in dem sich die XY-Skala 870 bewegen kann, wenn das Endwerkzeug ETL zum Prüfen eines Werkstücks bewegt wird. In verschiedenen Implementierungen ist der Roboter 810 konfiguriert, die Bewegungsarmkonfiguration MAC' derart zu bewegen, dass mindestens ein Abschnitt des Endwerkzeugs ETL (z. B. der Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL'), der an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen (z. B. die x- und y-Dimensionen) im Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV' bewegt wird. Im Beispiel von 8 ist der Abschnitt des Endwerkzeugs ETL (z. B. der Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL') durch den Roboter 810 entlang drei Dimensionen (z. B. die x-, y- und z-Dimensionen) beweglich.
  • Die erste Bildgebungskonfiguration 860 enthält eine erste Kamera CAM1 und besitzt eine optische Achse OA1. In einer Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 ist die optische Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA. Die erste Bildgebungskonfiguration 860 besitzt einen wirksamen Fokusbereich REFP entlang ihrer optischen Achse OA1. In verschiedenen Implementierungen kann der Bereich REFP durch eine erste und eine zweite wirksame Fokusposition EFP1 und EFP2 begrenzt sein, wie unten genauer beschrieben wird. Zu einem festgelegten Zeitpunkt besitzt die erste Bildgebungskonfiguration 860 eine wirksame Fokusposition EFP, die in den Bereich REFP fällt. In einer Implementierung, in der eine Linse mit variabler Brennweite (VFL-Linse) verwendet wird, kann der Bereich REFP dem Fokusbereich der VFL-Linse entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann eine VFL-Linse, die verwendet wird, eine abstimmbare akustische Brechungsindexgradientenlinse (TAG-Linse) sein. In Bezug auf den allgemeinen Betrieb einer derartigen TAG-Linse kann in verschiedenen Implementierungen eine Linsensteuereinheit (wie z. B. im ersten Bildgebungskonfigurationssteuerungs- und Bildverarbeitungsabschnitt 880 enthalten ist) die Brechkraft der TAG-Linse regelmäßig rasch anpassen oder modulieren, um eine Hochgeschwindigkeits-TAG-Linse zu erreichen, die zu einer regelmäßigen Modulation (d. h. bei einer TAG-Linsenresonanzfrequenz) von 250 kHz oder 70 kHz oder 30 kHz oder dergleichen in der Lage ist. In einer derartigen Konfiguration kann die wirksame Fokusposition EFP der ersten Bildgebungskonfiguration 860 im Bereich REFP (z. B. ein Autofokussuchbereich) (z. B. rasch) bewegt werden. Die wirksame Fokusposition EFP1 (oder EFPmax) kann einer maximalen Brechkraft der TAG-Linse entsprechen und die wirksame Fokusposition EFP2 (oder EFPmin) kann einer maximalen negativen Brechkraft der TAG-Linse entsprechen. In verschiedenen Implementierungen kann die Mitte des Bereichs REFP als EFPnom festgelegt sein und kann einer Brechkraft null der TAG-Linse entsprechen.
  • In verschiedenen Implementierungen können eine derartige VFL-Linse (z. B. eine TAG-Linse) und/oder ein entsprechender Bereich REFP vorteilhafterweise derart gewählt werden, dass die Konfiguration die Notwendigkeit makroskopischer mechanischer Anpassungen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und/oder Anpassung von Entfernungen zwischen Komponenten, um die wirksame Fokusposition EFP zu ändern, beschränkt oder beseitigt. Zum Beispiel kann in einer Implementierung, in der ein unbekannter Betrag einer Neigung oder einer „Durchbiegung“ beim distalen Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825 (das z. B. dem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' entspricht) (z. B. aufgrund des Gewichts und/oder bestimmter Orientierungen der Armabschnitte 821-825 usw.) auftreten kann, die genaue Brennweite von der ersten Bildgebungskonfiguration 860 zur XY-Skala 870 unbekannt sein und/oder sie kann mit verschieden Orientierungen der Armabschnitte variieren usw. Es wird auch begrüßt werden, dass sich in der Beispielkonfiguration von 8 die Entfernung zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bildgebungskonfiguration 860 im Allgemeinen in Übereinstimmung mit den allgemeinen Operationen der Bewegungsarmkonfiguration MAC', die die Endwerkzeugposition ETP zu von der ersten Bildgebungskonfiguration 860 verschiedenen Orten/Entfernungen in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA (z. B. als Teil der Operationen zum Abtasten einer Oberfläche eines Werkstücks WP usw.) bewegen kann, ändern kann. In derartigen Konfigurationen kann es wünschenswert sein, dass eine VFL-Linse verwendet wird, die die wirksame Fokusposition EFP abtasten oder auf andere Weise anpassen kann, um die XY-Skala 870 zu bestimmen und sich dort genau zu fokussieren. In verschiedenen Implementierungen können derartige Techniken, die eine VFL-Linse verwenden, in Kombination mit weiteren Fokusanpassungstechniken verwendet werden (die z. B. in Kombination mit änderbaren Objektivlinsen, die auch in der ersten Bildgebungskonfiguration 860 enthalten sein können, verwendet werden, usw.).
  • Wie zuvor dargestellt wurde, umfasst in der Implementierung, die in 8 gezeigt ist, das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS den Ausrichtungssensor ASen, den Betriebsausrichtungsaktor AAct, der Elemente der Bewegungsarmkonfiguration MAC' umfasst, und Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890. Die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890 enthalten einen Ausrichtungssignalverarbeitungsabschnitt 891, der eine Signalverarbeitung, die eine primäre Signalkonditionierung und/oder eine Korrektur des einen oder der mehreren Ausrichtungssignale Asig des Ausrichtungssensors Asen bereitstellen kann, und/oder eine Analyse, die einen Fehlausrichtungswinkel/-vektor oder einen verbleibenden Fehlausrichtungswinkel/-vektor bestimmt, der dem einen oder den mehreren Ausrichtungssignalen Asig entspricht, bereitstellen kann, wie unten genauer beschrieben wird. Die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890 enthalten ferner einen Ausrichtungssteuerabschnitt 892, der im Allgemeinen konfiguriert ist, eine Ausrichtung einer beweglichen einer XY-Skala oder einer ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausrichtungssignale Asig, das durch den Ausrichtungssensor ASen geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration der XY-Skala und der ersten Bildgebungskonfiguration zu schaffen, wobei eine optische Achse (z. B. OA1) der ersten Bildgebungskonfiguration und die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA derart ausgerichtet sind, dass sie parallel sind, wie durch das Ausrichtungssignal Asig angegeben wird, wie oben dargestellt ist.
  • Es wird begrüßt werden, dass die Konfiguration der Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890, die in 8 gezeigt ist und oben dargestellt ist, lediglich beispielhaft und nicht einschränkend ist. In verschiedenen Implementierungen können sich die verschiedenen Abschnitte der Ausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890 außerhalb des externen Steuersystems ECS (z. B. im Betriebsausrichtungssensor ASen) befinden oder können mit weiteren Abschnitten des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 (z. B. die Abschnitte 885 und/oder 887) vereinigt und/oder von ihnen ununterscheidbar sein. In der dargestellten Implementierung tauschen die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/-Routinen 890 Positions- und/oder Ausrichtungsinformationen und/oder Steuersignale mit dem System 840 zur Steuerung und Verarbeitung von Roboterbewegungen aus, wie durch die gestrichelte Linie 893 angegeben wird, um verschiedene Betriebsprinzipien oder -merkmale, die hier offenbart werden, zu implementieren. Die verschiedenen Elemente und Operationen, die oben dargestellt sind, werden unten genauer beschrieben.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die XY-Skala 870 dieselbe sein wie die XY-Skala 170, die oben in Bezug auf 4 und 5 beschrieben wurde, oder auf andere Weise gemäß hier offenbarten Prinzipien konfiguriert sein. In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem 800 betreibbar sein, eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 zu schaffen, wie unten unter Bezugnahme auf 9 und 10 genauer beschrieben wird. In der Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 ist die bewegliche XY-Skala 870 derart angeordnet, dass die Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA parallel zur optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 ist, wie durch das Ausrichtungssignal Asig des Ausrichtungssensors ASen angegeben wird, und die Skalenebene befindet sich im Fokusbereich REFP der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA. Es wird begrüßt werden, dass, um das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 in der Betriebskonfiguration mit den oben angegebenen Eigenschaften anzuordnen, verschiedene Anpassungen an den Positionen/Orientierungen der Armabschnitte 821-825 der Bewegungsarmkonfiguration MAC' auf der Grundlage des Ausrichtungssignals Asig des Ausrichtungssensors ASen und eines Satzes von Aktoren, die als Betriebsausrichtungsaktoren AAct des Betriebsausrichtungsuntersystems OAS betrachtet werden, vorgenommen werden können, wie unten unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wird. Anders ausgedrückt ist das Robotersystem 800 konfiguriert, das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct zu betreiben, eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala 870 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 860 auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor ASen geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 zu schaffen, wobei in der Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 die XY-Skala 870 und die erste Bildgebungskonfiguration 860 mit der optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 parallel zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA, wie durch das eine oder die mehreren Ausrichtungssignale Asig angegeben wird, angeordnet sind.
  • In verschiedenen Implementierungen können der Bildauslöseabschnitt 881 und/oder der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 als Teil eines externen Steuersystems ECS' (z. B. als Teil eines externen Computers usw.) enthalten sein. Der Bildauslöseabschnitt 881 kann als Teil des ersten Bildgebungskonfigurationssteuerungs- und Bildverarbeitungsabschnitts 880 enthalten sein. In verschiedenen Implementierungen ist der Bildauslöseabschnitt 881 konfiguriert, mindestens ein Eingangssignal, das zur Endwerkzeugposition ETP in Beziehung steht, einzugeben und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration 860 auszugegeben. In verschiedenen Implementierungen ist die erste Bildgebungskonfiguration 860 konfiguriert, ein digitales Bild der XY-Skala 870 zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen. In verschiedenen Implementierungen ist der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 konfiguriert, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala 870 enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren. In verschiedenen Implementierungen kann das externe Steuersystem ECS' auch einen Normalroboter-Positionskoordinatenmodusabschnitt 849 und einen Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodusabschnitt 887 zum Implementieren entsprechender Modi, wie unten genauer beschrieben wird, enthalten.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die erste Bildgebungskonfiguration 860 eine Komponente (z. B. eine Unterschaltung, eine Routine usw.) enthalten, die eine Bildintegration der Kamera CAM1 regelmäßig (z. B. zu einem eingestellten Zeitintervall) aktiviert, wofür das erste Bildgebungsauslösesignal aus dem Bildauslöseabschnitt 881 einen Abtastlichtzeitpunkt oder einen weiteren Mechanismus aktivieren kann, um eine Bewegung wirksam einzufrieren und eine Belichtung im Integrationszeitraum entsprechend zu bestimmen. In derartigen Implementierungen kann dann, wenn während des Integrationszeitraums kein erstes Bildgebungsauslösesignal empfangen wird, ein resultierendes Bild verworfen werden, wobei dann, wenn während des Integrationszeitraums ein erstes Bildgebungsauslösesignal empfangen wird, das resultierende Bild gespeichert und/oder auf andere Weise verarbeitet/analysiert werden kann, um eine relative Position zu bestimmen, wie unten genauer beschrieben wird.
  • In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Typen von Endwerkzeugen ETL verschiedene Typen von Ausgaben schaffen, die in Bezug auf den Bildauslöseabschnitt 881 verwendet werden können. Zum Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL ein Messtaster ist, der zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und der ein Berührungssignal ausgibt, wenn er das Werkstück berührt (z. B. wenn der Messpunkt MP das Werkstück berührt), der Bildauslöseabschnitt 881 konfiguriert sein, dieses Berührungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal einzugeben, auf dessen Grundlage der Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals bestimmt wird. In verschiedenen Implementierungen, in denen das Endwerkzeug ETL ein Messtaster ist, kann eine Mittelachse des Messtasters (z. B. mit der Mittelachse des Messtasters, der der Endwerkzeugachse EA entspricht) in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA orientiert sein. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Tastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die jeweiligen Werkstückmessungsabtastdaten liefert, die einem jeweiligen Abtastzeitablaufsignal entsprechen, der Bildauslöseabschnitt 881 konfiguriert sein, dieses jeweilige Abtastzeitablaufsignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal einzugeben. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ETL eine Kamera ist, die verwendet wird, ein jeweiliges Werkstückmessungsbild zu liefern, das einem jeweiligen Werkstückbilderfassungssignal entspricht, der Bildauslöseabschnitt 881 konfiguriert sein, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal einzugeben.
  • In der Beispielimplementierung von 8 ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 mit der XY-Skala 870, die an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die an die Bewegungsarmkonfiguration (z. B. MAC') gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist, konfiguriert. Die Implementierungen, die in 8, 9 und 10 gezeigt sind, entsprechen dieser Beschreibung dahingehend, dass die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct ein erstes Drehelement 835/825 und ein zweites Drehelement 834/824 umfasst, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind. Zusätzlich sind die erste Bildgebungskonfiguration 860 und der Ausrichtungssensor ASen an ein ortsfestes Element STE (z. B. einen Rahmen, der über und nahe an dem Roboter 810 angeordnet ist) gekoppelt und definieren eine erste Bezugsposition REF1. In einer alternativen Implementierung (wie z. B. unten in Bezug auf 10 beschrieben wird), kann ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und dem Ausrichtungssensor ASen, der an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die an die Bewegungsarmkonfiguration (z. B. MAC') nahe an dem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist, und mit der XY-Skala 870, die an ein ortsfestes Element STE gekoppelt ist und eine erste Bezugsposition REF1 definiert, konfiguriert sein.
  • In jedem Fall kann, wie unten genauer beschrieben wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 derart konfiguriert sein, dass die bewegliche der XY-Skala 870 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und die ortsfeste der XY-Skala 870 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Betriebskonfiguration wie auf der Grundlage (oder angegeben durch) das Ausrichtungssignal Asig vom Ausrichtungssensor ASen mit der XY-Skala 870, die sich in einem Sichtfeld FOV und Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 860 befindet, durch die Bewegungsarmkonfiguration MAC' angeordnet sind. Der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 wird dann betrieben, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der Beweglichen der XY-Skala 870 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1 mit einem Genauigkeitsgrad angeben, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA ist, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild zu bestimmen. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition ETP und/oder die Messpunktposition MP des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA ist, an. In verschiedenen Implementierungen kann das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP zur Bilderfassungszeit und/oder die Messpunktposition MP des Endwerkzeugs auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen der XY-Skala 870 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 860 angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der beweglichen der XY-Skala 870 oder der ersten Bildgebungskonfiguration 860 zu bestimmen.
