DE3844152C2

DE3844152C2 -

Info

Publication number: DE3844152C2
Application number: DE3844152A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Hara; Seigo Nishikawa; Taketoshi Tazaki; Hiroshi Kitakyushu Fukuoka Jp Inokuchi
Original assignee: Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1988-12-28
Publication date: 1993-04-01
Also published as: JPH01171761A; US4926604A; JPH0763934B2; DE3844152A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur eines an einem Roboter befestigten Werkzeuges nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es wird zunächst auf den Hintergrund der Erfindung und den Stand der Technik Bezug genommen. Die Erfindung betrifft die Korrektur von Abrieb in einem Fall, wo ein Abrieb erfahrendes Werkzeug, wie beispielsweise ein Schleifstein, eine Polierscheibe, eine Drahtbürste und dgl. bei einem Roboter verwendet wird.

Falls ein Roboter verwendet wird, um eine Abgratarbeit durchzuführen, wenn ein Schleifstein als Werkzeug eingesetzt wird so nützt sich der Schleifstein allmählich ab und verringert seinen Durchmesser. Es ist daher notwendig, den verringerten Abschnitt des Durchmessers durch gewisse Verfahren zu korrigieren.

In einer automatischen Vorrichtung, die sich lediglich in linearer Weise bewegt, wird ein verringerter Abschnitt des Durchmessers durch einen Sensor gemessen, und der Schleifstein wird in einer Richtung parallel um den gemessenen Betrag bewegt, wodurch die Korrektur der abgetragenen Menge erfolgen kann.

Jedoch kann in einer Vorrichtung, die komplizierte Bewegungen in drei Dimensionen erfordert, wie beispielsweise bei einem Roboter, die Korrektur des Durchmessers nicht lediglich durch Parallelbewegung des Schleifsteins in einer Richtung auf einer absoluten Koordinate auf einem normalen Robotersteuerpunkt erfolgen.

Deshalb wurden die nachfolgend beschriebenen Verfahren bisher zur Korrektur des Abriebs verwendet.

1) Verfahren unter Verwendung eines Kraftsensors
Wird ein Schleifstein abgenützt, so ändert sich ein Anpreßdruck am Werkstück, es wird eine Position eines Roboters adjustiert, während ein Andruck durch Verwendung eines Kraftsensors erfaßt wird, so daß der Andruck am Werkstück konstant bleibt, wodurch eine Korrektur des Abriebs des Schleifsteins bewirkt wird.
2) Verfahren zur Befestigung eines Werkzeughalters, der ein Abrieb erfahrendes Werkzeug zu einem Handgelenk eines Roboters schieben kann
Ein Werkzeughalter, der in der Lage ist, einen Schleifstein zu verschieben, ist am Handgelenk eines Roboters befestigt, und die Abriebgröße wird durch einen Sensor erfaßt, wonach diese Größe nachgeschoben wird.
Anschließend wird ein Roboter derart betätigt, daß die Schieberichtung immer unter einem gegebenen Winkel gegenüber einer Werkstückfläche erfolgt, wodurch eine Korrektur des Abriebs des Schleifsteins bewirkt wird.
Alternativ ist ein Verfahren vorhanden, bei dem das vorstehend genannte Verfahren angewandt wird, um eine in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 9 862/1987 offenbarte Vorrichtung am Handgelenk eines Roboters zu befestigen.
3) Verfahren gemäß welchem die Abriebgröße eines Werkzeugs durch Positionserfassung und Speicherfunktion eines Roboters berechnet wird, und der abgenutzte Abschnitt wird an Rechteckskoordinaten des Roboters (den am Roboterkörper gesetzten absoluten Koordinaten) verschoben.

