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LEHRVERFAHREN FÜR EINEN ANSTRICHROBOTER UND VORRICHTUNG
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ZUR AUSÜBUNG DES VERFAHRENS.
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Die Vorrichtung bezieht sich auf ein Verfahren, durch das ein Roboter
gelehrt werden kann, eine vorbestimmte kontinuierliche Bahn zu durchlaufen, sowie
auf eine Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens.
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In der Verbrauchsgüterindustrie kommt dem Aussehen der Gegenstände
eine erhebliche Bedeutung zu. Im Hinblick darauf ist das Aussehen des Farbanstrichs,
den die meisten dieser Gegenstände tragen, sehr wichtig. Häufig hat dieser Farbanstrich
überdies nicht nur schmückende Funktion, sondern dient ausserdem dem Schutz des
bemalten Gegenstands, insbesondere als Korrosionsschutz. Aus diesem Grund darf die
Anstrichdicke des Gegenstands auf keinen Fall unterhalb eines vorgegebenen Wertes,
z.B. unterhalb von 0,04 mm, liegen. Andererseits führt eine deutlich grössere Stärke
des Farbauftrags zu wFarbtränen", die dem angestrebten Aussehen des bemalten Gegenstands
äusserst abträglich sind. Bis heute werden aus wieter unten erörterten Gründen die
meisten Farbanstriche gewissen Umfangs von Hand ausgeführt. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, die Herstellung eines Endanstrichs statt von einem Arbeiter
von Hand, von einer automatisch arbeitenden Maschine, einem sogenannten Roboter,
vornehmen zu lassen, dem die dazu erforderlichen Arbeitsschritte beizubringen sind.
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Es gibt verhältnismässig zahlreiche Verfahren für das Herstellen eines
Endanstrichs auf einem Gegenstand, vor allem, wenn dieser Gegenstand große Ausdehnung
hat, wie etwa eine Autokarosserie.
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Das erste und älteste der verhältnismässig modernden Verfahren
ist
der von einem Arbeiter mit der Farbspritzpistole vorgenommene Farbanstrich. Der
Arbeiter hält die Spritzpistole in der Hand und versieht die Karosserie mit einem
möglichst gleichmässigen Farbauftrag, wobei er durch ständige Sichtkontrolle das
Entstehen von Farbtränen ebenso zu verhindern sucht wie das Auftreten farbleerer
Stellen.
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Das Verfahren läßt sich ein wenig verbessern, wenn man den Farbpartikeln
eine elektrostatische Ladung gegenüber dem mit Anstrich zu versehenden Gegenstand
erteilt. Die Anstrichstärke läßt sich auf diese Weise erheblich vergleichmässigen,
aber trotzdem bleibt eine Bedienungsperson unentbehrlich. Der Anstrich im Tauchverfahren
eignet sich kaum für die Herstellung von Endanstrichen, weil sich Farbtränen praktisch
nicht vermeiden lassen. Die als Elektrophoresetauchverfahren bekannte Anstrichweise
wird für Endanstriche nicht eingesetzt, denn die vor dem Endanstrich aufgebrachten
Grundanstrichschichten bilden für den mit Anstrich zu versehenden Gegenstand eine
elektrisch isolierende Schicht, so daß die Ablagerung des Endanstriches verhindert
wird.
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Es sind auch Anstrichmaschinen bekannt. Eine solche Maschine besteht
aus einem eine Farbspritzpistole tragenden Schlitten. Der Schlitten wird von einer
nockenförmigen Schiene so geführt, daß die Spritzpistole der Oberfläche einer Karosserie
zu folgen vermag, wenn der Schlitten von einem hydraulischen oder elektromechanischen
System in Bewegung gesetzt wird. Derartige Anstrichmaschinen werden auch heute noch
benutzt, sie sind aber nur für einfache Aussenformen zu verwenden. Sie können keine
Verbindungen zwischen einzelnen Aussenformen herstellen und noch weniger
Anstriche
auf stark wechselnden Oberflächen oder auf Karosserieinnenflächen.