  • Es wird begrüßt werden, dass die Robotersysteme wie z. B. die, die in 1 und 8 veranschaulicht sind, bestimmte Vorteile über verschiedene alternative Systeme aufweisen können. Zum Beispiel können in verschiedenen Implementierungen Systeme wie z. B. die hier offenbarten kleiner und/oder weniger teuer als alternative Systeme, die Techniken wie z. B. Laserverfolger oder Photogrammetrie zum Verfolgen von Roboterbewegungen/-positionen verwenden, sein und können in einigen Implementierungen außerdem eine höhere Genauigkeit aufweisen. Außerdem nehmen die offenbarten Systeme keinen Teil des Endwerkzeugarbeitsvolumens ETWV oder ETWV' ein oder verdecken ihn nicht, wie z. B. alternative Systeme, die eine Skala oder ein Markierungszeichen auf dem Boden oder dem Gestell oder auf andere Weise im selben Bereich (z. B. im Endwerkzeugarbeitsvolumen ETWV oder ETWV'), in dem Werkstücke auf andere Weise bearbeitet und/oder geprüft usw. werden können, enthalten können.
  • 9 und 10 sind dahingehend ähnlich, dass sie beide Implementierungen zeigen, die eine aktive Ausrichtung verwenden, um die X- und X-Fehler, die zuvor unter Bezugnahme auf 2B und 3B dargestellt wurden, zu entfernen. Eine aktive Ausrichtung beseitigt diese Fehler im Wesentlichen. Diese aktive Ausrichtung ist eine Ausrichtprozedur „mit geschlossenem Regelkreis“ auf der Grundlage des einen oder der mehreren Signale ASig vom Ausrichtungssensor ASen. Selbstverständlich sind eine Durchbiegung und eine Drehung (z. B. ähnlich denen, die in 2B und 3B gezeigt sind) in der Bewegungsarmkonfiguration MAC', die in diesen Figuren gezeigt ist, vorhanden, jedoch sind die Durchbiegung und die Drehung nicht veranschaulicht, um ein visuelles Überladen zu vermeiden. Selbstverständlich können die Wirkungen der Durchbiegung und der Drehung (mindestens in Bezug auf die X- und Y-Koordinaten) aufgrund einer aktiven Ausrichtung auf der Grundlage der Ausrichtungssensorsignale gemäß den hier offenbarten Prinzipien ausgeglichen oder negiert werden, um die gewünschte Betriebskonfiguration zu erreichen. Die aktive Ausrichtung kann zu einer gewünschten Zeit während des Betriebs des Robotersystems 900 (1000) mindestens einmal, um die gewünschte Betriebskonfiguration aufzubauen, oder intermittierend zu einer gewünschten Zeit (z. B. wenn die Roboterstellung geändert wird) oder in einigen Implementierungen häufig oder kontinuierlich manuell oder automatisch durchgeführt werden.
  • In Bezug auf Z-Fehler, die aus einer Durchbiegung und einer Drehung in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' während die Betriebskonfiguration resultieren, können die Z-Fehler mindestens annähernd korrigiert werden, wie zuvor unter Bezugnahme auf 2B und 3B dargestellt wurde. Zum Beispiel wird begrüßt werden, dass die Magnitude der Anpassungen der Betriebsausrichtungsaktoren AAct, die zum Korrigieren der Durchbiegung und der Drehung nötig ist, um die Betriebskonfiguration zu erreichen, bekannt und in den Betriebsausrichtungsuntersystem-Schaltungen/-Routinen 890 (oder 190) aufgezeichnet sein kann. Alternativ kann die Magnitude der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng mit den Betriebsausrichtungsaktoren AAct in einem bekannten Zustand oder einem Bezugszustand vor derartigen Anpassungen bekannt und aufgezeichnet sein. In jedem Fall können die Durchbiegungs-/Drehungsfehlausrichtung (z. B. ein Durchbiegungs-/Drehungsfehlausrichtungs-Winkel oder -Vektor) nahe an dem Ausrichtungssensor ASen, das distale Ende der Bewegungsarmkonfiguration MAC' und/oder das Endwerkzeug ETL mindestens ungefähr bekannt sein oder abgeleitet werden.
  • In einigen Implementierungen können die Koordinatenversätze oder die Koordinatenfehler, die den Z2- und/oder Z3-Koordinaten, die in 9 und 10 gezeigt sind, zugeordnet sind, auf der Grundlage einer Durchbiegungs-/Drehungsfehlausrichtung, die bestimmt wird, wie oben dargestellt ist, in Kombinationen mit einer Geometrien und Orientierungen und mechanischen Eigenschaften (z. B. Strahleigenschaften) der verschiedenen Armabschnitte und Lager des Robotersystems 900 (oder 1000) angenähert werden. In derartigen Implementierungen versteht sich, dass die Durchbiegungs-/Drehungsfehlausrichtungsbestimmung, die oben dargestellt ist, letztlich zu einer verbleibenden Fehlausrichtung, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, verfolgbar ist und sie als Grundlage verwendet. Somit können gemäß einem Beschreibungstyp in derartigen Implementierungen Fehler, die sonst in der z-Koordinate eines Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten vorhanden wären, auf der Grundlage einer Durchbiegungs-/Drehungsfehlausrichtung, die bestimmt wird, wie oben dargestellt ist und die letztlich eine verbleibende Fehlausrichtung, die durch den Ausrichtungssensor ASen angegeben wird, als Grundlage verwendet, mindestens teilweise korrigiert oder ausgeglichen werden.
  • In der Implementierung, die in 9 und 10 gezeigt ist, umfasst eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct die Bewegungsmechanismen 834 und 835, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind und im Betriebsausrichtungsuntersystem OAS verwendet werden. In derartigen Implementierungen kann die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA für eine oder mehrere Stellungen des gelenkig gelagerten Roboters 110 zu einer oder mehreren beliebigen Zeiten während des Betriebs des gelenkig gelagerten Roboters 110 auf die optische Achse OA1 aktiv ausgerichtet werden. Es wird begrüßt werden, dass eine derartige Ausrichtung aktiv ist (d. h. in einer Weise „mit geschlossenem Regelkreis“ auf der Grundlage des Ausrichtungssignals vom Ausrichtungssensor ASen festgelegt wird) und ein kleiner Ausrichtungsfehler gemäß dem kleinen Durchbiegungs-/Neigungs-Fehlausrichtungswinkel MisAng, der zuvor hier dargestellt wurde, zu einer oder mehreren gewünschten Zeiten während des Betriebs des gelenkig gelagerten Roboters 110 aktiv korrigiert werden kann. In der dargestellten Implementierung können die Ausrichtungsfehler unter Verwendung eines oder mehrerer Ausrichtungssteuersignale, die im Ausrichtungssteuerabschnitt 892 erzeugt werden, aktiv korrigiert werden, um die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct zu steuern, um eine Ausrichtung der beweglichen XY-Skala 870 auf der Grundlage des einen oder der mehreren Ausrichtungssignale Asig, die durch den Ausrichtungssensor ASen geliefert werden, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration der XY-Skala 870 und der ersten Bildgebungskonfiguration 860 zu schaffen, wobei die optische Achse OA1 und die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA derart ausgerichtet sind, dass sie parallel sind, wie durch das Ausrichtungssignal Asig angegeben wird. Zum Beispiel können die Betriebsausrichtungsuntersystemverarbeitungs-Schaltungen/- Routinen 890 bestimmte Positions- und/oder Ausrichtungsinformationen und/oder Steuersignale mit dem System 840 zur Steuerung und Verarbeitung von Roboterbewegungen austauschen, wie durch die gestrichelte Linie 893 angegeben wird, um verschiedene Betriebsprinzipien oder -merkmale, die hier offenbart werden, zu implementieren. Viele Aspekte und Merkmale, die in 9 und 10 gezeigt sind, können im Allgemeinen auf der Grundlage der vorhergehenden Erläuterung und Beschreibung analoger Aspekte und Merkmale in verschiedenen vorhergehenden Figuren verstanden werden. Bestimmte weitere Aspekte und Merkmale werden unten genauer beschrieben.
  • 9 ist ein isometrisches Diagramm eines Abschnitts einer fünften beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 900 ähnlich dem Robotersystem 800 von 8, wobei die erste Bildgebungskonfiguration 860 und ein Ausrichtungssensor ASen eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS an ein ortsfestes Element STE gekoppelt sind. Der Ausrichtungssensor ASen reguliert eine Betriebsausrichtung einer XY-Skala 870, die sich auf einem sich bewegenden Element befindet. Es wird begrüßt werden, dass ähnlich den oben beschriebenen Nummerierungsschemas bestimmte benannte oder nummerierte Komponenten (z. B. 8XX, 8XX' oder 9XX) von 9 identisch oder entsprechend benannten oder nummerierten Partnerkomponenten (z. B. 8XX) von 8 oder weiterer Figuren entsprechen und/oder ähnliche Operationen besitzen können und derart verstanden werden können, dass sie ihnen ähnlich oder identisch dazu sind und können auf andere Weise in Analogie dazu und wie auf andere Weise unten beschrieben wird verstanden werden. Wie oben erwähnt wird, wird dieses Benennungs- und Nummerierungsschema, um Elemente anzugeben, die einen analogen und/oder identischen Entwurf und/oder eine analoge und/oder identische Funktion aufweisen, im Allgemeinen auf die verschiedenen Figuren dieser Anmeldung (z. B. 1-5, 8, 9 und 10) angewendet.
  • In der Konfiguration von 9 kann das ortsfeste Element STE, an das die erste Bildgebungskonfiguration 860 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der über dem Roboter 810 angeordnet ist. Die Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthält die Armabschnitte 821-825. In der Implementierung, die in 9 gezeigt ist, umfasst eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct die Bewegungsmechanismen 834 und 835, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind und im Betriebsausrichtungsuntersystem OAS verwendet werden. Die XY-Skala 870 ist an den Armabschnitt oder den Haltebügel 825 und dadurch an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct und dadurch an den Rest der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt. In weiteren Konfigurationen können weitere Kopplungskonfigurationen zum Koppeln der XY-Skala 870 an die Bewegungsarmkonfiguration MAC' verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen können die Position und/oder die Orientierung der XY-Skala 870, während sie an die Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt ist, anpassbar sein, obwohl sie auch in einer gegebenen Position/Orientierung (z. B. für eine Reihe von Messungen usw.) vorübergehend verriegelt oder auf andere Weise befestigt sein können. In jedem Fall kann in einer Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 die erste Bildgebungskonfiguration 860 mit der optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA verortet angeordnet sein.
  • Der Roboter 810 wird hier kurz beschrieben, da er von einem bekannten Typ ist. Wie in 9 veranschaulicht ist, ist der erste Armabschnitt 821 (z. B. ein oberer Basisteil) bei einem nahe gelegenen Ende PE1 des ersten Armabschnitts 821 am ersten Bewegungsmechanismus 831 (z. B. ein Drehgelenk) montiert. Der erste Bewegungsmechanismus 831 befindet sich bei einem oberen Ende des niedrigeren tragenden Basisabschnitts BSE' und besitzt eine Drehachse RA1', die entlang der Z-Achse ausgerichtet ist. Es wird begrüßt werden, dass die optische Achse OA1 und Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA derart auf die Z-Achse ausgerichtet sein können, dass sich der erste Armabschnitt 821 in einer Ebene dreht, die senkrecht zur optischen Achse OA1 und zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA ist, wenn sie in der gewünschten Betriebskonfiguration angeordnet sind. Der Positionssensor SEN1' (z. B. ein Drehgeber) kann zum Bestimmen der Winkelstellung (z. B. die Winkelorientierung) des ersten Armabschnitts 821 verwendet werden. Der zweite Bewegungsmechanismus 832 befindet sich nahe an einem distalen Ende DE1 des ersten Armabschnitts 821. Der zweite Bewegungsmechanismus 832 besitzt eine Drehachse RA2', die zur Z-Achse nominell senkrecht ist. Der zweite Armabschnitt 822 ist am zweiten Bewegungsmechanismus 832 bei einem nahe gelegenen Ende PE2 des zweiten Armabschnitts 822 derart montiert, dass der zweite Armabschnitt 822 sich um die Drehachse RA2' bewegt. Der Positionssensor SEN2' kann zum Bestimmen der Winkelstellung A2' des zweiten Armabschnitts 822 verwendet werden. Der dritte Bewegungsmechanismus 833 befindet sich bei einem distalen Ende DE2 des zweiten Armabschnitts 822. Der dritte Bewegungsmechanismus 833 besitzt eine Drehachse RA3', die zur Z-Achse nominell senkrecht ist. Der dritte Armabschnitt 823 ist am dritten Bewegungsmechanismus 833 bei einem nahe gelegenen Ende PE3 des dritten Armabschnitts 823 derart montiert, dass der dritte Armabschnitt 823 um die Drehachse RA3' bewegt wird. Der Positionssensor SEN3' kann zum Bestimmen der Winkelstellung A3' des dritten Armabschnitts 823 verwendet werden. Der vierte Bewegungsmechanismus 834 befindet sich bei einem distalen Ende DE3 des dritten Armabschnitts 823. Der vierte Bewegungsmechanismus 834 besitzt eine Drehachse RA4, die zur Z-Achse nominell senkrecht ist. Der vierte Armabschnitt 824 ist am vierten Bewegungsmechanismus 834 bei einem nahe gelegenen Ende PE4 des vierten Armabschnitts 824 derart montiert, dass der vierte Armabschnitt 824 sich um die Drehachse RA4 dreht. Der Positionssensor SEN4 kann zum Bestimmen der Winkelstellung (z. B. in einer Ebene, die zur Z-Achse parallel sein kann) des vierten Armabschnitts 824 verwendet werden. Der fünfte Bewegungsmechanismus 835 kann sich bei einem distalen Ende DE4 des vierten Armabschnitts 824 befinden und besitzt eine Drehachse RA5, die in verschiedenen Implementierungen zur Drehachse RA4 nominell senkrecht sein kann. Der fünfte Armabschnitt 825 (z. B. ein Haltebügel) ist am fünften Bewegungsmechanismus 835 bei einem nahe gelegenen Ende PE5 des fünften Armabschnitts 825 derart montiert, dass der fünfte Armabschnitt 825 sich um die Drehachse RA5 dreht. Der Positionssensor SEN5 kann zum Bestimmen einer Winkelstellung des fünften Armabschnitts 825 und/oder der XY-Skala 870 um die Drehachse RA5 verwendet werden. In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, die Skalenebene der XY-Skala 870 parallel zur Drehachse RA5 anzuordnen, wie unten genauer beschrieben wird. Wie in 9 veranschaulicht ist, können der zweite und der dritte Armabschnitt 822 und 823 jeweils festgelegte Mittellinien CL2' bzw. CL3 aufweisen, die die Zentren der jeweiligen Armabschnitte weitergeben. Ein Winkel A2' (der z. B. einem Drehbetrag des zweiten Bewegungsmechanismus 832 entsprechen kann) kann derart festgelegt sein, dass er zwischen der Mittelline CL2' des zweiten Armabschnitts 822 und einer Ebene auftritt (z. B. parallel zur Skalenebene in der Betriebskonfiguration, die in einer x-y-Ebene liegen kann, wenn die optische Achse OA1 parallel zur z-Achse ist). Ein Winkel A3' kann derart festgelegt sein, dass er zwischen der Mittelline CL2' des zweiten Armabschnitts 822 und der Mittelline CL3 des dritten Armabschnitts 823 auftritt (z. B. in Übereinstimmung mit einem Drehbetrag des dritten Bewegungsmechanismus 833 um die dritte Drehachse RA3'). Es wird begrüßt werden, dass die weiteren Armabschnitte ähnlich entsprechende Bezugslinien und/oder Achsen usw. aufweisen können, um auf bestimmte Bewegungen, Koordinaten und Winkel der Komponenten der Bewegungsarmkonfiguration MAC' Bezug zu nehmen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die bewegliche XY-Skala 870 (wie z. B. in 8 und 9 veranschaulicht ist) derart beschrieben werden, dass sie über einen distalen Unterabschnitt, der ein Drehelement (z. B. den Armabschnitt 824, der an einen Bewegungsmechanismus 834 gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA4 dreht, und ein Drehelement (z. B. ein Haltebügel oder ein Armabschnitt 825, der an einen Bewegungsmechanismus 835 gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA5 dreht, umfasst, an einen zentralen Unterabschnitt (der z. B. den Armabschnitt 823 und mindestens einige ihm nahe liegende Elemente enthält) der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt ist. Wie zuvor angegeben ist, können die Bewegungsmechanismen 834 und 835 als eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct betrachtet werden und können verwendet werden, um die gewünschte Betriebsausrichtung zu schaffen, die oben dargestellt ist und unten genauer beschrieben wird. In der beispielhaften Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die in 9 gezeigt ist, ist die Drehachse RA5 zur Skalenebene der XY-Skala 870 nominell parallel und zur Skalenbildgebungsachse SIA nominell senkrecht. Die Drehachse RA4 ist zur Drehachse RA5 nominell senkrecht. Gemäß einer hier verwendeten Konvention werden zwei Achsen, die derart orientiert sind, dass das Skalarprodukt ihrer Richtungsvektoren null ist, als orthogonal oder senkrecht verstanden, ungeachtet dessen, ob sie sich schneiden oder nicht. Selbstverständlich ermöglicht diese Anordnung der Drehachse eine einfache und günstige Bewegungssteuerung und Sensorverarbeitung, jedoch ist sie lediglich beispielhaft und nicht einschränkend. Obwohl die Drehelemente der Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct in dieser Implementierung in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind, können in weiteren Implementierungen die Drehelemente (typischerweise ein erstes und ein zweites Drehelement) in einer getrennten Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die sich nahe an einem distalen Ende einer Bewegungsarmkonfiguration MAC befindet, enthalten sein (wie z. B. unten unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben wird).
