DE202014005738U1

DE202014005738U1 - Device for determining the TCP

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Publication number: DE202014005738U1
Application number: DE201420005738
Authority: DE
Original assignee: KUKA Systems GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2014-07-15
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2014-07-31
Anticipated expiration: 2024-07-16

Abstract

Vorrichtung (1) zur Bestimmung von zumindest zwei Raumkoordinaten des Tool-Center-Points (TCP) (100) von beweglichen Werkzeugen (10) und/oder Werkstücken, umfassend zumindest eine Lichtschranke (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) weiter eine Auslöseeinrichtung (3; 3') aufweist, die relativ zur Lichtschranke (20) fixiert ist und in oder an der ein Messkörper (30; 30') beweglich gelagert ist, welcher Messkörper (30) räumlich so angeordnet ist, dass er mit dem Lichtstrahl (21) der Lichtschranke (20) in Wechselwirkung treten kann, und wobei der Messkörper (30; 30') durch das Werkzeug (10) und/oder Werkstück bewegbar ist, um die Lichtschranke (20) zu unterbrechen.Device (1) for determining at least two spatial coordinates of the tool center point (TCP) (100) of movable tools (10) and / or workpieces, comprising at least one light barrier (20), characterized in that the device (1) furthermore has a triggering device (3; 3 ') which is fixed relative to the light barrier (20) and in or on which a measuring body (30; 30') is movably mounted, which measuring body (30) is spatially arranged in such a way that it the light beam (21) of the light barrier (20) can interact, and the measuring body (30; 30 ') can be moved by the tool (10) and / or workpiece in order to interrupt the light barrier (20).

Description

1. Gebiet der Erfindung1. Field of the invention

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest zwei Raumkoordinaten des Tool-Center-Point (TCP) von beweglichen Werkzeugen und/oder Werkstücken, insbesondere im Zusammenhang mit der Steuerung und Überwachung von Industrierobotern.The invention relates to a device for determining at least two spatial coordinates of the tool center point (TCP) of movable tools and / or workpieces, in particular in connection with the control and monitoring of industrial robots.

2. Stand der Technik2. State of the art

Zur Steuerung der Kinematik von Industrierobotern ist es notwendig, diesen mit Referenzpunkten auszustatten, um die Bewegungen des Roboters mathematisch beschreiben zu können. Von besonderer Bedeutung ist dabei der Referenzpunkt des Roboters, der die Position der Werkzeugaufnahme beschreibt. Dieser ist üblicherweise der Ursprung oder (0,0,0)-Punkt des Roboterkoordinatensystems.To control the kinematics of industrial robots, it is necessary to equip them with reference points in order to describe the movements of the robot mathematically. Of particular importance is the reference point of the robot, which describes the position of the tool holder. This is usually the origin or (0,0,0) point of the robot coordinate system.

Wird der Roboter mit einem Werkzeug ausgestattet, so ist der für die Anwendung relevante Referenzpunkt nicht mehr der Punkt der Werkzeugaufnahme, sondern der Referenzpunkt des Werkzeugs. So ist es beispielsweise im Bereich des robotergestützten Schweißens notwendig die genaue Position der Schweißelektrode zu kennen.If the robot is equipped with a tool, the reference point relevant for the application is no longer the point of the tool holder but the reference point of the tool. For example, in the field of robot-assisted welding, it is necessary to know the exact position of the welding electrode.

Dazu wird für jedes Werkzeug, welches am Roboter betrieben werden soll ein Werkzeugmittelpunkt definiert, der so genannte TCP (Tool Center Point). Auch für Werkstücke kann ein solcher TCP definiert werden, wenn die Werkstücke mit Hilfe des Roboters bewegt oder manipuliert werden. Der TCP ist ein gedachter Referenzpunkt, der sich an geeigneter Stelle am Werkzeug/Werkstück befindet und mit diesem mitbewegt wird. Insbesondere bei spitzen, im Wesentlichen zylinderförmigen Werkzeugen wie beispielsweise Nadeln, Schweißelektroden, Bohrern oder Fräsern wird der TCP vorzugsweise mittig auf der distalen Stirnfläche des Werkzeugs (z. B. der Spitze einer Schweißelektrode) gewählt. Bei Greifern, Zangen oder ähnlichen Werkzeugen kann der TCP auch außerhalb der Struktur des Werkzeugs liegen, wie beispielsweise mittig zwischen den Greifbacken eines Greifers.For this purpose, a tool center point is defined for each tool that is to be operated on the robot, the so-called TCP (Tool Center Point). Also for workpieces such a TCP can be defined when the workpieces are moved or manipulated with the help of the robot. The TCP is an imaginary reference point that is located at a suitable location on the tool / workpiece and is moved along with it. In particular, in the case of pointed, substantially cylindrical tools such as needles, welding electrodes, drills or milling cutters, the TCP is preferably selected centrally on the distal end face of the tool (eg the tip of a welding electrode). With grippers, pliers or similar tools, the TCP can also be outside the structure of the tool, such as in the middle between the gripping jaws of a gripper.