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Schließlich werden seit einiger Zeit auch Roboter eingesetzt.An diesen
Robotern ist eine Farbspritzpistole angebracht, die die Roboter so, wiees eine Bedienungsperson
tut, in jede erforderliche Stellung bringen können.
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Bislang hat man derartige Roboter wegen des für einen Roboter erforderlichen
Lernvorgangs niemals für den Endanstrich von verwickelten Formen verwenden können,
wie sie eine Autokarosserie darstellt.
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Für einen solchen Lernvorgang werden sie von einer Bedienungsperson
mit Hilfe von Handgriffen geführt, und die Bewegungsbahn des Roboters wird aufgezeichnet.
Die Masse der Roboter und die nicht zu vermeidenden Reibungswirkungen hindern die
Bedienungsperson daran, mit der gleichen Leichtigkeit und Schnelligkeit zu arbeiten,
als wenn sie eine einfache Spritzpistole in der Hand hielte. Ausserdem kann die
Bedienungsperson natürlich den Roboter nicht in das Innere des Fahrzeugs "begleiten".
Insgesamt ist die Anwendung derartiger Roboter auf verhältnismässig einfache Anstrichaufgaben
beschränkt, beispielsweise Teile, die unsichtbar bleiben und bei denen mangelhaftes
Aussehen ohne Bedeutung ist, oder auf den Anstrich verhältnismässig einfach geformter
Gegenstände - konvex geformte Teile zum Beispiel - oder Teile, deren Hohlflächen
verhältnismässig sehr weit geöffnet sind. Die Wiederholung der von der Bedienungsperson
ausgeführten Bewegungen bietet keine Schwierigkeiten, und das Problem, das für die
Anwendung eines Roboters zur Ausführung eines Endanstrichs zu lösen ist, besteht
einfach darin, ihm das Durchlaufen einer richtigen Bahn in richtiger Geschwindigkeit
"beizubringen".
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Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, nach dem eine
Bedienungsperson eine richtige Bewegungsbahn, der der Roboter folgen soll, anzugeben
vermag, ohne daß diese Bedienungsperson in ihren Bewegungen durch den Roboter behindert
wird, denn dieser wird während des Lernzeitraums nicht benutzt.
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Das erfindungsgemäße Lernverfahren für den Anstrichroboter, einer
kontinuierlichen, vorgegebenen Bahn zu folgen, ist dadurch gekennzeichnet, daß die
von dem Roboter auszuführende Operation in einem ersten Schritt von einer Bedienungsperson
ausgeführt wird, die eine übliche Farbspritzpistole handhabt, auf der ein Inertialsystem
befestigt ist, das elektrische Signale aussendet, die in eindeutiger Beziehung zu
den von der Bedienungsperson vorgenommenen Bewegungen stehen, und daß die genannten
elektrischen Signale nach ihrer Verstärkung und Verarbeitung auf ein Aufzeichnungsgerät
gegeben werden, von dem aus sie schließlich in das Steuerorgan des Roboters überführt
werden.
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Um einen Anstrichroboter zu programmieren, braucht man nur in jedem
Zeitpunkt die räumliche Position einer von einer Bedienungsperson gehaltenen üblichen
Farbspritzpistole zu kennen. Wenn ausserdem in jedem Zeitpunkt die Geschwindigkeit
und die Beschleunigung der Pistole bekannt sind, ist es einfach, diese Größen aufzuzeichnen
und sie später von einem Roboter wiedergeben zu lassen, nachdem diese Daten unter
Umständen in einem unabhängigen Rechner verarbeitet worden sind. Die Erfindung besteht
darin, die Aufzeichnung der Daten von Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung
einer von einer Bedienungsperson gehaltenen Farbspritzpistole aufzuzeichnen.
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Es ist bekannt, daß die räumliche Lage eines Körpers definiert ist,
wenn man die Lage eines zu dem beweglichen Körper gehörenden Bezugs systems gegenüber
einem festen Bezugssystems kennt. Beispielsweise brauchen in einem kartesischen
Raum nur die drei Koordinaten des Anfangspunkts des beweglichen Bezugssystems x,
y, z gegenüber den Achsen OX, OY und OZ des festen Bezugssystems sowie die Winkel
bekannt zu sein, die die Koordinatenachsen O'X' bzw.