  • In der Implementierung in 9 (und 10) gezeigt ist, ist die Drehachse RA4 parallel zu einer oder mehreren weiteren Drehachsen (z. B. RA2, RA3) der Bewegungsarmkonfiguration MAC'. Es wird begrüßt werden, dass in einem solchen Fall dann, wenn die Drehachse RA4 in Richtungen entgegengesetzt und gleich einer Winkeldrehung einer parallelen Drehachse in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gegenläufig gedreht wird, die gewünschte Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 im Verlauf verschiedener Bewegungen oder Positionierungen des Roboters 810 beibehalten werden kann, wenn es gewünscht ist. Im Allgemeinen ist die XY entweder verriegelt oder zu verschiedenen festen Orientierungen/Positionen in Bezug auf die Bewegungsarmkonfiguration MAC' anpassbar/drehbar, um für eine bestimmte Messung eine gewünschte Orientierung/Position zu erreichen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL an die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC nahe an dem distalen Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825 montiert (z. B. gekoppelt) sein. Das Endwerkzeug ETL kann derart festgelegt sein, dass es eine Endwerkzeugachse EA aufweist (die z. B. durch die Mitte und/oder die Mittelachse des Eingabestifts ETST verläuft). In der dargestellten Implementierung verläuft die Endwerkzeugachse EA durch die Endwerkzeugposition ETP und besitzt einen bekannten Koordinatenpositionsversatz von der XY-Skala 870 (wie z. B. durch den Versatz LoffMP für die Z-Koordinatenpositionsversatzkomponente gezeigt ist) und ist in der Betriebskonfiguration zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA parallel (z. B. derart, dass das Endwerkzeug ETL mit dem Eingabestift ETST parallel zur Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA orientiert ist). Wie zuvor unter Bezugnahme auf 2A-2B dargestellt wurde, kann ein bekannter Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 870 vorhanden sein. Zum Beispiel kann die XY-Skala 870 einen festgelegten Bezugspunkt (z. B. bei einem Zentrum oder einer Kante der XY-Skala 870) aufweisen, der einen bekannten Koordinatenpositionsversatz (z. B. eine bekannte Entfernung in einer Ebene, die zur Skalenebene parallel ist, oder auf andere Weise) von der Endwerkzeugachse EA (z. B. und entsprechend von der Endwerkzeugposition ETP) aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann ein derartiger bekannter Koordinatenpositionsversatz im Sinne bekannter Versatzkomponenten ausgedrückt werden.
  • Wie zuvor angegeben kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der XY-Skala 870 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP verwendet werden. Insbesondere kann wie oben erwähnt das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 derart konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 arbeitet, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860) angeben, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals (d. h. der XY-Skala 870) im erfassten Bild zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder die Messpunktposition MP des Endwerkzeugs auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der beweglichen XY-Skala 870 zu bestimmen. In einer bestimmten Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt im Sinne bekannter Versatzkomponenten wie z. B. ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz und ein bekannter z-Versatz) zu den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, addiert oder auf andere Weise mit ihnen kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder die Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL zu bestimmen.
  • Als eine bestimmte Beispielpositionskoordinatenkonfiguration kann in einer Implementierung, in der in der Betriebskonfiguration die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA parallel zur z-Achse ist, die XY-Skala 870 derart festgelegt sein, dass sie einen Ursprung bei X0, Y0, Z0 besitzt (z. B. für einen Ursprungsort beim Zentrum der Skala, der die Skalenkoordinatenwerte 0,0,0 aufweisen kann). Der Bezugsort REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860) kann die Messtechnikkoordinaten X1, Y1, Z1 besitzen und ein Zentrum eines entsprechenden Sichtfelds F0V1 (das z. B. einem erfassten Bild entspricht) kann sich bei den Messtechnikkoordinaten X1, Y1, Z0 befinden. Ein Ort der Endwerkzeugachse EA in einer x-y-Ebene, die sich von der XY-Skala 870 erstreckt, kann derart festgelegt sein, dass er die relativen Messtechnikpositionskoordinaten X2, Y2 besitzt. Die Endwerkzeugposition ETP kann derart festgelegt sein, dass sie die Messtechnikpositionskoordinaten X2, Y2, Z2 besitzt. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Messpunkt MP (z. B. beim Ende eines Endwerkzeugeingabestifts ETST zum Berühren eines Werkstücks) besitzen, der derart festgelegt sein kann, dass er die Messtechnikpositionskoordinaten X3, Y3, Z3 besitzt. In einer Implementierung, in der der Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL in der x-Richtung oder der y-Richtung in Bezug auf den Rest des Endwerkzeugs nicht variiert und die Endwerkzeugachse EA in der Betriebskonfiguration parallel zur z-Achse ist, können die X3- und Y3-Koordinaten gleich den X2- bzw. Y2-Koordinaten sein.
  • In einer bestimmten Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 analysiert werden, um die Skalenkoordinaten zu bestimmen, die den Messtechnikpositionskoordinaten X1, Y1 entsprechen, die dem Zentrum des Sichtfelds FOV1 der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860 entsprechen. Eine derartige Bestimmung kann in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken (z. B. zum Bestimmen eines Orts einer Kamera in Bezug auf eine Skala) vorgenommen werden. Verschiedene Beispiele derartiger Techniken werden in den US-Patenten Nr. 6,781,694 ; Nr. 6,937,349 ; Nr. 5,798,947 ; Nr. 6,222,940 und Nr. 6,640,008 beschrieben, die jeweils hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind. In verschiedenen Implementierungen können derartige Techniken verwendet werden, um den Ort eines Sichtfelds FOV1 (z. B. entsprechend einer Position einer Kamera) in einem Skalenbereich (z. B. in der XY-Skala 870) zu bestimmen, wie oben in Bezug auf 4 und 5 beschrieben ist. In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung ein Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala 870 enthalten ist, und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine derartige Bestimmung kann einem Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1 angeben, (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860) entsprechen. Die relativen X2, Y2-Koordinaten (d. h. die Endwerkzeugposition ETP) können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL und der XY-Skala 870 bestimmt werden (z. B. Addieren bekannter x- und y- und z-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1 und Z0, um X2, Y2, Z2 und/oder X3, Y3 und Z3 zu bestimmen.
  • Den Betrieb der Implementierung, die in 9 gezeigt ist, zusammenfassend wird die verbleibende Fehlausrichtung MisAng auf der Grundlage des und angegeben durch den Fehlausrichtungssensor ASen in der gewünschten Betriebskonfiguration, die vorgesehen ist, wie oben dargestellt ist, zu null verringert. Deshalb werden Fehler, die von der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng abhängen (wie z. B. zuvor unter Bezugnahme auf 2A-3B dargestellt wurde), im Wesentlichen verhindert und müssen nicht korrigiert oder ausgeglichen werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Versatzbeträge und/oder Fehlausrichtungsfehler zwischen verschiedenen Komponenten bestimmt und/oder als Kalibrierdaten gespeichert werden und wie hier dargestellt ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Korrektur oder eines zusätzlichen Ausgleichs, die andernfalls aufgrund einer verbleibenden Fehlausrichtung ungleich null auftreten würde, verwendet werden.
  • 10 ist ein isometrisches Diagramm eines Abschnitts einer sechsten beispielhaften Implementierung eines Robotersystems 1000 ähnlich dem Robotersystem 900 von 9, außer, dass die erste Bildgebungskonfiguration 860 und der Ausrichtungssensor ASen eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS an ein sich bewegendes Element der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt sind, wobei der Ausrichtungssensor ASen, der die Betriebsausrichtung der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in Bezug auf eine XY-Skala 870 reguliert, sich auf einem ortsfesten Element STE befindet.
  • In der Konfiguration von 10 kann das ortsfeste Element STE, an das die XY-Skala 870 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der über dem Roboter 810 angeordnet ist. In der Implementierung, die in 10 gezeigt ist, umfasst die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct die Bewegungsmechanismen 834 und 835, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind und im Betriebsausrichtungsuntersystem OAS verwendet werden, wie zuvor unter Bezugnahme auf 9 dargestellt wurde. Die erste Bildgebungskonfiguration 860 und der Ausrichtungssensor ASen sind an den Armabschnitt oder den Haltebügel 825 und dadurch an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct und dadurch an den Rest der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt. In weiteren Konfigurationen können weitere Kopplungskonfigurationen zum Koppeln der ersten Bildgebungskonfiguration 860 an die Bewegungsarmkonfiguration MAC' verwendet werden. In verschiedenen Implementierungen können die Position und/oder die Orientierung der ersten Bildgebungskonfiguration 860, wie sie an die Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt sind, anpassbar sein, obwohl sie auch in einer gegebenen Position/Orientierung (z. B. für eine Reihe von Messungen usw.) vorübergehend verriegelt oder auf andere Weise befestigt sein können. In jedem Fall kann in einer Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 die erste Bildgebungskonfiguration 860 mit der optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA verortet angeordnet sein.
  • Der Roboter 810 kann im Wesentlichen gestaltet sein, wie zuvor unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wurde. In verschiedenen Implementierungen kann die bewegliche erste Bildgebungskonfiguration 860 (wie z. B. in 10 veranschaulicht ist) als durch einen distalen Unterabschnitt, der ein Drehelement (z. B. ein Armabschnitt 824, der an einen Bewegungsmechanismus 834 gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA4 dreht, und ein Drehelement (z. B. ein Haltebügel oder ein Armabschnitt 825, der an einen Bewegungsmechanismus 835 gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA5 dreht, umfasst, an einen zentralen Unterabschnitt (der z. B. den Armabschnitt 823 und mindestens einige ihm nahegelegene Elemente enthält) der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gekoppelt beschrieben werden. Wie zuvor erwähnt können die Bewegungsmechanismen 834 und 835 als eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct betrachtet werden und können verwendet werden, um die gewünschte Betriebsausrichtung, die oben dargestellt ist und unten genauer beschrieben wird, zu schaffen. In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, die optische Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 senkrecht zur Drehachse RA5 anzuordnen, wie z. B. in 10 gezeigt ist und unten genauer beschrieben wird. Die Drehachse RA4 ist nominell senkrecht zur Drehachse RA5. Gemäß einer hier verwendeten Konvention werden zwei Achsen, die derart orientiert sind, dass das Skalarprodukt ihrer Richtungsvektoren null ist, als orthogonal oder senkrecht verstanden werden, ungeachtet dessen, ob sie sich schneiden oder nicht. Selbstverständlich ermöglicht diese Anordnung der Drehachse eine einfache und günstige Bewegungssteuerung und Sensorverarbeitung, jedoch ist sie lediglich beispielhaft und nicht einschränkend. Obwohl die Drehelemente der Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct in dieser Implementierung in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' enthalten sind, können in weiteren Implementierungen die Drehelemente (typischerweise ein erstes und ein zweites Drehelement) in einer getrennten Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die sich nahe an einem distalen Ende einer Bewegungsarmkonfiguration MAC befindet, enthalten sein (wie z. B. unten unter Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben wird).
