DE202005010299U1

DE202005010299U1 - Meßvorrichtung für Industrieroboter

Info

Publication number: DE202005010299U1
Application number: DE200520010299
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-30
Filing date: 2005-06-30
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2015-07-01

Abstract

Meßvorrichtung für Industrieroboter, dadurch gekennzeichnet, daß damit zwei Kameras (1) in fester Anordnung zueinander (z.B. im 90°-Winkel) am letzten Bewegungsglied eines Roboters angebracht werden, so daß die Position des Roboters an Hand eines Referenzobjektes (2) mittels digitaler Bildverarbeitung in mindestens drei Freiheitsgraden mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann (Zeichnung 1).

Description

Es wird eine Vorrichtung zur Positionsmessung von Industrierobotern (IR) vorgeschlagen. Sie dient zur Vermessung der IR hinsichtlich ihrer Positioniergenauigkeit, des zu bearbeitenden Werkstückes hinsichtlich seiner Lage und des verwendeten Werkzeuges hinsichtlich seines Arbeitspunktes. Damit wird auch eine Kalibrierung der gesamten Roboterzelle ermöglicht.
Bisherige Meßeinrichtungen für IR basieren zumeist auf Sensoren, die extern arbeiten, d.h. in der Roboterzelle angebracht sind und ein am Roboterflansch befestigtes Referenzobjekt erfassen. Durch den hierbei auftretenden großen Meßabstand ist die erreichbare Meßgenauigkeit eingeschränkt. Weiterhin existieren Sensoren zur Anbringung am IR, die jedoch bisher nur eine einzelne Kamera oder verschiedene Abstandssensoren aufweisen und dadurch keine dreidimensionale Positionsbestimmung mit hoher Meßgenauigkeit in allen drei Koordinaten erlauben. Dieses Dilemma wird mit der vorgeschlagenen Meßvorrichtung gelöst.
Für die Roboter- und die Werkstückvermessung wird am Endeffektor oder am Anschlußflansch des Industrieroboters ein Meßwerkzeug (Zeichnung 1) mittels eines Universaladapters (3, Zeichnung 2) angebracht, welches zwei Kameras (1) zur Erfassung der Lage eines Referenzobjektes (2, Zeichnung 3) in drei oder mehr Freiheitsgraden mittels digitaler Bildverarbeitung trägt. Die Kameras (1) sind in einem bestimmten, festen Winkel zueinander angeordnet und ggf. mit einer Beleuchtungseinrichtung versehen. Der Referenzkörper (2) kann zur Kalibrierung bzw. Justage der Kameras (1) an einer genau bekannten, ggf. vermessenen Position am Meßwerkzeug angebracht werden. Für die Vermessung des IR wird mindestens ein feststehender, beispielsweise kugelförmiger Referenzkörpers (2) verwendet, der aus unterschiedlichen Richtungen mit jeweils den gleichen Positionswerten angefahren wird. Auf Grund der gemessenen Abweichungen zwischen Soll- und Istposition kann z.B. eine Kalibrierung der kinematischen Struktur des Roboters durch numerische Parameteridentifikation erfolgen. Die Lage des bearbeiteten Werkstückes relativ zum IR kann ebenfalls mit der Meßeinrichtung ermittelt werden, entweder durch Aufnahme markanter Punkte am Bauteil selbst oder mit Hilfe von speziell am Werkstück oder an der Bearbeitungsvorrichtung angebrachten Merkmalen, z.B. Meßkugeln. Auf Grund der Meßwerte kann beispielsweise eine Verschiebung der Roboterbasis in das Bauteilkoordinatensystem berechnet werden.
Zur Bestimmung der Lage des Werkzeugarbeitspunktes (tool center point, TCP) des Roboters wird die Vorrichtung fest im Arbeitsraum der Maschine plaziert. Mit dem am IR angebrachten Arbeitswerkzeug fährt man aus unterschiedlichen Richtungen exakt in den (in den Kamerabildern markierten) Arbeitspunkt des Meßwerkzeuges. Die hierbei ermittelten Positionsdaten können nachfolgend zur Berechnung des TCP verwendet werden.
Weiterhin kann die Vorrichtung zur Messung und Eliminierung thermischer Verlagerungen an Bewegungseinrichtungen oder zur Erfassung dynamischer Bahnabweichungen mit nachfolgender Kompensation dieser Fehlereinflüsse eingesetzt werden. Hierzu kann das Meßwerkzeug zusätzlich zum Arbeitswerkzeug am Roboterflansch angebracht werden.
Die vorgeschlagene Meßeinrichtung für Industrieroboter erlaubt somit eine Vermessung und Kalibrierung der gesamten Roboterzelle (IR, Werkstück, Werkzeug) mit einer hohen und in allen drei Koordinatenrichtungen gleichen Meßgenauigkeit.
Die Zeichnungen 1 bis 3 zeigen eine mögliche Ausführung der vorgeschlagenen Meßvorrichtung:
Zeichnung 1: Meßvorrichtung mit Kameras (1), Universaladapter (3) und Referenzkörper (2)
Zeichnung 2: Universaladapter (3) mit Bohrungen für unterschiedliche Anschlußflansche
Zeichnung 3: Referenzkörper (2) für Kamerakalibrierung und Robotervermessung

1: Kameras
2: Referenzkörper
3: Universaladapter

Claims

Meßvorrichtung für Industrieroboter, dadurch gekennzeichnet, daß damit zwei Kameras (1) in fester Anordnung zueinander (z.B. im 90°-Winkel) am letzten Bewegungsglied eines Roboters angebracht werden, so daß die Position des Roboters an Hand eines Referenzobjektes (2) mittels digitaler Bildverarbeitung in mindestens drei Freiheitsgraden mit hoher Genauigkeit erfaßt werden kann (Zeichnung 1).
Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung über einen Universaladapter (3) mit unterschiedlichen Bohrbildern verfügt, mit dem sie an beliebige Roboter-Anschlußflansche gemäß ISO 9409 montiert und auch während des normalen Roboterbetriebes zur dauernden Verwendung zwischen Roboter-Anschlußflansch und Arbeitswerkzeug angebracht werden kann (Zeichnung 2).
Meßvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen (z.B. kugelförmigen) Referenzkörper (2) zur Kalibrierung der Kameras aufweist, der am Meßwerkzeug angebracht werden kann und bezüglich seiner Lage bzw. Form exakt vermessen ist (Zeichnung 3).