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O'Y' bzw. O'Z' des gleichen beweglichen Bezugssystems mit den Achsen
OX bzw. OY bzw. OZ des festen Bezugssystems einschließen (Fig. 1). Man sieht, daß
in jedem Zeitpunkt sechs Größen bekannt sein müssen. Um ein solches Verfahren durchzuführen,
muß man die Befestigung der Farbspritzpistole an einem gelenkigen Aufbau vorsehen,
der viel leichter als der Roboter selbst ist und der so ausgeführt ist, daß er eine
Art äusseres Skelett für die Bedienungsperson darstellt. Das Ausmaß der Drehungen
an jeden Gelenk dieses "Aussenskeletts" liefert nach der Verarbeitung der Daten
die gesuchten Größen.
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Danach muß noch die Position der Bedienungsperson selbst markiert
werden. Man sieht, daß ein derartiges System, obwohl es nicht unmöglich wäre es
zu bauen, ein ausserodentliches Hindernis für die Bedienungsperson darstellen würde
und sehr teuer wäre, weil es zwangsläufig zahlreiche Freiheitsgrade besitzen müßte.
Ausserdem ist es unumgänglich nötig, die Lage der Farbspritzpistole selbst zu kennen,
ohne ihr eine materielle Verbindung mit dem feststehenden Bezugssystem zu verleihen.
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Aus diesem Grunde besteht das Verfahren nach der Erfindung darin,
mit der Farbspritzpistole, die von einer Bedienungsperson dazu benutzt wird, ein
einziges Mal einen
Anstrich des mit einem Anstrich zu versehenden
Gegenstands vorzunehmen, ein Inertialsystem fest zu verbinden, dessen Signale vorzugsweise
auf einem Magnetträger aufgezeichnet werden. Anschliessend werden die aufgezeichneten
Signale auf einem Rechner verarbeitet und in Beschleunigung, Geschwindigkeit und
Position jeder Achse eines Roboters in der Weise umgesetzt, daß die von dem Roboter
getragene Farbspritzpistole jeweils gegenüber den mit einem Anstrich zu versehenden
Gegenständen genau die gleichen Bewegungen ausführt wie die Bedienungsperson. Jedoch
können die Bewegungen des Roboters ein wenig so modifiziert werden, daß einer etwaigen
Verschiebung des anzustreichenden Gegenstandes gegenüber dem als Lehre dienenden
Gegenstand Rechnung getragen wird.
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Die Erfindung umfaßt ausserdem eine Vorrichtung für die einem Anstrichroboter
vermittelte Lehre, einer kontinuierlichen Bahn zu folgen, als Anwendung des hierüber
angegebenen Verfahrens, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine
übliche Farbspritzpistole enthält, mit der ein Inertialsystem fest verbunden ist,
das kontinuierlich Signale auszusenden vermag, die auf einem Magnetband oder einem
Lochstreifen fortlaufend aufgezeichnet werden; ferner einen Rechner für die Verarbeitung
dieses Bandes, damit von diesem Band aus den aufgezeichneten Signalen die Sollwerte
der Geschwindigkeit und der Position relativ zu jeder Achse des Roboters abgeleitet
werden, und daß der genannte Anstrichroboter eine Steuerzentrale aufweist, n der
die Sollwerte der Geschwindigkeit und der Position relativ zu jeder der Achsen des
Roboters gespeichert sind.