Bei diesem Verfahren, wie es in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 1 87 905/1985 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 1 88 095/1986 beschrieben wird, ist ein der Abnutzung unterliegendes Werkzeug an einem Handgelenkabschnitt eines Roboters vorgesehen, und ein Sensor einer EIN/AUS-Bauart ist extern vorhanden, um die Abriebgröße des Werkzeugs zu erfassen. Der Roboter verursacht die Bewegung des sich abnutzenden Arbeitswerkzeugs in einer vorbestimmten Richtung gegenüber einer Bezugsposition gegen den Sensor, wobei die laufende Position des Roboters beim Einschalten des Sensors gespeichert wird, die Abriebgröße des der Abnützung unterliegenden Bearbeitungswerkzeugs aus einem Unterschied zwischen der Bezugsposition und der laufenden Position beim Einschalten des Sensors berechnet wird, und die Abnützungsgröße des Werkzeugs in einer Richtung auf den rechtwinkligen Koordinaten des Roboters parallel verschoben wird (den absoluten am Roboterkörper gesetzten Koordinaten), wodurch eine Korrektur des Abriebs des Werkzeugs bewirkt wird.

Während das vorausgehend beschriebene Verfahren, das in der offengelegten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 1 87 905/1885 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 1 88 095/1986 beschrieben ist, beim Verfahren zur Erfassung der Abriebgröße des Bearbeitungswerkzeugs wirksam ist, ist ein Problem beim Verfahren der Abriebkorrektur selbst vorhanden.

Es sei insbesondere angenommen, daß a das Bearbeitungswerkzeug vor dem Abrieb und b das Bearbeitungswerkzeug nach dem Abrieb ist, so ist das Verfahren als effektiv anerkannt, wenn das Stück ein flaches Werkstück W (ein zu schneidender Werkstoff) auf einer Ebene rechtwinkliger Koordinaten H eines Roboters (den absoluten am Roboterkörper gesetzten Koordinaten) ist. Jedoch kann bei Werkstücken, bei denen die Bearbeitungsfläche sich dreidimensional ändert, oder unter Bezugnahme auf die Bearbeitung am Umfang der Roboter, der das vorausgehend beschriebene Korrekturverfahren verwendet, nicht verwendet werden, da das Korrekturverfahren eine Richtung der rechtwinkligen Koordinaten H_R des Roboters umfaßt. Das heißt, falls ein polygonales Werkstück W′ durch ein kreisförmiges Bearbeitungswerkzeug bearbeitet wird (beispielsweise durch einen Schleifstein) gemäß Fig. 9, weicht der Roboterort nach der Korrektur des Abriebs (nach Verschiebung) ab, womit das Problem auftritt, daß das Bearbeitungswerkzeug nicht am Werkstück W′ anliegt, wodurch der Betrieb selbst unmöglich wird.

In Fig. 9 ist S die Abnützungsgröße (die gleich der Verschiebungsgröße ist), und der Pfeil f stellt die Verschieberichtung dar. Ferner bringt das vorausgehend aufgeführte Verfahren, das einen Kraftsensor verwendet, das Problem mit sich, daß der Sensor selbst kostspielig ist, das Problem einer Ansprechverzögerung eines Sensors und das Problem der Zuverlässigkeit in einer ungünstigen Umgebung beim Abgraten. Darüber hinaus wird beim vorausgehend aufgeführten Verfahren, bei welchem eine Schiebevorrichtung montiert wird, der Handgelenkabschnitt groß, die Vorrichtung, die hohen Belastungen und Stößen standhält und die eine genaue Positionierung durchführt, ist teuer, und es ist ein Problem hinsichtlich der Zuverlässigkeit in der ungünstigen Umgebung vorhanden.

Die DE-OS 33 17 425 beschreibt eine Halterung für ein Bearbeitungswerkzeug an einem Roboterkopf. Wird das Bearbeitungswerkzeug, in diesem Fall ein Schleifstein, abgenutzt, wodurch sich der Anpreßdruck am Werkstück ändert, wird die Position des Werkstücks längs der Zwangsführung 11 am Roboterkopf nachjustiert. Es wird also der Anpreßdruck des Schleifsteins auf das Werkstück mittels eines Kraftsensors erfaßt, so daß dieser konstant gehalten werden kann, wodurch zwangsläufig eine Korrektur des Abriebs des Schleifsteins bewirkt wird.