Zur Steuerung des Roboters (beispielsweise zum Nachfahren einer definierten Schweißbahn) ist es notwendig im Steuerungsalgorithmus den neuen, entscheidenden Referenzpunkt, nämlich den TCP des spezifischen Werkzeugs zu implementieren. Dazu wird der Abstand von der Werkzeugaufnahme ((0,0,0,)-Punkt) zum TCP als Vektor im Roboterkoordinatensystem hinterlegt. Somit kennt der Roboter seine, durch Anbringen des Werkzeugs veränderte Geometrie und kann entsprechende Steuerbefehle ausführen.In order to control the robot (for example for tracing a defined welding path), it is necessary in the control algorithm to implement the new, decisive reference point, namely the TCP of the specific tool. For this purpose, the distance from the tool holder ((0,0,0,) - point) to the TCP is stored as a vector in the robot coordinate system. Thus, the robot knows its geometry changed by attaching the tool and can execute corresponding control commands.

Da sich jedoch insbesondere während des Betriebs von beweglichen Werkzeugen aufgrund von Abnutzung, Verschiebung oder Verformung die Lage des Werkzeugmittelpunkts (tatsächlicher TCP) ändern kann, muss auch die im Steuerungsalgorithmus hinterlegte Position des TCP relativ zum (0,0,0,)-Punkt angepasst werden. Insbesondere bei Schweißelektroden ist dies notwendig, da sich der Schweißdraht aufgrund von Kollisionen verbiegen kann und im Rahmen des Schweißprozesses dem Abbrand unterliegt und somit kürzer wird. Um die Lage des tatsächlichen TCP im Steuerungsalgorithmus hinterlegen zu können, muss dessen Lage in definierten Zeitintervallen bestimmt werden (Referenzierung).However, since the position of the tool center (actual TCP) may change, especially during the operation of moving tools due to wear, displacement or deformation, the position of the TCP stored in the control algorithm must also be adjusted relative to the (0,0,0) point become. This is necessary in particular with welding electrodes, since the welding wire can bend as a result of collisions and, as part of the welding process, undergoes burnup and thus becomes shorter. In order to be able to store the position of the actual TCP in the control algorithm, its position must be determined at defined time intervals (referencing).

Vorrichtungen zur Bestimmung des TCP sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So ist aus der Offenlegungsschrift DE 197 54 857 A1 eine Vorrichtung bekannt, welche eine erste Lichtschranke und eine zweite Lichtschranke aufweist, die in einem Winkel zueinander orientiert sind. Dabei dient die erste Lichtschranke zur Messung der X-Koordinate und die zweite Lichtschranke zur Messung der Y-Koordinate des TCP. Um den TCP zu bestimmen, wird das Werkzeug zunächst auf die erste Lichtschranke zubewegt, bis diese unterbrochen wird. Hierdurch wird die Position (d. h. der TCP) in einer ersten Raumkoordinate (x-Koordinate) bestimmt. Die Vermessung der zweiten Raumkoordinate (y-Koordinate) mit Hilfe der zweiten Lichtschranke wird analog dazu ausgeführt. Um die dritte Raumkoordinate (z-Koordinate) des TCP bestimmen zu können, wird das Werkzeug zunächst in den Lichtstrahl einer der Lichtschranken geführt um diese zu unterbrechen. Anschließend wird das Werkzeug in Richtung der zu bestimmenden, dritten Raumkoordinate aus dem Lichtstrahl der Lichtschranke herausbewegt, bis die Lichtschranke wieder geschlossen ist.Devices for determining the TCP are already known from the prior art. So is from the disclosure DE 197 54 857 A1 a device is known, which has a first light barrier and a second light barrier, which are oriented at an angle to each other. The first photocell serves to measure the X coordinate and the second photocell to measure the Y coordinate of the TCP. To determine the TCP, the tool is first moved to the first photocell until it is interrupted. This determines the position (ie the TCP) in a first spatial coordinate (x-coordinate). The measurement of the second spatial coordinate (y-coordinate) using the second light barrier is carried out analogously thereto. In order to be able to determine the third spatial coordinate (z coordinate) of the TCP, the tool is first guided into the light beam of one of the light barriers in order to interrupt it. Subsequently, the tool is moved out in the direction of the third spatial coordinate to be determined from the light beam of the light barrier until the light barrier is closed again.