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Weitere Besonderheiten ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung
einer als Ausführungsbeispiel anzusehenden
Ausführungsform der
Erfindung. Dabei wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, die folgendes darstellen:
Fig. 1 eine räumliche Darstellung der gegenseitigen Lage der beiden Bezugssysteme;
Fig. 2 eine erfindungsgemäß ausgerüstete Farbspritzpistole; Fig. 3 eine Ausführungsform
des Inertialsystems mit der Farbspritzpistole nach Fig. 2; Fig. 4 eine schematische
Darstellung über die Einzelheiten der die Spritzpistole nach Fig. 2 verlassenden
elektrischen Leitungen; Fig. 5 ein Schema der Ausbildung einer erfindungsgemässen
Farbspritzpistole mit der Möglichkeit, dieser gegenüber dem festliegenden Bezugssystem
eine genau definierte Ausgangsposition zu geben; Fig. 6 eine schematische Darstellung
des Systems zur Verarbeitung der von der Spritzpistole und ihrem Inertialsystem
ausgehenden Signale.
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Anschlie'ssendwird eine Ausführungsform des der Farbspritzpistole
zugeordneten Inertialsystems und der Arbeitsrichtung für die Verarbeitung der Information,
die sich aus der Anwendung der Farbspritzpistole ergibt, beschrieben, aber natürlich
sind dem Fachmann auf diesem Gebiet weitere Ausführungsadglichkeitenbekannt, die
von der Erfindung ebenfalls erfaßt werden.
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Fig. 1 zeigt zwei Bezugssysteme: OX, OY, OZ, ein festliegendes System,
und O'X', O'Y', O'Z', ein mit der Farbspritzpistole bewegtes aber ihr gegenüber
festliegendes System. Das Ende 2 des Vektors 1 in dem Bezugssystem O'X'Y'Z' stellt
die Düse der Farbspritzpistole dar. Man sieht sofort, daß drei Achsen erforderlich
sind, um den Punkt 2 in einen beliebigen Punkt in den Raum OXYZ zu über führen:
zwei Drehungen sind erforderlich, um den Vektor 1 gegenüber dem Punkt 2 auszurichten,
anschliessend ist eine Drehung des Vektors um sich selbst erforderlich, denn die
Farbspritzpistolen, die für den Endanstrich benutzt werden, massen während des größten
Teils ihrer Arbeitszeit mit Flachstrahl spritzen, und dieserStrahl muß hinsichtlich
der Verschiebungsrichtung der Spritzpistole ausgerichtet werden. Das zeigt, daß
ein universeller Anstrichroboter mindestens sechs Achsen oder Freiheitsgrade aufweisen
muß.
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Fig. 2 zeigt eine übliche Farbspritzpistole mit einem Organ 3, dessen
besondere Ausführungsweise weiter unten beschrieben werden wird. Dieses Organ 3
enthält die Einrichtungen für die Regelung der Spritzpistole 4 hinsichtlich Geschwindigkeit
und Position oder umgekehrt zum Entnehmen der Komponenten.
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In Fig. 3 ist das bewegliche Bezugssystem O'X'Y'Z' dargestellt. Es
wird angenommen, daß an jeder der Achsen dieses Bezugssystems ein dreiachsiger Beschleunigungsmesser
angebracht ist, d.h., ein Gerät, das in der Lage ist, die Beschleunigungen nach
einem dreiachsigen rechtwinkligen Koordinatensystem zu messen. Ausserdem werden
die Achsen jedes Beschleunigungsmessers so ausgerichtet, daß sie jeweils parallel
sind zu denen von O'X'Y'Z'. Schließlich
sind die Beschleunigungsmesser
vorzugsweise im gleichen Abstand a vom Anfangspunkt 0' des Achsensystems O'x'Y'Z'
angebracht.
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Die Beschleunigungsmesser werden 5, 6, 7 benannt, und ihre zugeordneten
Bezugs-Achsensysteme sind 05X5Y5 O6X6Y6Z6 und 07X7Y7Z7. Mit X5, X6, X7, Y5 Y6 Y7,
Z5, Z6, Z7 werden die jeweiligen Signale bezeichnet, die von den Kanälen jedes Beschleunigungsmessers
in den Richtunqen O'X', O'Y' und O'Z' ausgegeben werden.
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Folgende Bezeichnungen gelten: X, Y, Z die Beschleunigungen des Punktes
O' in den Richtungen O'X' O'Y' und O'Z' des beweglichen Bezugssystems, OX, OY, OZ
die Winkelbeschelunigunqen um die Achsen O'X', O'Y' und O'Z', OX, OY, OZ die Wlnkelgeschwindigkeiten
um die Achsen O'X' O'Y' und O'Z'.