  • In der Implementierung, die in 10 gezeigt ist, ist die Drehachse RA4 parallel zu einer oder mehreren weiteren Drehachsen (z. B. RA2, RA3) der Bewegungsarmkonfiguration MAC'. Es wird begrüßt werden, dass in einem solchen Fall dann, wenn die Drehachse RA4 in Richtungen entgegengesetzt und gleich einer Winkeldrehung einer parallelen Drehachse in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' gegenläufig gedreht wird, die gewünschte Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 im Verlauf verschiedener Bewegungen oder Positionierungen des Roboters 810 beibehalten werden kann, wenn es gewünscht ist. Im Allgemeinen ist die XY entweder verriegelt oder zu verschiedenen festen Orientierungen/Positionen in Bezug auf die Bewegungsarmkonfiguration MAC' anpassbar/drehbar, um für eine bestimmte Messung eine gewünschte Orientierung/Position zu erreichen.
  • In Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL an die Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC nahe an dem distalen Ende DE5 des fünften Armabschnitts 825 in einer Konfiguration montiert (z. B. gekoppelt) sein, die Funktionseigenschaften und Merkmale besitzt, die im Wesentlichen zuvor unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wurden (mit Ausnahme verschiedener unerheblicher Unterschiede in verschiedenen Versatzdimensionen oder dergleichen). Wie zuvor unter Bezugnahme auf 3A-3B dargestellt wurde, kann ein bekannter Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der ersten Bildgebungskonfiguration 860 vorhanden sein (wie z. B. durch den Versatz LoffMP für die Z-Koordinatenpositionsversatzkomponente gezeigt ist). Zum Beispiel kann die erste Bildgebungskonfiguration 860 einen festgelegten Bezugspunkt (z. B. beim Zentrum ihrer Linse beim Messtechnikkoordinatenortsetikett X1, Y1, Z1) aufweisen, der einen bekannten Koordinatenpositionsversatz von der Endwerkzeugposition ETP aufweist. In verschiedenen Implementierungen kann ein derartiger bekannter Koordinatenpositionsversatz im Sinne bekannter Versatzkomponenten ausgedrückt werden.
  • Wie zuvor angegeben wurde, kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und der ersten Bildgebungskonfiguration 860 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP verwendet werden. Insbesondere kann, wie oben erwähnt wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 derart konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 arbeitet, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten XY-Skala 870) angeben, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals (d. h. der XY-Skala 870) im erfassten Bild zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der beweglichen ersten Bildgebungskonfiguration 860 zu bestimmen. In einer bestimmten Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt im Sinne bekannter Versatzkomponenten, wie z. B. ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz und ein bekannter z-Versatz) zu den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, addiert oder auf andere Weise mit ihnen kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder die Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL zu bestimmen.
  • Als eine bestimmte Beispielpositionskoordinatenkonfiguration kann in einer Implementierung, in der in der Betriebskonfiguration die optische Achse OA1 parallel zur Skalenbildgebungsachse SIA und zur Z-Achse ist, die XY-Skala 870 derart festgelegt sein, dass sie einen Ursprung bei der REF1-Position X0, Y0, Z0 besitzt. Der Ursprungsort beim Zentrum der Skala kann Skalenkoordinatenwerte von 0,0,0 aufweisen, was in dieser speziellen Implementierung das Skalenkoordinatensystem und die Messtechnikkoordinatensysteme übereinstimmen lässt. Der Ort bei einem Zentrum eines Sichtfelds FOV1 (das z. B. einem erfassten Bild entspricht) entlang der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration 860 kann sich bei den Messtechnikkoordinaten X1, Y1, Z0 befinden. Der Bezugspunkt der ersten Bildgebungskonfiguration 860 kann dann derart verstanden werden, dass er in der gewünschten Betriebskonfiguration die Messtechnikkoordinaten X1, Y1, Z1 besitzt. Die Endwerkzeugposition ETP kann derart festgelegt werden, dass sie die Messtechnikpositionskoordinaten X2, Y2, Z2 besitzt. In verschiedenen Implementierungen kann das Endwerkzeug ETL einen Messpunkt MP (z. B. beim Ende eines Endwerkzeugeingabestifts ETST zum Berühren eines Werkstücks) besitzen, der derart festgelegt sein kann, dass er die Messtechnikpositionskoordinaten X3, Y3, Z3 besitzt. In einer Implementierung, in der die Endwerkzeugposition ETP und der Messpunkt MP des Endwerkzeugs ETL nicht in der x-Richtung oder der y-Richtung in Bezug auf den Bezugspunkt der ersten Bildgebungskonfiguration 860 variieren, können die X2, Y2- und X3, Y3-Koordinaten jeweils gleich den X1, Y1-Koordinaten sein.
  • In einer bestimmten Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 analysiert werden, um die Skalenkoordinaten zu bestimmen, die den Messtechnikpositionskoordinaten X1, Y1 entsprechen, die dem Zentrum des Sichtfelds FOV1 der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860 entsprechen. Eine derartige Bestimmung kann in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken (z. B. zum Bestimmen eines Orts einer Kamera in Bezug auf eine Skala) vorgenommen werden. Verschiedene Beispiele derartiger Techniken werden in den US-Patenten Nr. 6,781,694 ; Nr. 6,937,349 ; Nr. 5,798,947 ; Nr. 6,222,940 und Nr. 6,640,008 beschrieben, die jeweils hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind. In verschiedenen Implementierungen können derartige Techniken verwendet werden, um den Ort eines Sichtfelds FOV1 (z. B. entsprechend einer Position einer Kamera) in einem Skalenbereich (z. B. in der XY-Skala 870) zu bestimmen, wie oben in Bezug auf 4 und 5 beschrieben ist. In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung ein Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala 870 enthalten ist, und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine derartige Bestimmung kann einem Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1 angeben, (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten XY-Skala 870) entsprechen. Die relativen X, Y-Koordinaten (d. h. die Endwerkzeugposition ETP) und/oder die Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL und der ersten Bildgebungskonfiguration 860 bestimmt werden (z. B. Addieren bekannter x- und y- und z-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1 und Z1 um X2, Y2, Z2 und/oder X3, Y3 und Z3 zu bestimmen.)
  • Den Betrieb der Implementierung, die in 10 gezeigt ist, zusammenfassend wird die verbleibende Fehlausrichtung MisAng auf der Grundlage des Fehlausrichtungssensors ASen und wie durch ihn angegeben wird, in der gewünschten Betriebskonfiguration, die vorgesehen ist, wie oben dargestellt ist, zu null verringert. Deshalb werden Fehler, die von der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng abhängen (wie z. B. zuvor unter Bezugnahme auf 2A-3B dargestellt wurde) im Wesentlichen verhindert und müssen nicht korrigiert oder ausgeglichen werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Versatzbeträge und/oder Fehlausrichtungsfehler zwischen verschiedenen Komponenten bestimmt und/oder als Kalibrierdaten gespeichert werden und wie hier dargestellt ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Korrektur oder eines zusätzlichen Ausgleichs, die andernfalls aufgrund einer verbleibenden Fehlausrichtung ungleich null auftreten würde, verwendet werden.
  • Die Implementierungen, die oben unter Bezugnahme auf 9 und 10 beschrieben werden, verwenden Betriebsausrichtungsaktoren AAct, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC enthalten sind. Es wird begrüßt werden, dass ein Betriebsausrichtungsuntersystem OAS wenn gewünscht einen separaten Satz Betriebsausrichtungsaktoren AAct schaffen kann (z. B. wenn die zugeordnete Bewegungsarmkonfiguration nicht bereits geeignete Aktoren zur Verwendung durch das Betriebsausrichtungsuntersystem OAS enthält). Ein derartiger separater Satz Betriebsausrichtungsaktoren AAct kann im Wesentlichen betrieben werden, wie oben unter Bezugnahme auf 9 und 10 dargestellt ist, und kann gemäß den hier offenbart Prinzipien einen ähnlichen Nutzen schaffen. 12 und 13 zeigen derartige Implementierungen.
  • 12 ist ein isometrisches Diagramm, das einen Abschnitt einer Implementierung eines Robotersystems 1200 ähnlich dem Robotersystem von 2A und 2B zeigt, wobei eine XY-Skala 870 und ein Ausrichtungssensor ASen und eine Ausrichtungsaktorkonfiguration AAct eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS an ein sich bewegendes Element gekoppelt sind und der Ausrichtungssensor ASen und Ausrichtungsaktorkonfiguration AAct verwendet werden, die Betriebsausrichtung der XY-Skala 870 in Bezug auf eine Bildgebungskonfiguration 860, die sich auf einem ortsfesten Element STE befindet, zu regulieren. Die Merkmale und die Operationen, die dem Betriebsausrichtungsuntersystem OAS zugeordnet sind, sind analog zu denen, die oben unter Bezugnahme auf 9 dargestellt sind. Es wird begrüßt werden, dass ähnlich den oben beschriebenen Nummerierungsschemas bestimmte benannte oder nummerierte Komponenten (z. B. 1XX, 8XX, 8XX') von 12 identisch oder ähnlich benannten oder nummerierten Partnerkomponenten (z. B. 1XX, 8XX) von 2A, 2B und 9 oder von weiteren Figuren entsprechen und/oder ähnliche Operationen wie diese besitzen können und derart verstanden werden können, dass sie ähnlich oder identisch dazu sind, und können sonst in Analogie dazu und derart, wie sonst unten beschrieben wird, verstanden werden. Wie oben erwähnt wird, wird dieses Benennungs- und Nummerierungsschema, um Elemente anzugeben, die einen analogen und/oder identischen Entwurf und/oder eine analoge und/oder identische Funktion aufweisen, im Allgemeinen auf die verschiedenen Figuren dieser Anmeldung (z. B. 1-5, 8, 9, 10, 12 und 13) angewendet.
  • In der Konfiguration von 12 kann das ortsfeste Element STE, an das die erste Bildgebungskonfiguration 860 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der über dem Roboter 810 angeordnet ist. Die Bewegungsarmkonfiguration MAC kann dieselbe sein wie die, die in 2A gezeigt ist. In der Implementierung, die in 12 gezeigt ist, umfasst eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct die separaten Bewegungsmechanismen 834' und 835', die Teil des Betriebsausrichtungsuntersystems OAS sein können. Zum Beispiel kann die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct an den Armabschnitt oder den Haltebügel 825, der an die XY-Skala 870 und das Endwerkzeug ETL in einer Endwerkzeugkonfiguration ETCN gekoppelt sein kann, die bei der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC mit der Bewegungsarmkonfiguration MAC mechanisch und elektrisch verbunden ist, gekoppelt sein. In der dargestellten Implementierung müssen die separaten Bewegungsmechanismen 834' und 835' lediglich für eine Bewegung über einen relativ kleinen Winkelbereich um die Drehachsen RA4' bzw. RA5' genügen. Somit können sie in einem kompakten Doppelachsenaktor mit niedrigem Profil integriert sein, wie schematisch in 12 gezeigt ist. Unterweisungen, die mit derartigen Aktoren in Beziehung stehen, werden z. B. in den US-Patenten Nr. 5,583,691 und Nr. 9,323,025 offenbart, die hiermit durch Bezugnahme vollständig hier aufgenommen sind. Es wird begrüßt werden, dass die Steuerungs- und Positionssignale von den separaten Bewegungsmechanismen 834' und 835' mit denen des Robotersystems, das die Bewegungsarmkonfiguration MAC enthält, wie zuvor hier offenbart wurde, und/oder wie im Allgemeinen im Stand der Technik bekannt ist, kombiniert werden können.
  • In verschiedenen Implementierungen können die Position und/oder die Orientierung der XY-Skala 870, während sie an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct und dadurch an die Bewegungsarmkonfiguration MAC gekoppelt ist, anpassbar sein, obwohl sie auch in einer gegebenen Position/Orientierung (z. B. für eine Reihe von Messungen usw.) vorübergehend verriegelt oder auf andere Weise befestigt sein können. In jedem Fall kann in einer Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 die erste Bildgebungskonfiguration 860 mit der optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA verortet angeordnet sein.
  • Wie in 12 veranschaulicht ist, besitzt der Bewegungsmechanismus 834' eine Drehachse RA4, die in einigen Implementierungen (z. B. in Abwesenheit einer wesentlichen Durchbiegung oder Drehung) zur Z-Achse nominell senkrecht sein kann. Der Bewegungsmechanismus 834' kann einen Aktorabschnitt AP824 (z. B. eine Platte) enthalten, der derart an den Bewegungsmechanismus 834' gekoppelt ist, dass der Aktorabschnitt AP824 sich um die Drehachse RA4 dreht. Ein Positionssensor des Bewegungsmechanismus 834' kann verwendet werden, um die Winkelstellung des Aktorabschnitts AP824 (z. B. in einer Ebene, die zur Z-Achse parallel sein kann) zu bestimmen.
  • Ein Bewegungsmechanismus 835' kann an den Aktorabschnitt AP824 gekoppelt sein und besitzt eine Drehachse RA5, die in verschiedenen Implementierungen zur Drehachse RA4 nominell senkrecht sein kann. Der Bewegungsmechanismus 835' kann einen Aktorabschnitt AP825 (z. B. eine Platte) enthalten, der derart an den Bewegungsmechanismus 835' gekoppelt ist, dass der Aktorabschnitt AP825 sich um die Drehachse RA5 dreht. Ein Armabschnitt 825' (z. B. ein Haltebügel) kann am Aktorabschnitt AP825 montiert sein. Ein Positionssensor des Bewegungsmechanismus 835' kann verwendet werden, um eine Winkelstellung des Aktorabschnitts AP825, des Armabschnitts 825' und/oder der XY-Skala 870 um die Drehachse RA5 zu bestimmen. In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, die Skalenebene der XY-Skala 870 parallel zur Drehachse RA5 anzuordnen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die bewegliche XY-Skala 870 als an einen zentralen Unterabschnitt (der z. B. den Armabschnitt 130 und mindestens einige ihm nahe liegende Elemente enthält) der Bewegungsarmkonfiguration MAC durch die getrennte Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die ein Drehelement (z. B. der Aktorabschnitt AP824, der an den Bewegungsmechanismus 834' gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA4 dreht, und ein Drehelement (z. B. der Aktorabschnitt AP825 und/oder der Haltebügel oder die Armabschnitt 825', die an den Bewegungsmechanismus 835' gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA5 dreht, umfasst, gekoppelt beschrieben werden. In der beispielhaften Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die in 12 gezeigt ist, ist die Drehachse RA5 zur Skalenebene der XY-Skala 870 nominell parallel und zur Skalenbildgebungsachse SIA nominell senkrecht. Die Drehachse RA4 ist zur Drehachse RA5 nominell senkrecht. Selbstverständlich ermöglicht diese Anordnung von Drehachsen eine einfache und günstige Bewegungssteuerung und Sensorverarbeitung, jedoch ist sie lediglich beispielhaft und nicht einschränkend.
