DE3526919A1

DE3526919A1 - Messeinrichtung zur bestimmung der positioniergenauigkeit von frei programmierbaren handhabungsgeraeten

Info

Publication number: DE3526919A1
Application number: DE19853526919
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 4950 Minden Griebel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-07-25
Filing date: 1985-07-25
Publication date: 1986-01-02

Description

Beschreibung
MESSEINRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG DER POSITIONIERGENAUIGKEIT VON FREI PROGRAMMIERBAREN HANDHABUNGSGERAETEN.
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Bestimmung der Positioniergenauigkeit von frei programmierbaren Handhabungsgeraeten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Fuer zunehmend anspruchsvollere Einsatzaufgaben frei programmierbarer Handhabungsgeraete wie z. B. Industrieroboter ist eine genaue Kenntnis ihres Positionierverhaltens im dreidimensionalen Raum von entscheidender Bedeutung. Dies gilt insbesondere fuer solche Anwendungen, die praezise geradlinige Bewegungen der Handhabungsgegenstaende (Greifer, Werkzeuge, Bauteile) erfordern, z. B. beim Lichtbogenschweissen, Jet Cutting, Laser-Handhabung oder Fuegen und Montage. Eine vollstaendige Beschreibung der Position eines Gegenstandes im dreidimensionalen Raum liegt vor, wenn die Positionskoordinaten und die Orientierungswinkel dieses Gegenstandes bekannt sind (sechs Freiheitsgrade).
Messanordnungen, die sowohl Position wie Orientierung eines Handhabungsgeraetes erfassen, sind bekannt fuer die Bestimmung der Positionsgenauigkeit und Wiederholgenauigkeit in einzelnen, diskreten Positionen. Messanordnungen hingegen, die auch fuer in Bewegung befindliche Handhabungsgeraete zur Bestimmung der Positioniergenauigkeit geeignet sind, erfassen ueblicherweise weniger als sechs Messkoordinaten, die zur Positionsbestimmung herangezogen werden koennen (Warnecke, H.J., Schraft, R.D.: Industrial Robots: Application Experience, 1982 I.F.S. Publications Ltd., S. 63-92 ; Deutsche Ausgabe: Industrieroboter, Krausskopf Verlag GmbH, Mainz 1979).
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Positioniergenauigkeit frei programmierbarer Handhabungsgeraete in allen sechs Freiheitsgraden (Position und Orientierung) waehrend der Ausfuehrung einer vorprogrammierten Bewegung zu erfassen.
Diese Aufgabe wird erfindungsmaessig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 geloest.
Eine Teilaufgabe dabei ist die Erfassung der Positionskoordinate in Richtung der ausgefuehrten Bewegung, die insbesondere bei grossraeumigen Bewegungen nur schwer zu ermitteln ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsmaessig durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 2 geloest.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass dem Anwender eines frei programmierbaren Handhabungsgeraetes mittels der hier beschriebenen Messeinrichtung eine detailierte Kenntnis des Positionierverhaltens in allen sechs Freiheitsgraden vermittelt werden kann, die wichtige Aufschluesse ueber Moeglichkeiten und Grenzen dieses Handhabungsgeraetes zulaesst, bevor eine Einsatzentscheidung getroffen werden muss.
Naturgemaess muessen waehrend eines Testlaufes eine grosse Anzahl von Messwerten in schneller Folge abgelesen und gespeichert werden, wenn statistisch zuverlaessige Testergebnisse gefordert sind. Eine wirkungsvolle Aufzeichungsmethode ist deshalb praktisch nicht zu verwirklichen, ohne sich der Hilfe von Computern zu bedienen. Deshalb ist als weiterer Vorteil zu betrachten, dass sich die beschriebene Messeinrichtung in vorzueglicher Weise fuer computerunterstuetzte Messwertaufnahme und Auswertung eignet. So kann beispielsweise der durch die Markierungen auf der Schablone hervorgerufene Messimpuls gemaess Anspruch 2 nicht nur fuer Zeitmessungen genutzt werden, sondern gleichzeitig auch zum Triggern der Messwertuebergabe der uebrigen Messwertaufnehmer. Bei dieser Vorgehensweise werden die zugeordneten Messwerte verschiedener Testlaeufe grundsaetzlich an demselben Messort aufgezeichnet, gegeben durch die Position der jeweiligen Markierung auf der Schablone. Eine Abhaengigkeit des Messortes von Schwankungen in der Bewegungsgeschwindigkeit des Handhabungsgeraetes wird somit weitgehend ausgeschaltet.