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Wir nehmen an, daß der Körper, der das bewegliche Bezugssystem trägt,
sich im Raume hewegt. Wir wissen, daß seine Bewegung in jedem Zeitpunkt gleichbedeutend
ist mit einer Drehung um eine durch 0' gehende Gerade und eine Translationsbewegung
von 0'. Nun kann man diese Drehung zerlegen in eine Drehung um O'X', eine weitere
um O'Y' und eine dritte um O'Z'. Wir wollen z.B. untersuchen, woraus sich das auf
dem Kanal X5 von dem Beschleunigungsmesser 5 ausgehende Signal zusammensetzt.
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Es ist:
ftir den Beschleunigungsmesser 6 ergibt sich:
FÜr den Beschleunigungsmesser 7 gilt:
worin k eine dem Beschleunigungsmesser eigentümliche Konstante ist, die zur Vereinfachung
als gleich für alle drei Achsen angesetzt werden kann.
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In den neun Gleichungen gibt es neun Unbekannte: X, Y, Z, OY, OZ,
OX, OK, OY, OZ.
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Durch Rechnung läßt sich somit der Wert dieser Unbekannten fÜr alle
Gruppen von Werten der von den Beschleunigungsmesser gelieferten Signale ermitteln.
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Aus den obigen Gleichungen ergibt sich, daß Redundanz auftritt, denn
OX, OY und OZ lassen sich nicht nur durch Lösung der Gleichungen selbst ermitteln,
sondern auch durch Bildung des jeweiligen Integrals über die Zeit von OX, OY und
OZ. Man könnte demnach die Gleichungen X5, Y6 und Z7 weglassen, so daß sechs Gleichungen
mit sechs Unbekannten übrigblieben. Man braucht also nur drei Beschleunigungsmesser
mit zwei lXanälen oder sechs Beschleunigungsmesser
mit einem Kanal.
Eine weitere Mcglichkeit bestünde darin, einen einzigen Dreiachsen-Beschleunigungsmesser
zu verwenden, der beispielsweise in 0' angeordnet würde, und ein oder mehrere Gyroskope
oder pyrometer, die die Drehungswinkel angäben. Man kann beispielsweise drei Einachsen-Beschleunigungsmesser
und drei pyrometer mit nur einer Achse oder auch ein Gyroskop mit zwei Achsen un".
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eines mit einer Achse usw. ... verwenden. Alle derartigen Kombinationen
sind zunächst einmal denkbar un0 fallen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung.
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Nun sird aber die Impedanzen der Beschleunigungsmesser im allgemeinen
sehr hoch und die Signalausgangsspannung ist niedrig, weswegen sie vor jeder Weiterverarbeitung
unbedingt verstärkt werden muß. Um die Masse der auf die Spritzpistole montierten
Einrichtung so klein wie möglich zu halten, werden nur die Beschleunigungsmesser
5, C, 7 und ihre Kanalverstärker 51, 52, 53, 61, 62, 63, 71, 72, 73 aufgesetzt,
wie in Fig. 4 gezeichnet. Damit der Roboter vollständig programmiert werden kann,
muß an der Spritzpistole ausserdem eine Einrichtung zur Steuerung .'es Ventils 8
zur Strahlverhreiterung, zur Nadeleinstellung q.
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und zur Betätigung des Abzugs 10 vorgesehen sein. Diese Bezugszeichen
finden sich in den Fig. 2, 4 und 5. Die Steuerungen finden sic'; in den Fig. 2,
4 und 5. Die Steuerungen können ausserordentlich einfach seils. In allen drei Fällen
kann man mit Ja/Nein-Vorrichtungen nach Art von Unter brechern arbeiten, deren Speiseleitungen
in den Kabelstrang 11 (Fig, 4) mit aufgenommen sind. Das Kabel 11, das die Spritzpistole
4 mit dem Verarbeitungsgerät verbindet, über das weiter unten gesprochen wird, behindert
den Bedienungsmann nicht. Es ist viel biegsamer und hat einen viel geringeren Querschnitt
als die Leitungen für
die Zuführung von Druckluft und Farbe. Es
kann mit ihnen zu einem Bündel zusammengefaßt werden. Damit die Farbspritzpistole
den Roboter programmieren kann, muß die Anfangslage der Spritzpistole, in dem Augenblick,
in dem der Bedienungsmann sie ergreift, genau gegenüber dem feststehenden Bezugssystem
OXYZ definiert sein. Um das zu erreichen, genügt es, die Pistole mit einem System
von Spindeln genau auszurichten.