  • In der Implementierung, die in 12 gezeigt ist, ist die Bewegungsarmkonfiguration MAC derart konfiguriert, dass dann, wenn die gewünschte Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 unter Verwendung des Ausrichtungssensors ASen und des Betriebsausrichtungsaktors AAct aufgebaut worden ist, diese gewünschte Betriebskonfiguration dann im Verlauf verschiedener Bewegungen oder Positionierungen des Roboters 810 nominell aufrechterhalten werden kann, wenn es gewünscht ist. Wenn es gewünscht ist, die beste mögliche Ausrichtung in der Betriebskonfiguration sicherzustellen, kann die Betriebsausrichtung zu einer gewünschten Zeit durch Anpassen der Position des einen oder der mehreren Betriebsausrichtungsaktoren AAct angepasst werden, um die gewünschte Betriebsausrichtung, auf der Grundlage des Ausrichtungssensors ASen und wie sie durch ihn angegeben wird, zu schaffen.
  • Wie zuvor angegeben wurde, kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der XY-Skala 870 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP verwendet werden. Insbesondere kann, wie oben erwähnt wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 derart konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 arbeitet, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860) angeben, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals (d. h. der XY-Skala 870) im erfassten Bild zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der beweglichen XY-Skala 870 zu bestimmen. In einer bestimmten Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt im Sinne bekannter Versatzkomponenten, wie z. B. ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz und ein bekannter z-Versatz) zu den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, addiert oder auf andere Weise mit ihnen kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL zu bestimmen.
  • In einer bestimmten Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 analysiert werden, um die Skalenkoordinaten zu bestimmen, die den Messtechnikpositionskoordinaten X1, Y1 entsprechen, die dem Zentrum des Sichtfelds FOV1 der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860 entsprechen. Eine derartige Bestimmung kann in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken (z. B. zum Bestimmen eines Orts einer Kamera in Bezug auf eine Skala) vorgenommen werden. In verschiedenen Implementierungen können derartige Techniken verwendet werden, um den Ort eines Sichtfelds FOV1 (z. B. entsprechend einer Position einer Kamera) in einem Skalenbereich (z. B. in der XY-Skala 870) zu bestimmen, wie oben in Bezug auf 4 und 5 beschrieben ist. In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung ein Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala 870 enthalten ist, und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine derartige Bestimmung kann einem Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der XY-Skala 870 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860) angeben, entsprechen. Die relativen X2, Y2-Koordinaten (d. h. die Endwerkzeugposition ETP) können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL und der XY-Skala 870 bestimmt werden (z. B. Addieren bekannter x- und y- und z-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1 und Z0, um X2, Y2, Z2 und/oder X3, Y3 und Z3 zu bestimmen).
  • Den Betrieb der Implementierung, die in 12 gezeigt ist, zusammenfassend wird die verbleibende Fehlausrichtung MisAng auf der Grundlage des Fehlausrichtungssensors ASen und wie durch ihn angegeben wird, in der gewünschten Betriebskonfiguration, die wie oben dargestellt ist, geschaffen wurde, zu null verringert. Deshalb können Fehler, die von der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng (die z. B. zuvor unter Bezugnahme auf 2A-3B dargestellt wurde) abhängen, im Wesentlichen verhindert werden und müssen nicht korrigiert oder ausgeglichen werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Versatzbeträge und/oder Fehlausrichtungsfehler zwischen verschiedenen Komponenten bestimmt werden und/oder als Kalibrierdaten gespeichert und wie hier dargestellt ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Korrektur oder eines zusätzlichen Ausgleichs, die andernfalls aufgrund einer verbleibenden Fehlausrichtung ungleich null auftreten würde, verwendet werden.
  • 13 ist ein isometrisches Diagramm, das einen Abschnitt einer Implementierung eines Robotersystems 1300 ähnlich dem Robotersystem von 12 und 3A und 3B zeigt, in dem eine Bildgebungskonfiguration 860 und ein Ausrichtungssensor ASen und eine Ausrichtungsaktorkonfiguration AAct eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS an ein sich bewegendes Element gekoppelt sind und der Ausrichtungssensor ASen und die Ausrichtungsaktorkonfiguration AAct verwendet werden, um die Betriebsausrichtung der Bildgebungskonfiguration 860 in Bezug auf eine XY-Skala 870, die sich auf einem ortsfesten Element STE befindet, zu regulieren.
  • Die Merkmale und die Operationen, die dem Betriebsausrichtungsuntersystem OAS zugeordnet sind, sind analog zu denen, die oben unter Bezugnahme auf 10 und Fig. dargestellt sind 12. Es wird begrüßt werden, dass ähnlich den oben beschriebenen Nummerierungsschemas bestimmte benannte oder nummerierte Komponenten (z. B. 1XX, 8XX, 8XX') von 13 identisch oder ähnlich benannten oder nummerierten Partnerkomponenten (z. B. 1XX, 8XX) von 3A, 3B, 10 und 12 oder von weiteren Figuren entsprechen und/oder ihnen ähnliche Operationen aufweisen können und derart verstanden werden können, dass sie ähnlich oder identisch dazu sind, und können sonst in Analogie dazu und wie sonst unten beschrieben ist, verstanden werden.
  • In der Konfiguration von 13 kann das ortsfeste Element STE, an das die XY-Skala 870 gekoppelt ist, einen Rahmen umfassen, der über dem Roboter 810 angeordnet ist. Die Bewegungsarmkonfiguration MAC kann dieselbe sein wie die, die in 2A oder 3B gezeigt ist. In der Implementierung, die in 13 gezeigt ist, umfasst eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct die separaten Bewegungsmechanismen 834' und 835', die Teil des Betriebsausrichtungsuntersystems OAS sein können. Zum Beispiel kann die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct an den Armabschnitt oder den Haltebügel 825, der in einer Endwerkzeugkonfiguration ETCN, die mit der Bewegungsarmkonfiguration MAC bei der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration ETMC mechanisch und elektrisch verbunden ist, an die erste Bildgebungskonfiguration 860 und das Endwerkzeug ETL gekoppelt sein kann, gekoppelt sein. In der dargestellten Implementierung müssen die separaten Bewegungsmechanismen 834' und 835' lediglich für eine Bewegung über einen relativ kleinen Winkelbereich um die Drehachsen RA4' bzw. RA5' genügen. Somit können sie in einem kompakten Doppelachsenaktor mit niedrigem Profil integriert sein, wie schematisch in 13 gezeigt ist. Unterweisungen, die mit derartigen Aktoren in Beziehung stehen, werden z. B. in den US-Patenten Nr. 5,583,691 und Nr. 9,323,025 offenbart, die hiermit durch Bezugnahme vollständig hier aufgenommen sind. Es wird begrüßt werden, dass die Steuerungs- und Positionssignale von den separaten Bewegungsmechanismen 834' und 835' mit denen des Robotersystems, das die Bewegungsarmkonfiguration MAC enthält, wie zuvor hier offenbart wurde, und/oder wie im Allgemeinen im Stand der Technik bekannt ist, kombiniert werden können.
  • In verschiedenen Implementierungen können die Position und/oder die Orientierung der ersten Bildgebungskonfiguration 860, während sie an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct und dadurch an die Bewegungsarmkonfiguration MAC gekoppelt ist, anpassbar sein, obwohl sie auch in einer gegebenen Position/Orientierung (z. B. für eine Reihe von Messungen usw.) vorübergehend verriegelt oder auf andere Weise befestigt sein können. In jedem Fall kann in einer Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 die erste Bildgebungskonfiguration 860 kann sein angeordnet mit der optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA verortet angeordnet sein.
  • Wie in 13 veranschaulicht ist, besitzt der Bewegungsmechanismus 834' eine Drehachse RA4, die in einigen Implementierungen (z. B. in Abwesenheit einer wesentlichen Durchbiegung oder Drehung) zur Z-Achse nominell senkrecht sein kann. Der Bewegungsmechanismus 834' kann einen Aktorabschnitt AP824 (z. B. eine Platte) enthalten, der derart an den Bewegungsmechanismus 834' gekoppelt ist, dass der Aktorabschnitt AP824 sich um die Drehachse RA4 dreht. Ein Positionssensor des Bewegungsmechanismus 834' kann verwendet werden, um die Winkelstellung des Aktorabschnitts AP824 (z. B. in einer Ebene, die zur Z-Achse parallel sein kann) zu bestimmen.
  • Ein Bewegungsmechanismus 835' kann an den Aktorabschnitt AP824 gekoppelt sein und besitzt eine Drehachse RA5, die in verschiedenen Implementierungen zur Drehachse RA4 nominell senkrecht sein kann. Der Bewegungsmechanismus 835' kann einen Aktorabschnitt AP825 (z. B. eine Platte) enthalten, der derart an den Bewegungsmechanismus 835' gekoppelt ist, dass der Aktorabschnitt AP825 sich um die Drehachse RA5 dreht. Ein Armabschnitt 825' (z. B. ein Haltebügel) kann am Aktorabschnitt AP825 montiert sein. Ein Positionssensor des Bewegungsmechanismus 835' kann verwendet werden, um eine Winkelstellung des Aktorabschnitts AP825, des Armabschnitts 825' und/oder der XY-Skala 870 um die Drehachse RA5 zu bestimmen. In einigen Implementierungen kann es wünschenswert sein, die optische Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 senkrecht zur Drehachse RA5 anzuordnen.
  • In verschiedenen Implementierungen kann die bewegliche erste Bildgebungskonfiguration 860 derart beschrieben werden, dass sie durch die getrennte Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die ein Drehelement (z. B. der Aktorabschnitt AP824, der an den Bewegungsmechanismus 834' gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA4 dreht, und ein Drehelement (z. B. der Aktorabschnitt AP825 und/oder der Haltebügel oder der Armabschnitt 825', der an den Bewegungsmechanismus 835' gekoppelt ist), das sich um eine Drehachse RA5 dreht, umfasst, an einen zentralen Unterabschnitt (der z. B. den Armabschnitt 130 und mindestens einige ihm nahe liegende Elemente enthält) der Bewegungsarmkonfiguration MAC gekoppelt ist. In der beispielhaften Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct, die in 13 gezeigt ist, ist die Drehachse RA5 zur optischen Achse OA1 der ersten Bildgebungskonfiguration 860 nominell senkrecht und auf sie ausgerichtet. Die Drehachse RA4 ist zur Drehachse RA5 nominell senkrecht. Selbstverständlich ermöglicht diese Anordnung von Drehachsen eine einfache und günstige Bewegungssteuerung und Sensorverarbeitung, jedoch ist sie lediglich beispielhaft und nicht einschränkend.
  • In der Implementierung, die in 13 gezeigt ist, ist die Bewegungsarmkonfiguration MAC derart konfiguriert, dass dann, wenn die gewünschte Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems 850 unter Verwendung des Ausrichtungssensors ASen und des Betriebsausrichtungsaktors AAct aufgebaut worden ist, diese gewünschte Betriebskonfiguration dann im Verlauf verschiedener Bewegungen oder Positionierungen des Roboters 810 nominell aufrechterhalten werden kann, wenn es gewünscht ist. Wenn es gewünscht ist, die beste mögliche Ausrichtung in der Betriebskonfiguration sicherzustellen, kann die Betriebsausrichtung zu einer gewünschten Zeit durch Anpassen der Position des einen oder der mehreren Betriebsausrichtungsaktoren AAct angepasst werden, um die gewünschte Betriebsausrichtung, auf der Grundlage des Ausrichtungssensors ASen und wie sie durch ihn angegeben wird, zu schaffen.
  • Wie zuvor angegeben wurde, kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der ersten Bildgebungskonfiguration 860 als Teil des Prozesses zum Bestimmen der Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP verwendet werden. Insbesondere kann, wie oben erwähnt wird, das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 derart konfiguriert sein, dass der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 arbeitet, um Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten XY-Skala 870) angeben, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals (d. h. der XY-Skala 870) im erfassten Bild zu bestimmen. Das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem 850 kann ferner konfiguriert sein, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs und der beweglichen ersten Bildgebungskonfiguration 860 zu bestimmen. In einer bestimmten Beispielimplementierung kann der bekannte Koordinatenpositionsversatz (z. B. ausgedrückt im Sinne bekannter Versatzkomponenten, wie z. B. ein bekannter x-Versatz und ein bekannter y-Versatz und ein bekannter z-Versatz) zu den bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position (d. h. zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1) angeben, addiert oder auf andere Weise mit ihnen kombiniert werden, um die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL zu bestimmen.
  • In einer bestimmten Beispielimplementierung kann ein erfasstes Bild durch den Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 885 analysiert werden, um die Skalenkoordinaten zu bestimmen, die den Messtechnikpositionskoordinaten X1, Y1 entsprechen, die dem Zentrum des Sichtfelds FOV1 der ortsfesten ersten Bildgebungskonfiguration 860 entsprechen. Eine derartige Bestimmung kann in Übereinstimmung mit normalen Kamera-/Skalen-Bildverarbeitungstechniken (z. B. zum Bestimmen eines Orts einer Kamera in Bezug auf eine Skala) vorgenommen werden. In verschiedenen Implementierungen können derartige Techniken verwendet werden, um den Ort eines Sichtfelds FOV1 (z. B. entsprechend einer Position einer Kamera) in einem Skalenbereich (z. B. in der XY-Skala 870) zu bestimmen, wie oben in Bezug auf 4 und 5 beschrieben ist. In verschiedenen Implementierungen kann eine derartige Bestimmung ein Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala 870 enthalten ist, und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten. Eine derartige Bestimmung kann einem Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 und der ersten Bezugsposition REF1 (d. h. gemäß der Definition der ortsfesten XY-Skala 870) angeben, entsprechen. Die relativen X2, Y2- und/oder X3, Y3-Koordinaten können dann gemäß dem bekannten Koordinatenpositionsversatz zwischen der Endwerkzeugposition ETP und/oder der Messpunktposition MP des Endwerkzeugs ETL und der XY-Skala 870 bestimmt werden (z. B. Addieren bekannter x- und y- und z-Positionsversatzwerte zu X1 und Y1 und Z0, um X2, Y2, Z2 und/oder X3, Y3 und Z3 zu bestimmen).