Die Vorrichtung setzt jedoch voraus, daß die Zwangsführung 11 immer senkrecht zur Werkstückoberfläche 31 verläuft, damit der Anpreßdruck auf das Werkstück konstant gehalten werden kann. Eine Problematik entsteht auch, wenn das Werkzeug entgegen der Richtung der Schwerkraft, also von unten nach oben, eingesetzt werden soll, da das Gewicht des Werkzeugs der Anpreßkraft entgegenwirkt und nicht auf die Werkstückoberfläche aufgebracht werden kann. Ferner ist es bei dieser Anordnung von Nachteil, daß die gesamte Anordnung am Roboterkopf einen erheblichen konstruktiven Aufwand erfordert und zudem sehr schwer ist. Auch treten bei derartigen mechanischen Vorrichtungen Ansprechverzögerungen des Kraftsensors auf, wodurch die Zuverlässigkeit bei einem komplizierten Einsatz des Werkzeugs vermindert wird.

Die Erfindung wurde im Hinblick auf dem Umstand realisiert, daß, da das bekannte Verfahren kostspielig und kompliziert ist, der Abgratvorgang unter Verwendung eines Schleifsteins, einer Polierscheibe, einer Drahtbürste oder dgl. lediglich mit geringer Zuverlässigkeit erfolgt, ungeachtet der Forderung nach Durchführung des Betriebs mit geringeren Kosten, da der zusätzliche Wert im wesentlichen schwierig zu erzielen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, um einfach und zwangsläufig die Korrektur eines Abriebs eines Werkzeugs bei einem Abgratvorgang durch einen Roboter auszuführen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt bei einem Verfahren zur Korrektur der Position eines an einem Roboter befestigten, einem Abrieb unterliegenden Werkzeuges, wobei ein Werkzeugkoordinatensystem H_r relativ zu dem Werkzeug eingestellt wird, welches am Handgelenk des Roboters mit einem rechtwinkligen Roboterkoordinatensystem H_R befestigt ist, durch die folgenden Schritte.

Erfasseb der Positionswerte der Werkzeugoberfläche im Roboterkoordinatensystem H_R vor und nach dem Abrieb durch einen Sensor, der außerhalb des Roboters angeordnet ist;
Berechnung der Abriebsgröße D′ des Werkzeuges aus der Differenz der erfaßten Positionswerte und Ermittlung einer Verschiebungsgröße S′ aus der Abriebsgröße D und einem gegebenen Winkel Teta zwischen dem Werkzeugkoordinatensystem H_T und der Werkstückoberfläche; Parallelverschiebung des Werkzeuges um die Verschiebungsgröße S in dem am Werkzeug eingestellten Koordinatensystem H_T.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß einer Abgradvorrichtung mit Hilfe eines Roboters, der einen Schleifstein verwendet, was eine Ausführungsform darstellt, bei welcher die vorliegende Erfindung eingesetzt wird,

Fig. 2 eine Seitenansicht, die die Beziehung zwischen dem Schleifstein der erfindungsgemäßen Ausführungsform und der Verschieberichtung zur Korrektur angibt,

Fig. 3 eine erläuternde Darstellung eines Ausführungsbeispiels von Koordinaten, die auf ein Werkzeug eingestellt sind, das am Handgelenk eines Roboters befestigt ist,

Fig. 4 eine erläuternde Ansicht, die ein Lehrbeispiel eines Abgratens darstellt,

Fig. 5 eine erläuternde Darstellung eines Verschiebeverfahrens für den Fall, wo die am Werkstück eingestellte Koordinate sich von der Position der in Kontakt mit dem Werkstück befindlichen Achse Xr unterscheidet,

Fig. 6 eine Ablaufdarstellung zur Korrektur des Abriebs eines Werkzeugs bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform, und

Fig. 7 eine erläuternde Darstellung die den Ort eines Bearbeitungswerkzeugs vor dem Abrieb und den Ort eines Bearbeitungswerkzeugs nach dem Abrieb darstellt, wobei die vorliegende Erfindung eingesetzt wird.