Insbesondere bei spitzen Werkzeugen (beispielsweise Nadeln, Schweißelektroden, Bohrern, Fräsern, etc.) oder Werkzeugen mit kleinem Querschnitt am TCP ist eine prozesssichere Unterbrechung des Lichtstrahls zur Bestimmung der dritten Raumkoordinate mit der vorbekannten Vorrichtung nicht möglich, was gegebenenfalls zu einer Fehlreferenzierung des TCP führt. Vor dem Hintergrund der geschilderten Nachteile ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zur Bestimmung des TCP bereitzustellen.Particularly with pointed tools (for example needles, welding electrodes, drills, milling cutters, etc.) or tools with a small cross section at the TCP, a process-reliable interruption of the light beam for determining the third spatial coordinate with the previously known device is not possible, which possibly leads to incorrect referencing of the TCP , Against the background of the described disadvantages, it is therefore an object of the present invention to provide an improved device for determining the TCP.

3. Kurze Beschreibung der Erfindung3. Brief description of the invention

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest zwei Raumkoordinaten des TCP gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1.The present invention solves this problem by a device for determining at least two spatial coordinates of the TCP according to the features of the independent claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung von zumindest zwei Raumkoordinaten des Tool-Center-Points (TCP) von beweglichen Werkzeugen und/oder Werkstücken, umfasst zumindest eine Lichtschranke und eine Auslöseeinrichtung, die relativ zur Lichtschranke fixiert ist. Die Bestimmung des TCP mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nicht auf spitze Werkzeuge/Werkstücke, oder Werkzeuge/Werkstücke mit kleinem Querschnitt begrenzt. Nachfolgend wird anstelle der beiden Begriffe Werkzeug/Werkstück lediglich der Begriff Werkzeug verwendet. Werkstücke sind jedoch ausdrücklich im Sinne der Erfindung mit umfasst.The inventive device for determining at least two spatial coordinates of Tool Center Points (TCP) of moving tools and / or workpieces, comprises at least one light barrier and a triggering device which is fixed relative to the light barrier. The determination of the TCP with the aid of the device according to the invention is not limited to sharp tools / workpieces or tools / workpieces with a small cross section. In the following, only the term tool is used instead of the two terms tool / workpiece. However, workpieces are expressly included within the meaning of the invention.

Die Auslöseeinrichtung umfasst einen beweglich gelagerten Messkörper, der mit dem Lichtstrahl der Lichtschranke in Wechselwirkung treten kann. Die Wechselwirkung zwischen Lichtstrahl der Lichtschranke und dem Messkörper umfasst dabei z. B. das Reflektieren, Absorbieren, Streuen, Polarisieren und/oder Brechen des Lichtstrahls oder zumindest einem Teil des Lichtstrahls. Vorzugsweise führt die Wechselwirkung zwischen Lichtstrahl und Messkörper zum Unterbrechen, d. h. Auslösen der Lichtschranke.The triggering device comprises a movably mounted measuring body, which can interact with the light beam of the light barrier. The interaction between the light beam of the light barrier and the measuring body includes z. As reflecting, absorbing, scattering, polarizing and / or breaking the light beam or at least a portion of the light beam. Preferably, the interaction between light beam and measuring body leads to interruption, d. H. Trigger the photocell.