  • Den Betrieb der Implementierung, die in 13 gezeigt ist, zusammenfassend wird die verbleibende Fehlausrichtung MisAng auf der Grundlage des Fehlausrichtungssensors ASen und wie durch ihn angegeben wird, in der gewünschten Betriebskonfiguration, die wie oben dargestellt ist, geschaffen wurde, zu null verringert. Deshalb können Fehler, die von der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng (die z. B. zuvor unter Bezugnahme auf 2A-3B dargestellt wurde) abhängen, im Wesentlichen verhindert werden und müssen nicht korrigiert oder ausgeglichen werden. Zum Beispiel können die verschiedenen Versatzbeträge und/oder Fehlausrichtungsfehler zwischen verschiedenen Komponenten bestimmt werden und/oder als Kalibrierdaten gespeichert und wie hier dargestellt ohne die Notwendigkeit einer zusätzlichen Korrektur oder eines zusätzlichen Ausgleichs, die andernfalls aufgrund einer verbleibenden Fehlausrichtung ungleich null auftreten würde, verwendet werden.
  • 11 ist ein Flussidagramm, das eine beispielhafte Implementierung einer Routine 1100 zum Betreiben eines Robotersystems, das einen Roboter und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem, das ein Betriebsausrichtungsuntersystem enthält, das eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration AAct umfasst, enthält, veranschaulicht. Wie in 11 gezeigt ist, wird in einem Entscheidungsblock 1110 eine Bestimmung vorgenommen, ob das Robotersystem in einem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden soll. In verschiedenen Implementierungen kann eine Auswahl und/oder eine Aktivierung eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus oder eines Normalroboter-Positionskoordinatenmodus durch einen Anwender vorgenommen werden und/oder kann durch das System in Reaktion auf bestimmte Operationen und/oder Anweisungen automatisch vorgenommen werden. Zum Beispiel kann in einer Implementierung (z. B. automatisch oder in Übereinstimmung mit einer Auswahl durch einen Anwender) in einen Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus eingetreten werden, wenn sich der Roboter in eine bestimmte Position bewegt (z. B. ein Endwerkzeug von einem allgemeinen Bereich, in dem eine Montage oder weitere Operationen durchgeführt werden, zu einem spezielleren Bereich, in dem typischerweise Werkstückprüfoperationen durchgeführt werden und/oder in dem der Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus auf andere Weise verwendet werden würde, bewegt). In verschiedenen Implementierungen können derartige Modi durch ein externes Steuersystem (wie z. B. das externe Steuersystem ECS von 1, das einen Normalroboter-Positionskoordinatenmodusabschnitt 147 und einen Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodusabschnitt 187 verwendet, oder das externe Steuersystem ECS' von 8, das einen Normalroboter-Positionskoordinatenmodusabschnitt 849 und ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodusabschnitt 887 verwendet) implementiert werden. In verschiedenen Implementierungen kann ein Hybridmodus entweder unabhängig oder als Teil eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden und/oder kann als ein Schalten zwischen den Modi, wie zuvor in Bezug auf 7 dargestellt wurde, implementiert werden.
  • Wenn im Entscheidungsblock 1110 bestimmt wird, dass das Robotersystem nicht in einem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden soll, schreitet die Routine zu einem Block 1115 fort, wobei das Robotersystem in einem Normalroboter-Positionskoordinatenmodus betrieben wird. Als Teil des Normalroboter-Positionskoordinatenmodus werden die Positionssensoren (z. B. die Drehgeber, die Lineargeber usw.) des Roboters verwendet, um die Roboterbewegungen und die entsprechende Endwerkzeugposition oder Messpunktposition des Endwerkzeugs mit der Robotergenauigkeit (die z. B. mindestens teilweise die Genauigkeit der Positionssensoren des Roboters als Grundlage verwendet) zu steuern und zu bestimmen. Wie hier zuvor erwähnt wurde, können die Positionssensoren des Roboters die Position der Bewegungsarmkonfiguration MAC oder MAC' (z. B. die Positionen der Armabschnitte) mit einem geringeren Genauigkeitsgrad als die Positionsinformationen, die unter Verwendung der XY-Skala bestimmt werden, angeben. Im Allgemeinen kann der Roboterpositionskoordinatenmodus einem unabhängigen und/oder einem normalen Betriebsmodus für den Roboter (z. B. ein Modus, in dem der Roboter unabhängig betrieben wird, wie z. B. wenn ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem nicht aktiv ist oder auf andere Weise nicht vorgesehen ist) entsprechen.
  • Wenn das Robotersystem in einem Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenmodus betrieben werden soll, schreitet die Routine zu einem Block 1120 fort, wobei der Roboter und das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem konfiguriert sind, das Betriebsausrichtungsuntersystem und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration zu betreiben, um eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen. Eine Skalenebene wird derart definiert, dass sie mit dem planaren Substrat der XY-Skala nominell übereinstimmt und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert ist. In der Betriebskonfiguration sind die XY-Skala und die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung, wie durch das Ausrichtungssignal angegeben wird, und mit der Skalenebene, die im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet ist, angeordnet.
  • Wie zuvor dargestellt wurde, kann in verschiedenen Implementierungen dieser Prozess zum Bereitstellen der Betriebskonfiguration ein Vornehmen verschiedener Positionsanpassungen unter Verwendung der Betriebsausrichtungsaktoren AAct, die einzelne Aktoren des Betriebsausrichtungsuntersystems OAS und/oder Aktoren, die in der Bewegungsarmkonfiguration MAC' oder MAC' enthalten sind, enthalten können, enthalten. Als ein bestimmtes Beispiel können in den Implementierungen von 8, 9 und 10 der vierte und der fünfte Bewegungsmechanismus 834 und 835 betrieben werden, um den vierten und den fünften Armabschnitte 824 und 825 zu drehen, um die XY-Skala 870 zu drehen, um zu bewirken, dass die Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA parallel zur optischen Achse OA1 ist, wie durch das Ausrichtungssignal des Ausrichtungssensors ASen angegeben wird. In bestimmten Implementierungen können derartige Anpassungen automatisch oder wie durch einen Anwender oder ein Prüfprogramm oder dergleichen angewiesen wird, vorgenommen werden. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Anpassungen der ersten Bildgebungskonfiguration 860 vorgenommen werden (z. B. können die Vergrößerung und/oder der Fokusbereich angepasst werden usw.), um zu verursachen, dass die Skalenebene sich im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration 860 in der Skalenbildgebungsachsenrichtung SIA befindet.
  • In einem Block 1130 wird mindestens ein Eingangssignal (z. B. in einem Bildauslöseabschnitt wie z. B. dem Bildauslöseabschnitt 181 oder 881 usw.) empfangen, das zu einer Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs des Roboters in Beziehung steht. Ein Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals wird auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals bestimmt und das erste Bildgebungsauslösesignal wird zu einer ersten Bildgebungskonfiguration ausgegeben. Die erste Bildgebungskonfiguration erfasst ein digitales Bild einer XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals. In verschiedenen Implementierungen können verschiedene Typen von Endwerkzeugen verschiedene Typen von Ausgaben schaffen, die in Bezug auf das mindestens eine Eingangssignal verwendet werden können. Zum Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug ein Messtaster ist, der zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und der ein Berührungssignal ausgibt, wenn er das Werkstück berührt, dieses Berührungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal eingelesen werden, auf dessen Grundlage der Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals bestimmt wird. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug eine Tastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die jeweilige Werkstückmessungsabtastdaten, die einem jeweiligen Abtastzeitablaufsignal entsprechen, liefert, dieses jeweilige Abtastzeitablaufsignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal eingelesen werden. Als ein weiteres Beispiel kann in einer Implementierung, in der das Endwerkzeug eine Kamera ist, die verwendet wird, ein jeweiliges Werkstückmessungsbild zu liefern, das einem jeweiligen Werkstückbilderfassungssignal entspricht, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als das mindestens eine Eingangssignal eingelesen werden.
  • In einem Block 1140 wird das erfasste Bild empfangen (z. B. in einem Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt wie z. B. dem Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt 185 oder 885 usw.) und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts enthalten ist, werden identifiziert. In einem Block 1150 werden Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen einer beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als eine Robotergenauigkeit ist, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild bestimmt. Die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten geben die Endwerkzeugposition zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, an. In einem Block 1160 werden bestimmte Positionsinformationen (z. B. die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position angeben, die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition oder der Messpunktposition des Endwerkzeugs und/oder weitere in Beziehung stehende bestimmte Positionsinformationen) für eine festgelegte Funktion (z. B. für eine Werkstückmessung, eine Positioniersteuerung der Bewegungsarmkonfiguration des Roboters usw.) verwendet. Die Routine kann nach den Operationen in Block 1160 enden. Als Teil derartiger Operationen oder auf andere Weise kann die Routine dann zu einem Punkt A fortschreiten, an dem die Routine in verschiedenen Implementierungen enden kann. Alternativ kann die Routine nach den Operationen in Block 1160 teilweise oder vollständig wiederholt werden. Zum Beispiel können die bestimmten Positionsinformationen (z. B. aus dem Block 1160) einem ersten Oberflächenort auf einem Werkstück entsprechen oder auf andere Weise verwendet werden zu seinem Bestimmen verwendet werden und die Routine kann wiederholt werden, wobei dann ein zweiter Oberflächenort auf dem Werkstück bestimmt werden kann (z. B. als Teil einer Werkstückmessung wie z. B. des Messens eines Merkmals eines Werkstücks). Beim Wiederholen der Routine kann es von der bestimmten Situation abhängen, ob die Operationen in Block 1120 wiederholt werden sollen oder nicht. Für die beste Genauigkeit kann es wünschenswert sein, dass die Betriebsausrichtung, die im Block 1120 dargestellt ist, mit der Bewegungsarmkonfiguration des Roboters in derselben (oder nahezu derselben) Position und/oder Stellung, die während der Operationen der Blöcke 1130 und/oder 1140 verwendet werden sollen, festgelegt wird, wobei die Operationen eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, anpassen. Allerdings kann dann, wenn die Roboterarmkonfiguration ausreichend steif ist und/oder die Position und/oder die Stellung, die bei einem zweiten Oberflächenort verwendet werden, in der Nähe derer liegen, die beim ersten Oberflächenort verwendet werden, und/oder die Genauigkeitsanforderungen in einer bestimmten Situation nicht zu stringent sind, das Wiederholen der Operationen im Block 1120 in einigen derartige Situationen ausgelassen werden, wenn es gewünscht ist.
  • In jedem Fall werden die ersten und die zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die durch Wiederholen der Routine 1100 bestimmt werden und die die erste und die zweite relative Position und/oder in Beziehung stehende Positionsinformationen angeben, verwendet, um eine Abmessung des Werkstücks, die einer Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht, die den jeweiligen Endwerkzeugpositionen oder Messpunktpositionen des Endwerkzeugs entspricht, wenn es den jeweiligen ersten und zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück berührt, usw. zu jeweiligen Bilderfassungszeiten zu bestimmen. Es wird begrüßt werden, dass statt die Positionssensoren (z. B. der Drehgeber, der Lineargeber usw.) des Roboters zu verwenden, um den ersten und den zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück mit der Robotergenauigkeit zu bestimmen, genauere Positionsinformationen unter Verwendung der Techniken, die hier beschrieben werden, bestimmt werden können. Insbesondere ermöglicht die Bestimmung des ersten und des zweiten Oberflächenorts (d. h. entsprechend den ersten und den zweiten bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die jeweiligen ersten und zweiten Orten auf der XY-Skala entsprechen, wofür eine genaue Entfernung zwischen derartigen Koordinaten/Orten unter Verwendung der Techniken, die oben beschrieben werden, in Übereinstimmung mit der Genauigkeit der XY-Skala bestimmt werden kann), dass die entsprechende Abmessung des Werkstücks (z. B. eines Werkstückmerkmals) zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort mit einem hohen Genauigkeitsgrad bestimmt werden kann.
  • Es ist festzuhalten, dass die verschiedenen Techniken, die oben dargestellt sind, von Techniken, die Markierungszeichen oder weitere Bezugsmarkierungen verwenden (wofür z. B. dasselbe Markierungszeichen oder dieselbe Bezugsmarkierung in jedem Bild sein muss, im Vergleich zu einer XY-Skala 170 oder 870, wofür Positionsinformationen über den gesamten Bereich der XY-Skala 170 oder 870 und entsprechend für einen Abschnitt der XY-Skala 170 oder 870, der in einem Bild, das einem Sichtfeld FOV oder FOV1 einer Bildgebungskonfiguration 160 oder 860 entspricht, enthalten ist, bestimmt werden können) verschieden sind.
  • Es wird begrüßt werden, dass entweder die Routine, die oben dargestellt ist, unter Bezugnahme auf 6 mit einem entsprechenden Betriebsausrichtungsuntersystem OAS (wie z. B. unter Bezugnahme auf 1- 3B beschrieben wird) verwendet werden kann oder die Routine, die oben dargestellt ist, unter Bezugnahme auf 11 mit einem entsprechenden Betriebsausrichtungsuntersystem OAS (wie z. B. unter Bezugnahme auf 8- 10 und/oder 12-13 unten beschrieben wird) verwendet werden kann, um den Hybridmodus, wie er oben unter Bezugnahme auf 7 beschrieben ist, zu implementieren. Insbesondere können derartige Routinen und entsprechende Betriebsausrichtungsuntersysteme OAS in den Operationen von Block 740 von 7 verwendet werden.
  • 14 ist ein Diagramm 1400 einer ersten beispielhaften Konfiguration für einen Ausrichtungssensor ASen, das in verschiedenen Implementierungen eines Betriebsausrichtungsuntersystems OAS gemäß hier offenbarten Prinzipien verwendbar ist. Gemäß einem Beschreibungstyp kann es als ein Laserautokollimator zum Detektieren der verbleibenden Fehlausrichtung MisAng der XY-Skala 170 oder 870 oder dergleichen unter Verwendung des Ausrichtungsstrahl ABeam betrachtet werden. Wie in 14 gezeigt ist, kann der Ausrichtungssensor ASen im Allgemeinen eine Laserstrahllichtquelle LD (z. B. eine Laserdiode und eine Linse), einen Polarisationsstrahlteiler PBS, ein Viertelwellenplättchen PX, das der Wellenlänge der Laserstrahlquelle LD entspricht, eine Objektlinse L und einen Positionssensor PSD enthalten. Der lichtabstrahlende Punkt der Lichtquelle LD wird beim Brennpunkt der Objektlinse L positioniert. Der Polarisationsstrahlteiler PBS wird im optischen Pfad eines Lichtstrahls, der durch die Lichtquelle LD abgestrahlt wird, positioniert und ist von der Lichtquelle LD um eine Entfernung „b“ entfernt. Der Polarisationsstrahlteiler PBS polarisiert das Licht im Ausrichtungsstrahl ABeam. Das Viertelwellenplättchen PX dreht die Polarisierung des Lichts im Ausrichtungsstrahl ABeam gemäß bekannten Prinzipien und der Ausrichtungsstrahl ABeam wird dann durch die Objektlinse L zur XY-Skala 170 (870) ausgegeben, wie hier zuvor beschrieben ist.
