DE3419025A1

DE3419025A1 - Verfahren zum steuern eines industrieroboters

Info

Publication number: DE3419025A1
Application number: DE19843419025
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 7031 Jettingen Morlok; Wolfgang Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Schmalz; Karl-Heinz Ing.(grad.) 7030 Böblingen Stahl
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1984-05-22
Filing date: 1984-05-22
Publication date: 1985-10-24

Description

Verfahren zum Steuern eines Industrieroboters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern eines Industrieroboters nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie es beispielsweise aus der DE-OS 32 10 066 als bekannt hervorgeht.
Bei dem bekannten Steuerverfahren können nur Polygone oder durch Polygone angenäherte Linien nachgefahren werden, wobei für jeden geradlinigen Teilabschnitt der polygonartigen Linie jeweils 2 Meßpunkte zuvor ermittelt werden müssen, die geradlinig verbunden werden. Aus mehreren derartigen geraden Linienzügen wird die polygonartige Linie zusammengesetzt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß eine sehr große Anzahl von Meßpunkten vorgenommen werden muß, so daß das vorgeschaltete Meßprogramm sehr zeitaufwendig ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein weniger aufwendiges Meßprogramm vorzuschlagen, welches nicht nur genausogut ist, sondern auch auf gekrümmte Linien anwendbar ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß nach den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 verfahren. Dank der Abspeicherung, der Form und der Lage der am Werk- stück verkörperten Linie in Form einer Phantomlinie in der Robotersteuerung braucht lediglich noch die Lageabweichung der werkstückindividuell verkörperten Linie gegenüber dieser Phantomlinie zu ermittelt werden, wofür wenige Meßpunkte ausreichen. Aufgrund der ermittelten Lageabweichung brauchen die Bahndaten lediglich noch verschoben zu werden, so daß aufgrund dessen eine neue Steuerlinie errechnet werden kann. Diese Rechenoperationen gehen relativ. schnell vonstatten und es brauchen im Höchstfalle nur drei Meßpunkte hinsichtlich ihrer Raumkoordinaten ermittelt zu werden. Auch dieses Meßprogramm ist daher relativ kurzfristig durchführbar.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen: Figur 1 einen Industrieroboter zum Lichtboge«,schweißen mit einem am Arbeitsglied angebrachten Meßkopf und Figur 2 eine Einzeldarstellung des Arbeitsgliedes mit Meßkopf während der Durchführung des Meßprogrammes.
Der in Figur 1 gezeigte Industrieroboter 1 hat einen allseits beweglichen Arbeitsarm, 2, an dessen äußerem Ende ein Arbeitsglied 3 angeordnet ist, welches beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen Schweißkopf zur Durchführung einer Lichtbogenschweißung unter Schutzgas darstellt, Quer zu dem Arbeitsglied 3 ist ein Meßkopf 6 angeordnet, dessen Taststift 13 innerhalb eines begrenzten Meßvolumens t messend beweglich ist. Durch entsprechende seitliche Verschwenkung des Arbeitsgliedes 3 kann der Meßkopf mit -dem Taststift in Meßbereitschaft geschwenkt werden.
Das zu bearbeitende, besonders einfach dargestellte Werkstück 4 besteht aus zwei zu verschweißenden, sich überlappenden Blechen 7 und 8, wobei die eine Kante des zweiten Bleches 8 eine Linie 5 am Werkstück verkörpert, entlang der eine Lichtbogenschweißnaht angebracht werden soll. Dem Werkstück ist auch ein Koordinatensystem zugeordnet, dessen Achsen so gewählt sind, daß die x/y-Ebene mit der Ebene der beiden Bleche 7 und 8 zusammenfällt, und die z-Achse senkrecht dazu steht; im übrigen ist die y-Achse etwa angenähert mit der Hauptrichtung der Linie 5 parallel.
Die am Werkstück 4 verkörperte Linie 5 kann bei allen nacheinander zu bearbeitenden Werkstücken ihrer Form nach etwa gleich angenommen werden; d. h. die Formabweichungen der an den einzelnen Werkstücken verkörperten Linien 5 untereinander sind vernachlässigbar klein.
Anders ist es mit der Relativlage an den einzelnen nacheinander zu bearbeitenden Werkstücken in bezug zum Industrieroboter. Die einzelnen an den Werkstücken verkörperten Linien 5 streuen ihrer Lage nach um eine gewisse statistische Mittellage herum, wobei die Lageabweichungen nicht vernachlässigbar sind. Beispielsweise lassen Lichtbogenschweißungen an Dünnblechen nur relativ kleine Lagetoleranzen des Schweißkopfes gegenüber der Schweißfuge Zu., um eine einwandfreie Schweißnahtqualität gewährleisten zu können. Ein ähnlicher Anwendungsfall ist beim Abdichten einer Fuge mittels einer automatisch aufzutragenden Dichtmasse gegeben; die Auftragsdüse muß ebenfalls innerhalb enger Spurtoleranzen der vorgegebenen Fuge folgen, um ein gutes Abdichtergebnis, einen geringen Dichtmassenverbrauch und eine geringe überquellmenge an Dichtmasse nach dem Schließen der Fuge sicherstellen zu können.
Um nun die Lagetoleranzen der verkörperten Linie 5 relativ zum Industrieroboter 1 werkstückindividuell erfassen zu können, ist dem eigentlichen Arbeitsprogramm ein Meßprogramm für jedes Werkstück vorgeschaltet. Zu diesem Zweck wird das Arbeitsglied in die in Figur 2 gezeigte Meßstellung geschwenkt und der Taststift 13 des Meßkopfes 6 in z-Richtung auf das zweite überlappende Blech 8 abgesenkt, bis der Taststift berührt.
Von diesem Anfangspunkt der ersten Taststrecke 9 aus fährt nun der Meßkopf selbsttätig in x-Richtung, wobei die am Werkstück verkörperte Linie 5, d. h. der Überlappungsstoß überfahren wird und der Taststift von dem zweiten Blech 8 auf das erste Blech 7 herunterspringt. Dieser Sprung wird zweidimensional festgehalten, d. h. es können damit die z- und die x-Koordinate der Linie 5 an dem ersten Meßpunkt 11 ermittelt werden. Nachdem auch die y-Koordinate der ersten Taststrecke 9 bekannt ist, liegen sämtliche drei Raumkoordinaten des ersten Meßpunktes 11 der Linie 5 fest.
Eine derartige Messung von Linienpunkten kann an mehreren Stellen wiederholt werden; im ungünstigsten Fall sind jedoch höchstens drei Meßpunkte erforderlich, um die genaue Lage der Linie 5 im Raum bestimmen zu können.
In der Robotersteuerung sind vorab die lückenlosen Bahndaten einer Phantomlinie, die in Form und Lage der Form und der mittleren statistischen Lage der an den Werkstücken 4 verkörperten Linie entspricht, und die zum Nachfahren dieser Linie durch das Arbeitsglied erforderlich ist, abgespeichert. Unter Verwendung der werkstückindividuellen Raumkoordinaten der zuvor gemessenen Meßpunkte der werkstückindividuellen Linie 5 werden nun sämtliche Bahndaten der Phantomlinie so verschoben, daß daraus die zum spurtreuen Nachfahren der werkstückindividuell verkörperten Linie 5 erforderliche Steuerlinie resultiert. Diese Transformation kann relativ schnell vorgenommen werden; auch das dazu zuvor jeweils durchzuführende Meßprogramm kann - wie gesagt -relativ kurz sein, weil nur wenige Meßpunkte erfaßt werden müssen. Unter der Voraussetzung einer vernachlässigbaren Neigungsabweichung der an den nacheinander zu bearbeitenden Werkstücken verkörperten Linien untereinander, d. h., unter der Voraussetzung, daß nur Parallelverschiebungen der Linie an den verschiedenen Werkstücken vorkommen, genügt die Vermessung eines einzigen Meßpunktes 11 zur genauen Lageerfassung der Linie 5. Meist ist, insbesondere bei gestrecktem Verlauf der Linie 5 die Lagetoleranz der Linie 5 in y-Richtung unkritisch, ebenso wie Beginn und Ende der Schweißnaht. Sollte jedoch die Schweißnaht bei- spielsweise mit der vorderen Kante des zweiten Bleches 8 zusammenfallen und auch der Schweißnahtbeginn einer engen Lagetoleranz relativ zum Werkstück unterworfen sein, so müßte auch die Lage der Linie 5 in y-Richtung relativ zum Industrieroboter vorgemessen werden. Hierzu wird zusätzlich noch in einer, im wesentlichen gleichgerichtet zur Linie 5 liegenden Richtung, im Beispiel in y-Richtung an einem für die Längsposition der Linie 5 charakteristischen Referenzpunkt 12 mit dem Taststift 13 entlanggefahren und in der beschriebenen Weise die Lage des Meßpunktes 12 ermittelt (zweite Taststrecke 10).
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß bei kurzen Taktzeiten gute Arbeitsergebnisse trotz einer Lagestreuung der am Werkstück verkörperten Linie relativ zum Industrieroboter erzielt werden können.