Fig. 8 eine erläuternde Darstellung eines bekannten Abriebkorrekturverfahrens, bei welchem als Gegenstand ein flaches Werkstück verwendet wird,

Fig. 9 eine erläuternde Ansicht für den Fall, wo eine massive Oberfläche mittels des bekannten Abriebkorrekturverfahrens geschliffen wird.

Es wird auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bezug genommen. Fig. 1 zeigt eine Abgratvorrichtung unter Verwendung eines Roboters (6). Das Bezugszeichen (7) bezeichnet eine Robotersteuereinheit; (8a, 8b) Trägervorrichtungen mit einem an ihnen befestigten Werkstück W; (9) einen Sensor unter Verwendung einer Photozelle; und (10a, 10b) Bedienungskästchen zum Start und Stopp.

Bei dieser Abgratvorrichtung sind die Werkstückträgervorrichtungen (8a und 8b) jeweils rechterhand und linkerhand des Roboters (6) befestigt, und der Abgratvorgang für die Werkstücke (2) wird abwechselnd durch einen Schleifstein (1) des Roboters durchgeführt. Das heißt, während des Abgratens des einen Werkstücks wird das andere Werkstück von der Werkstückträgervorrichtung abgenommen oder an ihr befestigt.

Fig. 2 zeigt den Zustand des Abgratbetriebs unter Verwendung des Schleifsteins (1) am Roboter. Ist der Schleifstein (1) abgenützt, wie durch die gestrichelte Linie angegeben wird, so kann das Werkstück (2) nicht in Anlage damit kommen, und der Schleifstein muß daher in der durch den Pfeil f angegebenen Richtung verschoben werden.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird zur Erzielung dieser Verschiebung das Koordinatensystem H_T zuerst gemäß Fig. 5 auf den Schleifstein (1) eingestellt, der am Handgelenk (3) des Roboters befestigt ist.

Anschließend wird der Roboter (6) einer Unterweisung unterworfen, so daß die Achse X_T an dem für den Schleifstein (1) eingestellten Koordinatensystem H_T immer einen gegebenen Winkel beispielsweise 90° gegenüber dem Werkstück (2) aufweist, wie aus Fig. 4 ersichtlich ist.

Beim tatsächlichen Abgratbetrieb wird die Abriebgröße des Schleifsteins (1) einmal für jeden Zyklus oder für einige Zyklen des Abgratvorgangs gemessen, und eine Verschiebung wird an dem Koordinatensystem H_T für den Schleifstein (1) bewirkt, der am Handgelenk (3) des Roboters (6) befestigt ist, um die Abriebgröße zu korrigieren.

Die Einstellung der Verschiebungsgröße S erfolgt, indem zuerst die diametrale Abriebgröße D des Schleifsteins (1) durch den Sensor (9) erfaßt wird und die Größe D (S) an dem für den Schleifstein (1) gesetzten Koordinatensystem H_T verschoben wird. Für die Verschiebungsgröße S, wird der Schleifstein um den Betrag D in + Richtung der Achse X_T verschoben, falls die Achse X_T an dem am Schleifstein (1) gesetzten Koordinatensystem H_T einer Unterweisung bezüglich 90° gegenüber dem Werkstück (2) eingestellt worden ist.

Falls die Achse X_T an dem am Schleifstein (1) eingestellten Koordinatensystem einer Unterweisung bezüglich eines Winkels R relativ zum Werkstück (2) gemäß Fig. 5 unterzogen wurde, so wird eine Verschiebung mit der Verschiebungsgröße S gleich D cosR in + Richtung der Achse X_T und D sinR in der + Richtung der Achse Y_T des am Schleifstein (1) eingestellten Koordinatensystems durchgeführt.