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Nach der Darstellung in Fig. 5 weist die Spritzpistole eine hohlzylindrische
Führung 21 auf, in die ein Stift 12 eindringen kann, der gegenüber dem festen Bezugssystem
oxyZ festliegt. Eine zweite Führung 13 und ein zweiter Stift 14, der parallel zu
21 und 12 verläuft, definieren also vollständig die Ausgangsstellung der Spritzpistole
in dem Raum, sofern sie nur irgend an einem Anschlag 15 anliegt, der ebenfalls fest
in dem Raum OXYZ liegt. Wenn die Spritzpistole so ausgerüstet ist, braucht der Bedienungsmann
sie nur noch zu ergreifen, seinen Anstrich auszuführen und am Schluß der Arbeit
die Spritzpistole über die feststehenden Führungen zu schieben.
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Nach der Darstellung in Fig. 6 werden die von der Spritzpistole 3,
4 über das Kabel 11 während des Anstreichvorgangs ausgehenden Signale aufgezeichnet,
vorzugsweise auf einem Magnetbandschreiber 16, ebenso die Positionsmarkiersignale
des Steuerabzugs 10, die Signale für die Einstellung der Nadel 9 und des Ventils
8 zur Strahlverbreiterung. Diese Aufzeichnung ist die einzige, die an Ort und Stelle
vorgenommen wird.
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Das Aufzeichnungsband wird anschliessend unabhängig (offline) auf
einer Rechenmaschine verarbeitet. Im Prinzip empfiehlt es sich, die Signale X5 ....
Z7 mit Hilfe ebenso
vieler Analog/Digital-Umsetzer 17 in Ziffern
umzusetzen, bevor sie in den Rechner 18 geleitet werden, der die Beschleunigungen,
Geschwindigkeiten und Standort für jeden Zeitpunkt errechnet. Anschliessend setzt
der Rechner diese Standorte, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in Sollwerte
der Geschwindigkeit und der Position für jede Achse des Roboters um. Diese Sollwerte
werden ebenfalls aufgezeichnet, damit sie anschliessend auf den Roboter übertragen
werden können, der die Anstrichvorgänge ausführt.
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Eine andere, ohne weiteres annehmbare Lösung besteht darin, die Rechenoperationen
für alle die Größen, die für die Bestimmung der Bahnlinie der Spritzpistole erforderlich
sind, unmittelbar in Echtzeit aus den Zeichen vorzunehmen, die von den Beschleunigungsmessern
und/oder den Gyroskopen ausgesendet werden. Dieser Rechner kann als Analog- oder
als Digitalrechner ausgebildet sein. Wie dem auch sei, da die weitere, auf die Programmierung
des Roboters gerichtete Verarbeitung nicht vorgenommen werden kann, müssen die erforderlichen
Größen entweder auf einem analog registrierenden oder einem digital registrierenden
Gerät aufgezeichnet werden.
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Es ist bekannt, daß die Verarbeitung dieser Sollwerte zu Fehlern führt,
die auf Mängel an den Meßfühlern und insbesondere auf ihr Grundrauschen zurückzuführen
sind. Diese Fehler werden dadurch verstärkt, daß es für die Ausarbeitung der Positionssollwerte
erforderlich ist, die Beschleunigungen zweimal zu integrieren. Diese zweifache Integration
hat zur Folge, daß der Positionsfehler mit der Zeit anwächst. Diese Positionsfehler
können unter bestimmten Umständen zugelassen werden, denn ein Anstrichvorgang dauert
selten länger als 30 sec bis zu einer Minute. Die
Abweichungen,
die sich unvermeidlich einstellen, sind daher erträglich, und das umso mehr, als
die Position der Spritzpistole nicht genauer als auf etwa einen Zentimeter oder
etwas mehr bekannt zu sein braucht, unter der Bedingung, daß das Inertialsystem,
das die Spritzpistole trägt, von äusserster Genauigkeit ist.