Ein Ausfuehrungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 1 daryestellt und wird im folgenden naeher beschrieben.
Bei der ausgefuehrten Messeinrichtung nach Fig. 1 werden als Messwertaufnehmer fuenf induktive, analoge Abstandsmesser und ein digitaler Infrarot-Sensor verwendet, montiert in einem integrierten Messkopf. Drei der induktiven Abstandsmesser (X1, X2, X3) sind in einer Ebene des Messkopfes angeordnet fuer die Ermittlung der X-Koordinate und der Winkel /2 und g , die uebrigen beiden (Y1, Y2) sind in einer zweiten Ebene rechtwinklig zur ersten angeordnet fuer die Ermittlung der Y-Koordinate und des Winkels d . Als Referenzschablone dient ein U-Stahl, dessen Seiten exakt geradlinig und rechtwinklig zueinander geschliffen sind. Als optische Markierung dient ein Aluminiumstreifen, der auf dem U-Stahl montiert ist und eine Vielzahl von in gleichen Abstaenden eingefraesten Nuten aufweist.
Wird nun der Messkopf, angeflanscht an das zu untersuchende Handhabungsgeraet, in etwa gleichbleibendem Abstand ueber die Schablone gefuehrt (wobei maximaler und minimaler Abstand durch den Messbereich der induktiven Abstandsmesser bestimmt werden), schaltet das Ausgangssignal des Infrarot-Sensors bei jedem Passieren einer Nutkante von 'High' zu 'Low' oder umgekehrt. Wird die Zeitspanne zwischen jedem Wechsel gemessen und aufgezeichnet, koennen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in Richtung der Z-Koordinate leicht berechnet werden, da Nutenabstand und Nutenweite (nZ) bekannt sind. Das gleiche Signal wird weiterhin dazu verwendet, die Uebergabe der induktiv erfassten Abstandsmesswerte zu triggern und jeweils drei gNX-Werte und zwei aY-Werte aufzuzeichnen.
Infolge der rechtwinkligen Anordnung der Messwertaufnehmer koennen die aufgezeichneten Relativwerte leicht in die Koordinaten des ortsfesten X, Y, Z, X , R, r- Koordinatensystems, transformiert werden, das mit der Referenzschablone verbunden ist.
(Ein prototypisches Messystem, das nach dem hier beschriebenem Prinzip verwirklicht worden ist, hat die folgenden Kenndaten: Nutzbare Messlaenge des U-Stahls 1000 mm, Nutabstand 2,5 mm, Nutweite 1,25 mm, Abstandsbereich der induktiven Messwertaufnehmer 2 mm bis 10 mm, maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Messkopfes 1000 mm/sec., Aufloesung des A/D-Wandlers 0,01 mm.
Messwertaufnahme und Auswertung werden durch einen handelsueblichen Micro-Computer ausgefuehrt, der zu diesem Zweck mit einem geeigneten Data-Acquisition-Board ausgestattet ist.)

Claims

Patentansprueche: 1. Messeinrichtung zur Bestimmung der Positioniergenauigkeit von frei programmierbaren Handhabungsgeraeten in Position und Orientierung waehrend der Ausfuehrung einer vorprogrammierten Bewegung durch das Handhabungsgeraet, dadurch gekennzeichnet, dass sechs voneinander unabhaengige Messignale durch sechs in geeigneter Anordnung befindliche Messwertaufnehmer aufgezeichnet werden, die von dem zu vermessenden Handhabungsgeraet relativ zu einer Schablone bewegt werden, welche die Ideal kontur der gewuenschten Bewegung verkoerpert.
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Information ueber die Positionskoordinate in Richtung der ausgefuehrten Bewegung dadurch gewonnen wird, dass durch einen geeigneten Sensor Messimpulse ausgeloest werden fuer Zeitmessungen zwischen jeweils zwei aufeinander folgende Markierungen, die in regelmaessigen Abstaenden auf der Schablone angeordnet sind; mit Kenntnis der gemessenen Zeitintervalle koennen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen in Richtung der ausgefuehrten Bewegung berechnet werden.