Claims

Patentansprüche 1;.Verfahren zum Steuern des Weges des Arbeitgliedes eines Industrieroboters entlang einer an einem Werkstück verkörperten Linie zur Durchführung eines Arbeitsprogrammes daran, bei welchem Verfahren vor der Durchführung des Arbeitsprogrammes für jedes Werkstück ein Meßprogramm zur Ermittlung der werkstückindividuellen Lage einzelner Punkte an der am Werkstück verkörperten Linie durchgeführt wird und damit lückenlos die werkstückindividuellen Bahndaten einer Steuerlinie zum Nachfahren der am Werkstück verkörperten Linie errechnet und in die Robotersteuerung eingegeben werden und bei welchem Verfahren anschließend mit diesen Bahndaten das Arbeitsprogramm werkstückindividuell durchgeführt wird, d a dur c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die lückenlosen Bahndaten zum Nachfahren einer Linie - Phantomlinie -, die in Form und Lage der Form und der mittleren statistischen Lage der an den Werkstücken (4) verkörperten Linie (5) entspricht, vorab in der Robotersteuerung abgespeichert werden, daß durch das Meßprogramm lediglich die Abweichungen der an einem individuellen Werkstück (4) verkörperten Linie (5) gegenüber der Phantomlinie an wenigen Punkten er- mittelt werden und daß mit diesen Daten sämtliche Bahndaten der Phantomlinie so verschoben werden, daß daraus die zum spurtreuen Nachfahren der werkstückindividuell verkörperten Linie (5) erforderliche Steuerlinie resultiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei vernachlässigbaren Neigungsabweichungen der an den nacheinander zu bearbeitenden Werkstücken (4) verkörperten Linien (5) untereinander die Lageabweichung einer werkstückindividuell verkörperten Linie (5) gegenüber der Phantomlinie lediglich zweidimensional in einer quer zur Linie liegenden Ebene (z/x-Ebene) an einem einzigen Linienpunkt (Punkt 11) ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageabweichung zusätzlich noch eindimensional in einer im wesentlichen gleichgerichtet zur Linie (5) liegenden Richtung (y-Richtung) an einem für die Längsposition der Linie (5) charakteristischen Referenzpunkt (Punkt 12) ermittelt wird.