Die Lichtschranke ist orthogonal zu einer ersten Koordinatenrichtung (z. B. der x-Achse eines kartesischen Koordinatensystems) positioniert und dient zur Bestimmung der ersten Raumkoordinate. Die erste Raumkoordinate des TCP, welche in der ersten Koordinatenrichtung liegt, wird durch das Unterbrechen der Lichtschranke mit dem Werkzeug ermittelt.The light barrier is positioned orthogonal to a first coordinate direction (eg the x-axis of a Cartesian coordinate system) and serves to determine the first spatial coordinate. The first space coordinate of the TCP, which lies in the first coordinate direction, is determined by interrupting the light barrier with the tool.

Die zweite Koordinatenrichtung (z. B. die z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems) ist vorzugsweise senkrecht zu der ersten Koordinatenrichtung orientiert. Erfindungsgemäß wird die zweite Raumkoordinate des TCP durch das Unterbrechen der Lichtschranke mittels des Messkörpers der Auslösevorrichtung ermittelt. Das Unterbrechen der Lichtschranke ist auf eine Wechselwirkung zwischen Messkörper und Lichtstrahl der Lichtschranke zurückzuführen.The second coordinate direction (eg the z-axis of a Cartesian coordinate system) is preferably oriented perpendicular to the first coordinate direction. According to the second space coordinate of the TCP is determined by the interruption of the light barrier by means of the measuring body of the triggering device. The interruption of the light barrier is due to an interaction between the measuring body and the light beam of the light barrier.

Der Messkörper ist so in oder an der Auslösevorrichtung gelagert, dass der Messkörper durch das Werkzeug bewegbar ist. Dazu wird der Messkörper direkt oder indirekt mit dem Werkzeug angefahren und anschließend bewegt.The measuring body is mounted in or on the triggering device, that the measuring body is movable by the tool. For this purpose, the measuring body is approached directly or indirectly with the tool and then moved.

Der Messköper weist dabei eine definierte Geometrie auf, die in einer Steuereinrichtung hinterlegt ist. Im Falle einer rein translatorischen Lagerung des Messkörpers kann die zweite Raumkoordinate des TCP aus der Position des Lichtstrahls und dem Offset des Messkörpers berechnet werden. Der Offset des Messkörpers ist dabei z. B. der Abstand von der Kante des Messkörpers, welche den Lichtstrahl unterbricht (wechselwirkt) und dem Punkt, an dem das Werkzeug den Messkörper berührt.The measuring body has a defined geometry, which is stored in a control device. In the case of a purely translatory storage of the measuring body, the second spatial coordinate of the TCP can be calculated from the position of the light beam and the offset of the measuring body. The offset of the measuring body is z. B. the distance from the edge of the measuring body, which interrupts the light beam (interacts) and the point at which the tool touches the measuring body.

Besonders vorteilhaft an der beschriebenen Vorrichtung ist, dass durch eine geeignete Ausgestaltung des Messkörpers die Bestimmung des TCP nicht von der Geometrie des beweglichen Werkzeugs abhängig ist. Die Bestimmung des TCP ist folglich nicht auf bestimmte Werkzeugdurchmesser oder Abmessungen limitiert. Weiterhin vorteilhaft ist, dass zwei der drei zur vollständigen Bestimmung des TCP benötigten Raumkoordinaten mit Hilfe nur eines Sensors (d. h. einer Lichtschranke) bestimmt werden können, was zu einer kleinen Baugröße führt.A particular advantage of the described device is that the determination of the TCP is not dependent on the geometry of the movable tool by a suitable design of the measuring body. The determination of the TCP is therefore not limited to specific tool diameter or dimensions. It is furthermore advantageous that two of the three spatial coordinates required for complete determination of the TCP can be determined with the aid of only one sensor (that is to say a light barrier), which leads to a small size.

Zur Referenzierung wird der TCP in der Regel unter Verwendung des kartesischen Koordinatensystems bestimmt. Die erste Lichtschranke erfasst vorzugsweise die erste Raumkoordinate (x) und mittels der Auslöseeinrichtung die zweite Raumkoordinate (z). In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine zweite Lichtschranke, die vorzugsweise senkrecht zur ersten Lichtschranke angeordnet ist und mit dieser eine Ebene aufspannt. Mit dieser zweiten Lichtschranke wird die dritte Raumkoordinate (y) erfasst. Die zweite Raumkoordinate (z) ist dann senkrecht zu der von x und y aufgespannten Ebene orientiert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese, spezifische Anordnung der Lichtschranken limitiert, sondern erlaubt jede, von einer kollinearen Ausrichtung der Lichtschranken abweichende Anordnung. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf kartesische Koordinaten begrenzt.For referencing, the TCP is usually determined using the Cartesian coordinate system. The first light barrier preferably detects the first spatial coordinate (x) and by means of the triggering device the second spatial coordinate (z). In a preferred embodiment of the invention, the device comprises a second light barrier, which is preferably arranged perpendicular to the first light barrier and with this spans a plane. With this second light barrier, the third space coordinate (y) is detected. The second space coordinate (z) is then oriented perpendicular to the plane spanned by x and y. However, the invention is not limited to this, specific arrangement of the photoelectric sensors, but allows any deviating from a collinear alignment of the light barriers arrangement. In particular, the invention is not limited to Cartesian coordinates.

4. Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen4. Description of preferred embodiments

Im Folgenden werden die Figuren kurz erläutert.The figures are briefly explained below.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung von drei Raumkoordinaten des Tool-Center-Points (TCP) 100 von beweglichen Werkzeugen 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 1 shows a device 1 for determining three spatial coordinates of the Tool Center Point (TCP) 100 of moving tools 10 according to an embodiment of the invention;

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der in 1 gezeigten Auslöseeinrichtung 3; 2 shows a schematic sectional view of in 1 shown triggering device 3 ;

3 zeigt eine schematische Draufsicht der Auslöseeinrichtung 3 von 2; und 3 shows a schematic plan view of the triggering device 3 from 2 ; and

4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Auslöseeinrichtung 3' gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. 4 shows a schematic sectional view of a triggering device 3 ' according to a further embodiment of the invention.

1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Bestimmung von drei Raumkoordinaten des Tool-Center-Points 100 (TCP) von beweglichen Werkzeugen 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung umfasst zwei Lichtschranken 20, 22 die in einer horizontalen Ebene angeordnet sind und zueinander senkrecht stehen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtschranken 20, 22 der Vorrichtung 1 Gabellichtschranken, und am bevorzugtesten Laser-Gabellichtschranken. 1 shows a device 1 for determining three spatial coordinates of the tool center point 100 (TCP) of moving tools 10 according to an embodiment of the invention. The device comprises two light barriers 20 . 22 which are arranged in a horizontal plane and are perpendicular to each other. In a preferred embodiment, the light barriers 20 . 22 of the contraption 1 Fork light barriers, and most preferably laser fork light barriers.

Die Raumkoordinaten sind in der gezeigten Ausführungsform der Erfindung kartesische Koordinaten. Die Koordinatenrichtungen ergeben sich folglich zu einer ersten Koordinatenrichtung 101 (x-Koordinate), einer zweiten Koordinatenrichtung 102 (z-Koordinate) und einer dritten Koordinatenrichtung 103 (y-Koordinate). Die erste Lichtschranke 20 steht orthogonal zur ersten Koordinatenrichtung 101 und dient zur Messung der ersten Raumkoordinate (x). Die zweite Lichtschranke 22 steht orthogonal zur dritten Koordinatenrichtung 103 und dient zur Messung der dritten Raumkoordinate (y). Die erste 101 und dritte 103 Raumkoordinate werden ermittelt, indem das Werkzeug horizontal zu den Lichtstrahlen 21, 23 bewegt wird, bis es diese unterbricht.The space coordinates are Cartesian coordinates in the illustrated embodiment of the invention. The coordinate directions thus result in a first coordinate direction 101 (x-coordinate), a second coordinate direction 102 (z-coordinate) and a third coordinate direction 103 (Y-coordinate). The first photocell 20 is orthogonal to the first coordinate direction 101 and serves to measure the first space coordinate (x). The second photocell 22 is orthogonal to the third coordinate direction 103 and serves to measure the third spatial coordinate (y). The first 101 and third 103 Spatial coordinates are determined by placing the tool horizontally to the light rays 21 . 23 is moved until it interrupts them.