  • Die XY-Skala 170 (870) reflektiert den Ausrichtungsstrahl ABeam als den reflektierten Ausrichtungsstrahl ABeamR, wie hier zuvor beschrieben ist. Der reflektierte Ausrichtungsstrahl ABeamR kehrt durch die Objektlinse L und das Viertelwellenplättchen PX zurück und wird vom Polarisationsstrahlteiler PBS zum Positionssensor PSD reflektiert, wie gezeigt ist. Der Positionsdetektor PSD ist vom Polarisationsstrahlteiler PBS um eine Entfernung „b“ beabstandet.
  • Selbstverständlich wird dann, wenn die XY-Skala einen verbleibenden Fehlausrichtungswinkel in Bezug auf den Ausrichtungsstrahl ABeam besitzt, der reflektierte Ausrichtungsstrahl ABeamR bei einem Winkel von 2 * reflektiert, wie für die verbleibende Fehlausrichtung 2 * MisAng in verschiedenen hier zuvor beschrieben Figuren veranschaulicht ist. Deshalb versteht sich, dass dieser Versatz oder die Position „d“ des resultierenden reflektierten Ausrichtungsstrahls ABeamR, der auf den Positionsdetektor PSD fokussiert wird, für die veranschaulichte Konfiguration der Beziehung = d/ 2 F
    Figure DE112019004129T5_0001
    folgt, wobei f (= a + b) die Brennweite der Objektlinse L ist.
  • Selbstverständlich können, obwohl die vorhergehende Beschreibung eine Fehlausrichtungsdetektion in einer Ebene beschreibt, derselbe Detektor und dieselben Detektionsprinzipien in zwei Ebenen verwendet werden, wenn der Positionsdetektor PSD zwei Empfindlichkeitsachsen und entsprechende Ausgangssignale aufweist. Zum Beispiel kann in verschiedenen Implementierungen der Positionsdetektor PSD ein bekannter Typ eines Quadrantendetektors sein, der einen bekannten Typ von Differenzsignalen, die den Versatz oder die Position „d“ entlang jeweiliger „X-“ und „Y-” Achsen angeben, für den reflektierte Ausrichtungsstrahl ABeamR liefern kann. Derartige Signale können als das zuvor dargestellte Ausrichtungssignale ASig des Ausrichtungssensors ASen betrachtet werden.
  • Selbstverständlich ist, obwohl in dieser Offenbarung der Elementname „XY-Skala“ unter Bezugnahme auf die Elemente 170, 170A, 170B, 870 und dergleichen verwendet wird, dieser Elementname lediglich beispielhaft und nicht einschränkend. Sie wird unter Bezugnahme auf ein kartesisches Koordinatensystem als eine „XY-Skala“ bezeichnet werden, und ihre Beschreibung als ein nominell ebenes Substrat umfassend (das z. B. nominell senkrecht zu einer Skalenbildgebungsachsenrichtung angeordnet ist, die in bestimmten Implementierungen zu einer z-Achse parallel sein kann). Allerdings sollte im Allgemeinen der Elementname XY-Skala derart verstanden werden, dass er sich auf eine Bezugsskala bezieht, die mehrere Merkmale oder Markierungen umfasst, die bekannten zweidimensionalen Koordinaten auf dieser Bezugsskala (z. B. genaue und/oder genau kalibrierte Orte in zwei Dimensionen) entsprechen, vorausgesetzt, dass die Skala derart arbeiten kann, wie hier offenbart wird. Zum Beispiel können derartige Skalenmerkmale derart ausgedrückt und/oder markiert werden, dass sie sich in einem kartesischen Koordinatensystem auf dieser Bezugsskala, oder in einem Polarkoordinatensystem oder einem sonstigen günstigen Koordinatensystem befinden. Darüber hinaus können derartige Merkmale Merkmale umfassen, die gleichmäßig oder ungleichmäßig im Verlauf einer Betriebsskalenfläche verteilt sind, und können abgestufte oder nicht abgestufte Skalenmarkierungen umfassen, unter der Voraussetzung, dass derartige Merkmale bekannten zweidimensionalen Koordinaten auf der Skala entsprechen und arbeiten können, wie hier offenbart wird.
  • Selbstverständlich sind, obwohl die Robotersysteme und entsprechende Bewegungsarmkonfigurationen, die hier offenbart und veranschaulicht sind, im Allgemeinen unter Bezugnahme auf eine bestimmte Anzahl von Armabschnitten (z. B. 3 Armabschnitte, 5 Armabschnitte usw.) gezeigt und beschrieben sind, derartige Systeme nicht derart beschränkt. In verschiedenen Implementierungen kann das Robotersystem unter der Annahme, dass es Armabschnitte wie z. B. die hier beschriebenen und/oder beanspruchten enthält, weniger oder mehr Armabschnitte enthalten, wenn gewünscht.
  • Selbstverständlich können die XY-Skala oder die Bezugsskala und eine Kamera, die verwendet wird, um die Skala abzubilden, abhängig von der Bewegung und/oder der Position des Robotersystems einer Drehung in Bezug aufeinander unterliegen. Es wird begrüßt werden, dass im Stand der Technik bekannte (wie z. B. in den aufgenommenen Referenzen offenbarte) Verfahren verwendet werden können, um trotz derartiger relativer Drehungen eine derartige relative Drehung genau zu bestimmen und/oder eine erforderliche Koordinatentransformationen durchzuführen und/oder die relative Position der Kamera und der Skala gemäß hier offenbarten Prinzipien zu analysieren. Selbstverständlich können die Messtechnikpositionskoordinaten, auf die hier Bezug genommen wird, in verschiedenen Implementierungen eine derartige relative Drehung berücksichtigen. Darüber hinaus versteht sich, dass in einigen Implementierungen die Messtechnikpositionskoordinaten, auf die hier Bezug genommen wird, einen Satz von Koordinaten umfassen können, die eine genaue Bestimmung und/oder Angabe einer derartigen relativen Drehung enthalten, wenn es gewünscht ist.
  • Während bevorzugte Implementierungen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht und beschrieben werden, werden für Fachleute zahlreiche Variationen der veranschaulichten und beschriebenen Anordnungen von Merkmalen und Folgen von Operationen auf der Grundlage dieser Offenbarung deutlich werden. Verschiedene alternative Formen können verwendet werden, um die hier offenbarten Prinzipien zu implementieren. Zusätzlich können die verschiedenen oben beschriebenen Implementierungen kombiniert werden, um weitere Implementierungen zu schaffen. Alle US-Patente und US-Patentanmeldungen, die in dieser Spezifikation bezeichnet werden, sind hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen. Aspekte der Implementierungen können geändert werden, falls nötig, um Konzepte der verschiedenen Patente und Anmeldungen zu verwenden, um noch weitere Implementierungen zu schaffen.
  • Diese und weitere Änderungen können an den Implementierungen angesichts der genauen Beschreibung oben vorgenommen werden. Im Allgemeinen sollen in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht derart ausgelegt werden, dass sie die Ansprüche auf die bestimmten Implementierungen, die in der Spezifikation und den Ansprüchen offenbart werden, beschränken, sondern sollen derart ausgelegt werden, dass sie alle möglichen Implementierungen zusammen mit dem gesamten Umfang von Entsprechungen, für die derartige Ansprüche berechtigt sind, enthalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 16146640 [0001]
    • US 16104033 [0001]
    • US 4725965 [0004]
    • US 6781694 [0051, 0127, 0136]
    • US 6937349 [0051, 0127, 0136]
    • US 5798947 [0051, 0127, 0136]
    • US 6222940 [0051, 0127, 0136]
    • US 6640008 [0051, 0127, 0136]
    • US 5583691 [0140, 0151]
    • US 9323025 [0140, 0151]

Claims (23)

  1. Robotersystem, das Folgendes umfasst: einen Roboter, der Folgendes umfasst: eine Bewegungsarmkonfiguration, wobei die Bewegungsarmkonfiguration eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration umfasst, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet, und der Roboter konfiguriert ist, die Bewegungsarmkonfiguration zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen; und ein Bewegungssteuersystem, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Position der Bewegungsarmkonfiguration unter Verwendung mindestens eines Positionssensors, der im Roboter enthalten ist, zu steuern; wobei das Robotersystem ferner ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem umfasst, das Folgendes umfasst: eine erste Bildgebungskonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildgebungskonfiguration eine optische Achse besitzt; eine XY-Skala, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere jeweilige abbildbare Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale sich bei jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden und eine Skalenebene derart definiert ist, dass sie nominell mit dem planaren Substrat der XY-Skala übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert ist; eine Betriebsausrichtungsuntersystem OAS, das mindestens einen Ausrichtungssensor ASen und eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration umfasst, wobei der Ausrichtungssensor sich nahe an der ersten Kamera befindet und in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera montiert ist und der Ausrichtungssensor konfiguriert ist, ein Ausrichtungssignal Asig, das die Skalenbildgebungsachsenrichtung angibt, zu liefern; einen Bildauslöseabschnitt, der konfiguriert ist, mindestens ein Eingangssignal, das zu der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs in Beziehung steht, einzulesen und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration ausgegeben, wobei die erste Bildgebungskonfiguration konfiguriert ist, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf ein Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen, und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt, der konfiguriert ist, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren, wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit einer beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist, und der anderen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an ein ortsfestes Element nahe an dem Roboter gekoppelt ist, konfiguriert ist, wobei die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration eine erste Bezugsposition definiert; das Robotersystem konfiguriert ist, das Betriebsausrichtungsuntersystem und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration zu betreiben, um eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen, wobei in der Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems die XY-Skala und die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung, wie durch das Ausrichtungssignal angegeben wird, und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet angeordnet sind; das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert ist, dass dann, wenn die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die Bewegungsarmkonfiguration mit der XY-Skala in einem Sichtfeld der ersten Bildgebungskonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt betreibbar ist, Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild zu bestimmen; und die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, angeben.
  2. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration mindestens ein erstes Drehelement umfasst, das sich um eine erste Drehachse dreht, die nominell parallel zur Skalenebene ist, wenn die XY-Skala die Bewegliche ist, und nominell senkrecht zur optischen Achse ist, wenn die erste Bildgebungskonfiguration die Bewegliche ist.
  3. Robotersystem nach Anspruch 2, wobei die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration mindestens ein zweites Drehelement umfasst, das sich um eine zweite Drehachse dreht, die nominell senkrecht zur ersten Drehachse ist.
  4. Robotersystem nach Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Drehelement in der Bewegungsarmkonfiguration enthalten sind.
  5. Robotersystem nach Anspruch 3, wobei das erste und das zweite Drehelement in einer getrennten Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet, enthalten sind.
  6. Robotersystem nach Anspruch 2, wobei der zentrale Unterabschnitt mindestens ein erstes Drehelement des zentralen Unterabschnitts umfasst, das sich um eine Drehachse dreht, die nominell parallel zur ersten Drehachse ist.
  7. Robotersystem nach Anspruch 2, wobei der distale Unterabschnitt, der die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration an den zentralen Unterabschnitt koppelt, keine distale Unterabschnittsdrehachse, die zur Skalenebene nominell senkrecht ist, wenn die XY-Skala die Bewegliche ist, und keine distale Unterabschnittsdrehachse, die zur optischen Achse nominell parallel ist, wenn die erste Bildgebungskonfiguration die Bewegliche ist, enthält.
  8. Robotersystem nach Anspruch 2, wobei der distale Unterabschnitt einen Haltebügel umfasst, der die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration an das erste Drehelement koppelt.
  9. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in einer festen Beziehung zu der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration und/oder einem Endwerkzeug, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, konfiguriert ist.
  10. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei der Ausrichtungssensor konfiguriert ist, einen Ausrichtungsstrahl zur XY-Skala auszugegeben und einen davon reflektierten Ausrichtungsstrahl auf einem positionsempfindlichen Detektor des Ausrichtungssensors zu empfangen und das Ausrichtungssignal auf der Grundlage mindestens einer Ausgabe des positionsempfindlichen Detektors bereitzustellen.
  11. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei der Roboter konfiguriert ist, die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in einer Ebene parallel zur Skalenebene zu bewegen, während das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem sich in der Betriebskonfiguration befindet.
  12. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei dann, wenn das Endwerkzeug ein Messtaster ist, der zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und der ein Berührungssignal ausgibt, wenn er das Werkstück berührt, der Bildauslöseabschnitt konfiguriert ist, dieses Berührungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als sein mindestens eines Eingangssignal einzulesen; oder dann, wenn das Endwerkzeug eine Tastsonde ist, die zum Messen eines Werkstücks verwendet wird und die jeweilige Werkstückmessungsabtastdaten, die einem jeweiligen Abtastzeitablaufsignal entsprechen, liefert, der Bildauslöseabschnitt konfiguriert ist, dieses jeweilige Abtastzeitablaufsignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als sein mindestens eines Eingangssignal einzulesen; oder dann, wenn das Endwerkzeug eine Kamera ist, die verwendet wird, ein jeweiliges Werkstückmessungsbild zu liefern, das einem jeweiligen Werkstückbilderfassungssignal entspricht, der Bildauslöseabschnitt konfiguriert ist, dieses Werkstückbilderfassungssignal oder ein daraus abgeleitetes Signal als sein mindestens eines Eingangssignal einzulesen.
  13. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem konfiguriert ist, die Messtechnikpositionskoordinaten der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration angeben, und eines bekannten Koordinatenpositionsversatzes zwischen der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs und der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration zu bestimmen.
  14. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die erste Bildgebungskonfiguration und der Ausrichtungssensor an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt sind und die XY-Skala an das ortsfeste Element gekoppelt ist.