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Die drei Beschleunigungsmesser, die für die Herrichtung des auf der
Spritzpistole 4 angebrachten Organs 3 benutzt wurden, können insbesondere als Quarz-Beschleunigungsmesser
ausgeführt sein. Sie haben zu vernachlässigende Abmessungen und Gewichte (15 mm
Höhe bei 10 bis 15 mm Durchmesser und einer Masse von einigen Gramm). Sie arbeiten
linear in einem Bereich, der zwischen einigen tausendstel g (g = Erdbeschleunigung)
bis zu mehreren tausend g liegt. Sie haben einen Durchlaßbereich von mehreren tausend
Hertz. Sie können als folgegesteuerte Geräte ausgebildet sein, jedoch haben diese
nicht immer nur eine einzige Achse. Die Verstärker müssen sehr geringe Abmessungen
haben. Manche Verstärker sind in die Beschleunigungsmesser integriert. Natürlich
können auch andere Arten von Aufnehmern verwendet werden, insbesondere auch Gyrometer.
Diese liefern vom Prinzip her eine höhere Genauigkeit als die Beschleunigungsmesser,
brauchen aber mehr Platz, sie sind bruchgefährdeter und können teurer sein. Es läßt
sich zeigen, daß es manchmal vorteilhaft ist, Geräte zur Verfügung zu haben, die
mit einem Bezugssystem arbeiten, das keine rechtwinkeligen Achsen besitzt. Nur die
weitere Bearbeitung ist eine andere. Das Lernprogramm für den erfindungsgemässen
Anstrichroboter hängt nicht von dem Aufbau und den Abmessungen des genannten Roboters
ab.
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Die Umsetzung der von der Farbspritzpistole ausgehenden und dann aufgezeichneten
Signale in Größen, die sich auf
die verschiedenen Achsen des Roboters
beziehen, erfolgt mit Hilfe eines Monitorprogramms, das in den Speicher einer Datenverarbeitungsanlage
aufgenommen wurde, ebenso wie die Hindernisse, die der Roboter vermeiden soll, ohne
daß dadurch die Bewegungen der von der Bedienungsperson gehaltenen Spritzpistole
im geringsten beeinflußt werden. Wenn eine Morphologie des Roboters nicht die gleichen
Bewegungen auszuführen vermag wie die Bedienungsperson, kann das eine andere Morphologie
vollbringen, die in Bewegungen der Achsen des neuen Roboters durch ein zweites Monitorprogramm
übertragen wird, das von der Bedienungsperson aufgerufen und in den Speicher des
Roboters überführt wird.
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Um die Ungenauigkeiten bei den Ergebnissen herabzusetzen und zu verhindern,
daß zu einem mit höheren Kosten verbundenen Inertialsystem übergegangen werden muß,
schlägt die Erfindung eine Variante des bisher vorgeführten Verfahrens vor, die
darin besteht, daß die von der Bedienungsperson ausgeführte Operation in Abschnitte
von kurzer Dauer, beispielsweise fünf Sekunden, unterteilt wird, ohne daß die Bedienungsperson
dabei gezwungen wird, ihre Arbeit zu unterbrechen. Bei jedem Schnitt in der Arbeitsfolge
wird die Position der Spritzpistole in bezug auf das festliegende Koordinatensystem
gemessen. Man kann dann leicht mittels einer weiteren Verarbeitung im Rechenwerk
die aus der Aufzeichnung der Signale des Inertialsystems abgeleitete Bahnlinie richtigstellen.