Die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 umfasst weiter eine Auslöseeinrichtung 3 welche relativ zur Lichtschranke 20 fixiert ist und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zumindest einen beweglich gelagerten Messkörper 30 mit einem Vorsprung 31 und eine Hülse 32 mit einer Öffnung 34 umfasst. Die Hülse 32 dient dabei der beweglichen, translatorischen Lagerung des Messkörpers 30.In the 1 shown device 1 further comprises a triggering device 3 which relative to the photocell 20 is fixed and according to an embodiment of the invention, at least one movably mounted measuring body 30 with a lead 31 and a sleeve 32 with an opening 34 includes. The sleeve 32 serves the movable, translational storage of the measuring body 30 ,

Der Vorsprung 31 des Messkörpers 30 ragt in der gezeigten Ausführungsform der Erfindung durch die Öffnung 34 der Hülse. In der in 1 gezeigten Ausgangslage des Messkörpers 30 ragt der Vorsprung 31 über den Lichtstrahl 21 ohne diesen zu unterbrechen. Das Werkzeug 10 steht in direktem Kontakt mit dem Messkörper 30, ist also an diesen Angefahren und überträgt noch keine Kraft auf den Messkörper. In 3 ist gezeigt, wie der Vorsprung 31 des Messköpers 30 über den Lichtstrahl 21 der Lichtschranke 20 herausragt, ohne diesen zu unterbrechen.The lead 31 of the measuring body 30 protrudes through the opening in the illustrated embodiment of the invention 34 the sleeve. In the in 1 shown starting position of the measuring body 30 the projection sticks out 31 over the light beam 21 without interrupting it. The tool 10 is in direct contact with the measuring body 30 , is therefore at this Anfahren and transfers no force on the measuring body. In 3 is shown as the lead 31 of the measuring body 30 over the light beam 21 the photocell 20 sticking out without interrupting it.

Zur Bestimmung der zweiten Koordinate (z-Achse) wird das Werkzeug in Richtung der zweiten Koordinatenrichtung 102 bewegt, bis die Spitze des Werkzeugs mit der Oberseite des Messkörpers 30 in Kontakt kommt, wie es in 1 gezeigt ist. Da die Oberseite des Messkörpers eine viel größere Fläche hat, als z. B. der Lichtstrahl 21, ist es problemlos möglich, auch mit sehr dünnen oder spitzen Werkzeugen den Messkörper zu treffen und zu betätigen. Das Werkzeug bewegt sodann den Messkörper aus seiner in 1 dargestellten Ausgangslage, bis der Vorsprung 31 des Messkörpers 30 den Lichtstrahl 21 der Lichtschranke 20 unterbricht, wodurch die Lichtschranke 20 ausgelöst (unterbrochen) wird. Da die geometrischen Abmessungen der Auslöseeinrichtung bzw. des Messkörpers vorgegeben sind, kann somit der tatsächliche TCP 100 aus dem Offset 37 (vgl. 2) des Messkörpers 30 berechnet werden. Der Offset 37 des Messkörpers 30 ist dabei der Abstand – in der zweiten Koordinatenrichtung 102 – der unteren Kante des Vorsprungs 31, welche den Lichtstrahl 21 unterbricht und dem Punkt, an dem das Werkzeug 10 den Messkörper 30 berührt.To determine the second coordinate (z-axis), the tool is in the direction of the second coordinate direction 102 Moves until the tip of the tool with the top of the measuring body 30 comes in contact as it is in 1 is shown. Since the top of the measuring body has a much larger area than z. B. the light beam 21 , it is easily possible, even with very thin or pointed tools to hit the measuring body and operate. The tool then moves the measuring body out of its in 1 shown starting position until the projection 31 of the measuring body 30 the light beam 21 the photocell 20 interrupts, causing the photocell 20 is triggered (interrupted). Since the geometric dimensions of the triggering device or the measuring body are predetermined, thus the actual TCP 100 from the offset 37 (see. 2 ) of the measuring body 30 be calculated. The offset 37 of the measuring body 30 is the distance - in the second coordinate direction 102 - the lower edge of the projection 31 which the light beam 21 interrupts and the point where the tool 10 the measuring body 30 touched.

2 zeigt die Auslöseeinrichtung 3 in einer geschnittenen Darstellung. Der Messkörper 30 ist in der Hülse 32 beweglich gelagert. Der Vorsprung 31 des Messkörpers 30 ragt durch die Öffnung 34 der Hülse 32 und sichert den Messkörper 30 radial. Durch das Rückstellelement 33 wird der Messkörper in seiner Ausgangslage gehalten. Das Rückstellelement 33 kann eine Feder und/oder einen Magneten umfassen oder in einer anderen geeigneten Weise den Messkörper 30 in der Ausgangslage halten und in die Ausgangslage rückstellen. 2 shows the triggering device 3 in a cut view. The measuring body 30 is in the sleeve 32 movably mounted. The lead 31 of the measuring body 30 protrudes through the opening 34 the sleeve 32 and secures the measuring body 30 radial. By the return element 33 the measuring body is held in its initial position. The reset element 33 may comprise a spring and / or a magnet or in another suitable manner the measuring body 30 hold in the starting position and reset to the starting position.