Die Messung der Verschiebungsgröße wird gemäß der anschließend beschriebenen Verfahrensweise durchgeführt.

Das heißt gemäß Fig. 1 wird zu Beginn des Betriebs der Roboter (6) betätigt, um den Schleifstein (1) vor einem Abrieb vorzuschieben (Aufwärtsbewegung in Fig. 3), um den Schleifstein mittels des Sensors (9) zu erfassen, wobei die Position X_R 1 des Roboters bei eingeschaltetem Sensor gespeichert wird, die Position X_R 2 des Schleifsteins (1) nach dem Abschleifen ebenfalls durch den Sensor (9) erfaßt wird, und der Unterschied (X_R 2-X_R 1) als Abriebgröße D berechnet wird.

Bei der Abriebkorrektur eines Werkzeugs wird, getrennt von den rechtwinkligen Koordinaten H eines Roboters (dem absoluten Koordinatensystem eines Roboters) eine Parallelverschiebung am Koordinatensystem H_T eines der Abnützung unterliegenden, am Handgelenk eines Roboters befestigten Werkzeugs vorgenommen um die Abriebkorrektur des Werkzeugs zu bewirken.

Eine Ablaufdarstellung des vorausgehend beschriebenen Verfahrens zur Korrektur des Abriebs ist in Fig. 6 angegeben.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, stellt die Erfindung ein Verfahren zur Verfügung, bei welchem die Abriebgröße D des erfaßten Schleifsteins an dem Koordinatensystem H_T parallel verschoben wird, das am Schleifstein (1) eingestellt ist der am Handgelenk (3) des Roboters befestigt ist, um dadurch die Korrektur zu bewirken. Wird daher ein dreidimensionales Werkstück W′ gemäß Fig. 7 durch den Schleifstein (1) entgratet, so wird der Schleifstein nach dem Abrieb, beispielsweise b, nicht vom Werkstück W′ entfernt, sondern steht immer in Kontakt mit diesem, damit das Abgraten erfolgt. Da die Abriebkorrektur ohne Verwendung des Kraftsensors oder eines speziellen Werkzeugs durchgeführt werden kann, so ist es möglich, den Abgratvorgang mit geringeren Kosten und hoher Zuverlässigkeit durchzuführen.

Darüber hinaus ist der Vorteil vorhanden, daß die Handhabung einfach ist, da die Abriebkorrektur durch Verwendung der Robotersteuervorrichtung durchgeführt werden kann.

Das erfindungsgemäße Abriebkorrekturverfahren ist nicht nur bei Verwendung eines Schleifsteins wirksam, sondern gleichermaßen, wie beim Falle eines Schleifsteins, selbst bei einem Roboterbetrieb, der ein der Abnutzung unterliegendes Werkzeug, wie beispielsweise eine Polierscheibe, eine Drahtbürste oder dgl. verwendet.

Claims

Verfahren zur Korrektur der Position eines an einem Roboter befestigten, einem Abrieb unterliegenden Werkzeuges, wobei ein Werkzeugkoordinatensystem H_T relativ zu dem Werkzeug eingestellt wird, welches am Handgelenk des Roboters mit einem rechtwinkeligen Roboterkoordinatensystem H_R befestigt ist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- - Erfassen der Positionswerte der Werkzeugoberfläche im Roboterkoordinatensystem H_R vor und nach dem Abrieb durch einen Sensor, der außerhalb des Roboters angeordnet ist;
- - Berechnung der Abtriebsgröße D des Werkzeuges aus der Differenz der erfaßten Positionswerte und Ermittlung einer Verschiebungsgröße S aus der Abtriebsgröße D und einem gegebenen Winkel R zwischen dem Werkzeugkoordinatensystem H_T und der Werkstückoberfläche;
- - Parallelverschiebung des Werkzeuges um die Verschiebungsgröße S in dem am Werkzeug eingestellten Koordinatensystem H_T.