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Die von der Bedienungsperson gehaltene Spritzpistole kann während
der Dauer von Zeitabschnitten, die kürzer ist als die Dauer zwischen zwei Glättungen
bei einem System mit zusätzlicher Glättung "unsichtbar" sein. Während dieser "Unsichtbarkeit"
ist die Position der Spritzpistole jedoch
aus dem Inertialsystem
selbst bekannt. Ausserdem ist bekannt, daß die Systeme, die das Messen der Winkel
erlauben, die die Haltung der Pistole kennzeichnen, von sich aus genügend genau
sind, d.h., daß die Winkelstellung der Spritzpistole nicht geglättet zu werden braucht;
die Glättungsvorrichtung der Spritzpistole besitzt daher im allgemeinen nur eine
Einrichtung, die die Messung der "Position" der Spritzpistole erlaubt, also in dem
oben genannten kartesischen Koordinatensystem die Koordinaten X, Y und Z. Die sehr
hohe Genauigkeit von Winkelmeßgeräten ist nämlich nur erforderlich, weil ihre Signale
zur Berechnung der Koordinaten X, Y und Z dienen.
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Man kann mit verschiedenen Glättungssystemen arbeiten; sie fallen
alle in den Rahmen der Erfindung. Nachstehend soll ein derartiges System im einzelnen
beschrieben werden.
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Bekannt sind sogenannte "photogrammetrische" Systeme, die darin bestehen,
daß von verschiedenen Punkten aus zwei zusammengehörige stereoskopische Aufnahmen
eines Gegenstands gemacht werden, dessen Form man genau bestimmen und/oder dessen
Abmessungen oder Position man ermitteln will.
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Nach dieser Variante des im Rahmen der Erfindung beschriebenen Verfahrens
wird die Photogrammetrie lediglich als Glättungssystem für das Inertialsystem benutzt.
Wenn beispielsweise ein Anstrichvorgang 30 sec. in Anspruch nimmt, sieht man, daß
fünf Glättungspunkte ausreichen. Die Aufnahmen lassen sich daher leicht leseri.
Da ausserdem die Gyroskope oder die Gyrometer die "Haltung" der Spritzpistole ziemlich
gut wiedergeben, reicht es aus, daß optische Reflektoren oder Visierkreuze, die
auf der Spritzpistole
angebracht sind, ihre Lage im Raum definieren;
deren Verwirklichung ist besonders einfach. Wenn ausserdem die Spritzpistole für
das Aufnahmegerät eine längere Zeit unsichtbar bleiben muß als der Zeitspanne zwischen
zwei erforderlichen Glättungen entspricht, kann man mit einer zweiten Aufnahmeapparatur
arbeiten, und deren Position braucht nicht einmal mit besonders großer Genauigkeit
bekannt zu sein, denn die Position des ersten Punktes, den sie glättet, ist bekannt
wegen der vorhergehenden Glättung, die mit der ersten photogrammetrischen Einrichtung
und dem Inertialsystem vorgenommen wurde: die folgenden Punkte, die sie glätten
soll, haben eine gegenüber einem bekannten Anfangspunkt bekannte Lage.
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Mit dieser Variante gegenüber dem eingangs beschriebenen Verfahren
soll die vorliegende Erfindung auch eine Apparatur schützen, die zur Ausübung des
Verfahrens geeignet ist, eine Apparatur der eingangs beschriebenen Art, vervollständigt
durch die nachstehend genannten Organe: 1) Die Farbspritzpistole trägt ausser der
Inertialvorrichtung Organe, die periodisch ihre Position mit einer zusätzlichen,
unabhängigen Hilfsvorrichtung zu messen erlauben, wobei die Haltung der Spritzpistole
immer von dem genannten Inertialsystem gemessen wird; 2) Die diese Messung ausführenden
Orqane sind Visierkreuze, die es erlauben, die Position der Spritzpistole mit Hilfe
einer photogrammetrischen Einrichtung zu messen, wobei so viele Visierkreuze in
einer solchen Anordnung vorgesehen sind, daß sie von mindestens einer Glättungsvorrichtung
im geeigneten Zeitpunkt gesehen werden können.
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