4 zeigt eine Auslöseeinrichtung 3' gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die Auslöseeinrichtung 3' umfasst zumindest einen Messkörper 30' mit einer Messöffnung 35', einen Pfosten 36' und ein Rückstellelement 33', welches in Form einer Feder ausgebildet ist. Der Messkörper 30' ist auf dem Pfosten 36' beweglich gelagert und der Pfosten weist eine Durchgangsöffnung auf. Die Auslöseeinrichtung 3' ist derart relativ zur Lichtschranke 20 positioniert, dass der Lichtstrahl 21 in die Messöffnung 35' eintritt und durch die Durchgangsöffnung im Pfosten 36' hindurch tritt, wenn der Messkörper in seiner Ausgangsposition bzw. Ausganglage ist. 4 shows a triggering device 3 ' according to a further embodiment of the invention. The triggering device 3 ' comprises at least one measuring body 30 ' with a measuring opening 35 ' , a post 36 ' and a return element 33 ' , which is formed in the form of a spring. The measuring body 30 ' is on the post 36 ' movably mounted and the post has a passage opening. The triggering device 3 ' is so relative to the light barrier 20 positioned that light beam 21 into the measuring opening 35 ' enters and through the passage opening in the post 36 ' passes through when the measuring body is in its initial position or initial position.

Wenn der Messkörper 30' in der zweiten Koordinatenrichtung 102 durch ein Werkzeug aus seiner Ausgangslage hinausbewegt wird (d. h. nach unten in 4), kommt es zur Wechselwirkung zwischen dem Lichtstrahl 21 und dem Messkörper 30', wenn nämlich die obere Kante der Messöffnung 35' den Lichtstrahl 21 unterbricht. Die Lichtschranke wird somit unterbrochen und ausgelöst und der TCP 100 kann aus dem Offset 37' des Messkörpers 30' berechnet werden. Der Offset 37' des Messkörpers 30' ist dabei der Abstand der Kante der Messöffnung 35', welche den Lichtstrahl 21 unterbricht (bzw. mit diesem wechselwirkt) und dem Punkt, in dem das Werkzeug 10 den Messkörper 30' berührt.When the measuring body 30 ' in the second coordinate direction 102 is moved out of its initial position by a tool (ie, down into 4 ), there is an interaction between the light beam 21 and the measuring body 30 ' that is, if the upper edge of the measuring opening 35 ' the light beam 21 interrupts. The photocell is thus interrupted and triggered and the TCP 100 can be off the offset 37 ' of the measuring body 30 ' be calculated. The offset 37 ' of the measuring body 30 ' is the distance of the edge of the measuring opening 35 ' which the light beam 21 interrupts (or interacts with) and the point in which the tool 10 the measuring body 30 ' touched.

Dem Fachmann ist klar, dass das erfindungsgemäße Prinzip mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Messkörpern verwirklicht werden kann. Beispielsweise kann ein Messkörper mit einem Vorsprung auf einem Pfosten beweglich gelagert sein oder ein Messkörper mit einer Messöffnung in einer Hülse. Der Messkörper kann auch an einem Schenkel der Lichtschranke beweglich gelagert sein und der Lichtstrahl direkt aus dem Messkörper austreten bzw. die Quelle des Lichtstrahls (z. B. eine LED) mit dem Messkörper mitbewegt werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Empfänger (Rezeptor) des Lichtstrahls der Lichtschranke am oder im Messkörper befestigt und wird mit diesem mitbewegt.It is clear to the person skilled in the art that the principle according to the invention can be implemented with a large number of different measuring bodies. For example, a measuring body can be movably mounted with a projection on a post or a measuring body with a measuring opening in a sleeve. The measuring body can also be movably mounted on one leg of the light barrier and the light beam can exit directly from the measuring body or the source of the light beam (eg an LED) can be moved with the measuring body. In a further embodiment, the receiver (receptor) of the light beam of the light barrier is attached to or in the measuring body and is moved along with it.