  15. Robotersystem nach Anspruch 14, wobei das ortsfeste Element einen Rahmen umfasst, der über mindestens einem Abschnitt des Endwerkzeugarbeitsvolumens angeordnet ist, und die XY-Skala über einem Abschnitt des Endwerkzeugarbeitsvolumens am Rahmen befestigt ist.
  16. Robotersystem nach Anspruch 1, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale der XY-Skala einen Satz abbildbarer Merkmale, die eindeutig identifizierbare Muster aufweisen, umfassen, wobei die Elemente dieses Satzes abbildbarer Merkmale auf dem Substrat derart verteilt sind, dass sie um weniger als eine Entfernung, die einer Entfernung über ein Sichtfeld der ersten Bildgebungskonfiguration entspricht, beabstandet sind; und der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt konfiguriert ist, mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, auf der Grundlage seines eindeutig identifizierbaren Musters zu identifizieren; oder der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt konfiguriert ist, mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, auf der Grundlage seiner Bildposition im erfassten Bild und auf der Grundlage von Roboterpositionsdaten, die vom Bewegungssteuersystem hergeleitet wurden und der Bilderfassungszeit entsprechen, zu identifizieren, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale der XY-Skala einen Satz ähnlicher abbildbarer Merkmale umfassen, dessen Elemente derart auf dem Substrat verteilt sind, dass sie um eine Entfernung, die größer als ein maximaler Positionsfehler ist, der in der Robotergenauigkeit zulässig ist, voneinander beabstandet sind.
  17. Verfahren zum Betreiben eines Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems, das mit einem Roboter verwendet wird, wobei der Roboter Folgendes umfasst: eine Bewegungsarmkonfiguration, wobei die Bewegungsarmkonfiguration eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration umfasst, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet, und der Roboter konfiguriert ist, die Bewegungsarmkonfiguration zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen; und ein Bewegungssteuersystem, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Position der Bewegungsarmkonfiguration unter Verwendung mindestens eines Positionssensors, der im Roboter enthalten ist, zu steuern; wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem Folgendes umfasst: eine erste Bildgebungskonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildgebungskonfiguration eine optische Achse besitzt; eine XY-Skala, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere jeweilige abbildbare Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale sich bei jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden und eine Skalenebene derart definiert ist, dass sie nominell mit dem planaren Substrat der XY-Skala übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert ist; eine Betriebsausrichtungsuntersystem OAS, das mindestens einen Ausrichtungssensor ASen und eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration umfasst, wobei der Ausrichtungssensor sich nahe an der ersten Kamera befindet und in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera montiert ist und der Ausrichtungssensor konfiguriert ist, ein Ausrichtungssignal zu liefern, das die Skalenbildgebungsachsenrichtung angibt; einen Bildauslöseabschnitt; und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt, wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit einer beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist, und der anderen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an ein ortsfestes Element nahe an dem Roboter gekoppelt ist, konfiguriert ist, wobei die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration eine erste Bezugsposition definiert; das Robotersystem konfiguriert ist, das Betriebsausrichtungsuntersystem und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration zu betreiben, um eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen, wobei in der Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems die XY-Skala und die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung, wie durch das Ausrichtungssignal angegeben wird, und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet angeordnet sind; und das Verfahren Folgendes umfasst: Betreiben des Betriebsausrichtungsuntersystems und der Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, um die Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung, wie durch das Ausrichtungssignal angegeben wird, und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet zu schaffen; Empfangen beim Bildauslöseabschnitt mindestens eines Eingangssignals, das zu der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs in Beziehung steht, und Bestimmen des Zeitpunkts eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals und Ausgeben des ersten Bildgebungsauslösesignals zur ersten Bildgebungskonfiguration, wobei die erste Bildgebungskonfiguration ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf ein Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals erfasst, und wofür das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem sich mindestens nominell in der Betriebskonfiguration befindet, wenn das digitale Bild erfasst wird; Empfangen beim Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt des erfassten Bilds und Identifizieren mindestens eines jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und des in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenorts; und Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild, wobei die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, angeben.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das ferner ein Verwenden der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die relative Position zum Messen eines Merkmals eines Werkstücks angeben, umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die relative Position eine erste relative Position ist, die einem ersten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht, und das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Empfangen beim Bildauslöseabschnitt mindestens eines zweiten Eingangssignals, das zu der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs in Beziehung steht, und Bestimmen des Zeitpunkts eines zweiten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen zweiten Eingangssignals und Ausgeben des zweiten Bildgebungsauslösesignals zur ersten Bildgebungskonfiguration, wobei die erste Bildgebungskonfiguration ein zweites digitales Bild der XY-Skala zu einer zweiten Bilderfassungszeit in Reaktion auf das Empfangen des zweiten Bildgebungsauslösesignals erfasst und wofür das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem sich mindestens nominell in der Betriebskonfiguration befindet, wenn das zweite digitale Bild erfasst wird; Empfangen beim Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt des zweiten erfassten Bilds und Identifizieren mindestens eines zweiten jeweiligen abbildbaren Merkmals, das im zweiten erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und eines in Beziehung stehenden jeweiligen zweiten bekannten XY-Skalenkoordinatenorts; Bestimmen von Messtechnikpositionskoordinaten, die eine zweite relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der zweiten Bezugsposition angeben, auf der Grundlage des Bestimmens einer zweiten Bildposition des identifizierten mindestens einen zweiten jeweiligen abbildbaren Merkmals im zweiten erfassten Bild, wobei die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur zweiten Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, angeben und die zweite relative Position von der ersten relativen Position verschieden ist und einem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht, der vom ersten Oberflächenort verschieden ist; und Verwenden der bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten, die die erste und die zweite relative Position angeben, um eine Abmessung des Werkstücks zu bestimmen, die einer Entfernung zwischen dem ersten und dem zweiten Oberflächenort auf dem Werkstück entspricht.
  20. Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem zur Verwendung mit einem Robotersystem, das Folgendes umfasst: eine Bewegungsarmkonfiguration, wobei die Bewegungsarmkonfiguration eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration umfasst, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet, und der Roboter konfiguriert ist, die Bewegungsarmkonfiguration zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen; und ein Bewegungssteuersystem, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Position der Bewegungsarmkonfiguration unter Verwendung mindestens eines Positionssensors, der im Roboter enthalten ist, zu steuern; wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem Folgendes umfasst: eine erste Bildgebungskonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildgebungskonfiguration eine optische Achse besitzt; eine XY-Skala, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere jeweilige abbildbare Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale sich bei jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden und eine Skalenebene derart definiert ist, dass sie nominell mit dem planaren Substrat der XY-Skala übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert ist; eine Betriebsausrichtungsuntersystem, das mindestens einen Ausrichtungssensor und eine Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration umfasst, wobei der Ausrichtungssensor sich nahe an der ersten Kamera befindet und in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera montiert ist und der Ausrichtungssensor konfiguriert ist, ein Ausrichtungssignal zu liefern, das die Skalenbildgebungsachsenrichtung angibt; einen Bildauslöseabschnitt, der konfiguriert ist, mindestens ein Eingangssignal, das zu der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs in Beziehung steht, einzulesen und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration ausgegeben, wobei die erste Bildgebungskonfiguration konfiguriert ist, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf ein Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen, und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt, der konfiguriert ist, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren, wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert ist, dass dann, wenn es mit dem Robotersystem betriebstechnisch verbunden ist das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit einer beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration, die an die Bewegungsarmkonfiguration gekoppelt oder Teil davon ist, gekoppelt ist, und der anderen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an ein ortsfestes Element nahe an dem Roboter gekoppelt ist, konfiguriert ist, wobei die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration eine erste Bezugsposition definiert; das Robotersystem konfiguriert ist, das Betriebsausrichtungsuntersystem und die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration zu betreiben, um eine Ausrichtung der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration auf der Grundlage des Ausrichtungssignals, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, anzupassen, um eine Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen, wobei in der Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems die XY-Skala und die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung, wie durch das Ausrichtungssignal angegeben wird, und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet angeordnet sind; das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert ist, dass dann, wenn die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in der Betriebskonfiguration angeordnet sind und die Bewegungsarmkonfiguration mit der XY-Skala in einem Sichtfeld der ersten Bildgebungskonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt betreibbar ist, Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, auf der Grundlage des Bestimmens einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild zu bestimmen; und die bestimmten Messtechnikpositionskoordinaten die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente der Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, angeben.
  21. Robotersystem, das Folgendes umfasst: einen Roboter, der Folgendes umfasst: eine Bewegungsarmkonfiguration, wobei die Bewegungsarmkonfiguration eine Endwerkzeugbefestigungskonfiguration umfasst, die sich nahe an einem distalen Ende der Bewegungsarmkonfiguration befindet, und der Roboter konfiguriert ist, die Bewegungsarmkonfiguration zu bewegen, um mindestens einen Abschnitt eines Endwerkzeugs, das an der Endwerkzeugbefestigungskonfiguration montiert ist, entlang mindestens zwei Dimensionen in einem Endwerkzeugarbeitsvolumen zu bewegen; und ein Bewegungssteuersystem, das konfiguriert ist, eine Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs mit einem Genauigkeitsgrad, der als eine Robotergenauigkeit definiert ist, mindestens teilweise auf der Grundlage des Erfassens und des Steuerns der Position der Bewegungsarmkonfiguration unter Verwendung mindestens eines Positionssensors, der im Roboter enthalten ist, zu steuern; wobei das Robotersystem ferner ein Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem umfasst, das Folgendes umfasst: eine erste Bildgebungskonfiguration, die eine erste Kamera umfasst, wobei die erste Bildgebungskonfiguration eine optische Achse besitzt; eine XY-Skala, die ein nominell ebenes Substrat und mehrere jeweilige abbildbare Merkmale, die auf dem Substrat verteilt sind, umfasst, wobei die jeweiligen abbildbaren Merkmale sich bei jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinaten auf der XY-Skala befinden und eine Skalenebene derart definiert ist, dass sie nominell mit dem planaren Substrat der XY-Skala übereinstimmt, und eine Richtung senkrecht zur Skalenebene als eine Skalenbildgebungsachsenrichtung definiert ist; eine Betriebsausrichtungsuntersystem OAS, das mindestens einen Ausrichtungssensor umfasst, wobei der Ausrichtungssensor sich nahe an der ersten Kamera befindet und in einer starren Konfiguration in Bezug auf die erste Kamera montiert ist und der Ausrichtungssensor konfiguriert ist, ein Ausrichtungssignal Asig, das die Skalenbildgebungsachsenrichtung angibt, zu liefern; einen Bildauslöseabschnitt, der konfiguriert ist, mindestens ein Eingangssignal, das zu der Endwerkzeugposition oder einer Messpunktposition des Endwerkzeugs in Beziehung steht, einzulesen und den Zeitpunkt eines ersten Bildgebungsauslösesignals auf der Grundlage des mindestens einen Eingangssignals zu bestimmen und das erste Bildgebungsauslösesignal zur ersten Bildgebungskonfiguration ausgegeben, wobei die erste Bildgebungskonfiguration konfiguriert ist, ein digitales Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit in Reaktion auf ein Empfangen des ersten Bildgebungsauslösesignals zu erfassen, und einen Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt, der konfiguriert ist, das erfasste Bild einzulesen und mindestens ein jeweiliges abbildbares Merkmal, das im erfassten Bild der XY-Skala enthalten ist, und den in Beziehung stehenden jeweiligen bekannten XY-Skalenkoordinatenort zu identifizieren, wobei das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem mit einer beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an die Betriebsausrichtungsaktorkonfiguration gekoppelt ist, und der anderen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration, die an ein ortsfestes Element nahe an dem Roboter gekoppelt ist, konfiguriert ist, wobei die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration eine erste Bezugsposition definiert; das Robotersystem konfiguriert ist, mindestens eine nominelle Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems zu schaffen, wobei in der nominellen Betriebskonfiguration des Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystems die XY-Skala und die erste Bildgebungskonfiguration mit der optischen Achse der ersten Bildgebungskonfiguration nominell parallel zur Richtung der Skalenbildgebungsachsenrichtung und mit der Skalenebene im Fokusbereich der ersten Bildgebungskonfiguration in der Skalenbildgebungsachsenrichtung verortet angeordnet sind; das Robotersystem konfiguriert ist, das Betriebsausrichtungsuntersystem zu betreiben, um eine verbleibende Fehlausrichtung zwischen der optischen Achse und der Skalenbildgebungsachse, wie durch das Ausrichtungssignal, das durch den Ausrichtungssensor geliefert wird, angegeben wird, zu bestimmen; und das Zusatzmesstechnik-Positionskoordinatenbestimmungssystem derart konfiguriert ist, dass dann, wenn die bewegliche der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und die ortsfeste der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration in der nominellen Betriebskonfiguration angeordnet sind und die Bewegungsarmkonfiguration mit der XY-Skala in einem Sichtfeld der ersten Bildgebungskonfiguration positioniert ist, der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt betreibbar ist, das digitale Bild der XY-Skala zu einer Bilderfassungszeit zu erfassen und eine entsprechende verbleibende Fehlausrichtung zu bestimmen und einen ersten Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die eine relative Position zwischen der beweglichen der XY-Skala oder der ersten Bildgebungskonfiguration und der ersten Bezugsposition angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente des ersten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, auf der Grundlage einer Bildposition des identifizierten mindestens einen jeweiligen abbildbaren Merkmals im erfassten Bild und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung zu bestimmen.
  22. Robotersystem nach Anspruch 21, wobei der Messtechnikpositionskoordinaten-Verarbeitungsabschnitt ferner konfiguriert ist, einen zweitem Satz Messtechnikpositionskoordinaten, die die Endwerkzeugposition oder eine Messpunktposition des Endwerkzeugs zur Bilderfassungszeit auf der Grundlage des ersten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten und der entsprechenden verbleibenden Fehlausrichtung angeben, mit einem Genauigkeitsgrad, der besser als die Robotergenauigkeit ist, mindestens für eine Vektorkomponente des zweiten Satzes von Messtechnikpositionskoordinaten, die quer und/oder senkrecht zur Skalenbildgebungsachsenrichtung ist, zu bestimmen.
  23. Robotersystem nach Anspruch 21, wobei der Ausrichtungssensor konfiguriert ist, einen Ausrichtungsstrahl zur XY-Skala auszugegeben und einen davon reflektierten Ausrichtungsstrahl auf einem positionsempfindlichen Detektor des Ausrichtungssensors zu empfangen und das Ausrichtungssignal auf der Grundlage mindestens einer Ausgabe des positionsempfindlichen Detektors bereitzustellen.
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