Generell bevorzugt ist der Messkörper so ausgebildet, dass er eine Messtoleranz von weniger als 1 mm hat, vorzugsweise weniger als 0.5 mm und am meisten bevorzugt weniger als 0.1 mm. Generally, the measuring body is preferably designed such that it has a measuring tolerance of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm and most preferably less than 0.1 mm.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtungcontraption
3, 3'3, 3 ': Auslöseeinrichtungtriggering device
1010: WerkzeugTool
2020: Erste LichtschrankeFirst photocell
2121: Lichtstrahl der ersten LichtschrankeLight beam of the first light barrier
2222: Zweite LichtschrankeSecond photocell
2323: Lichtstrahl der zweiten LichtschrankeLight beam of the second light barrier
30; 30'30; 30 ': Messkörpermeasuring body
3131: Vorsprunghead Start
3232: Hülseshell
33; 33'33; 33 ': RückstellelementReturn element
3434: Öffnungopening
35'35 ': Messöffnungmeasurement opening
36'36 ': Pfostenpost
37; 37'37; 37 ': Offsetoffset
100100: Tool-Center-Point (TCP)Tool Center Point (TCP)
101101: Erste KoordinatenrichtungFirst coordinate direction
102102: Zweite KoordinatenrichtungSecond coordinate direction
103103: Dritte KoordinatenrichtungThird coordinate direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19754857 A1 [0007]

Claims

Contraption ( 1 ) for determining at least two spatial coordinates of the Tool Center Point (TCP) ( 100 ) of moving tools ( 10 ) and / or workpieces, comprising at least one light barrier ( 20 ), characterized in that the device ( 1 ) a triggering device ( 3 ; 3 ' ), which relative to the light barrier ( 20 ) is fixed and in or on the a measuring body ( 30 ; 30 ' ) is movably mounted, which measuring body ( 30 ) is arranged spatially so that it is aligned with the light beam ( 21 ) of the light barrier ( 20 ), and wherein the measuring body ( 30 ; 30 ' ) through the tool ( 10 ) and / or workpiece is movable to the light barrier ( 20 ) to interrupt.

Apparatus according to claim 1, wherein the first coordinate direction ( 101 ) lies in a horizontal plane and the second coordinate direction ( 102 ) is perpendicular to the first coordinate direction.

Device according to claims 1 and 2, wherein the device comprises a second light barrier ( 22 ) which is used to measure a third coordinate direction ( 103 ) serves.

Device according to the preceding claim, wherein the third coordinate direction ( 103 ) lies in a horizontal plane and perpendicular to the first coordinate direction ( 101 ) lies.

Device according to one of the preceding claims, wherein the light barriers ( 20 . 22 ) Are forked light barriers, and preferably laser forked light barriers.

Device according to one of the preceding claims, wherein the measuring body ( 30 ; 30 ' ) by a return element ( 33 ; 33 ' ) in its initial position on or in the triggering device ( 3 ; 3 ' ), and the return element comprises a spring and / or a magnet.

Device according to one of the preceding claims, wherein the measuring body ( 30 ) a lead ( 31 ), which is formed so that it the light barrier ( 20 ) interrupts when the measuring body ( 30 ) through the tool ( 10 ) and / or workpiece, and wherein the device has a measurement tolerance of the second spatial coordinate of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, and most preferably less than 0.1 mm.

Device according to one of the preceding claims 1 to 6, wherein the measuring body ( 30 ' ) a measuring opening ( 35 ' ), and the triggering device ( 3 ' ) is positioned relative to the light barrier such that the light beam ( 21 ) into the measuring opening ( 35 ' ) occurs when the measuring body ( 30 ' ) in its initial position, and the light barrier ( 20 ) can be interrupted when the measuring body ( 30 ' ) and wherein the device has a measurement tolerance of the second spatial coordinate of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, and most preferably less than 0.1 mm.

Device according to one of the preceding claims, wherein the measuring body ( 30 ; 30 ' ) in a sleeve ( 32 ) or on a post ( 36 ' ) is movably mounted.

Device according to one of the preceding claims 1-8 wherein the measuring body ( 30 ; 30 ' ) on one leg of the light barrier ( 20 ) is movably mounted.