-
Technisches Gebiet
-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zellenausrichtung und Identifizierung
und Kalibrierung von Roboterwerkzeugen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Das Ziel der Erfindung besteht genauer darin, den Arbeitspunkt
eines Werkzeugs sowie den Ort des Roboters relativ zu den Werkstücken zu
bestimmen und zu kalibrieren, um die Fähigkeit der installierten Anwendung
sicherzustellen, programmierte Bewegungsbahnen über einen langen Zeitraum hinweg
exakt zu wiederholen, ohne dass eine Nachprogrammierung erforderlich
ist.
-
Technisches Hintergrund
-
Der
Stand der Technik gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus der
US
5 457 367 A bekannt. Verfahren dieser Art, wie sie in der
Patentschrift beschrieben sind, sind über viele Jahre hinweg erfolgreich
angewandt worden und haben den meisten Grundanforderungen in höchst effizienter
Weise genügt.
-
Indes
hat sich das Maß an
absoluter Genauigkeit als unzureichend erwiesen, um den strengen Genauigkeitsanforderungen
in Verbindung mit der Simulation der Geometrie und der Offline-Programmierung
von Robotern und Manipulatoren zu genügen. Ferner wurde festgestellt,
dass verschiedene Arten von Fehlern, wie in einem Werkzeug oder
einer Roboterachse gegebenenfalls auftretendes Spiel oder Reibung
in einer Achse, das Verfahren in einer Weise beeinflussen, dass
sich eine nicht feststellbare, fehlerhafte Kalibrierung ergibt.
Dies hat zur Folge, dass es erforderlich sein kann, das Bewegungsprogramm des
Roboters durch manuelle Einstellung sämtlicher programmierter Punkte
zu aktualisieren. Dies stellt nicht nur eine zeitaufwändige Aufgabe
dar, sondern führt
darüber
hinaus dazu, dass das Roboterprogramm mit fehlerhaften Kalibrierdaten
aktualisiert wird. Als Konsequenz ergeben sich ein Verlust an Kontrolle
sowie Standzeiten im Falle von zukünftigen Störungen. Ferner wurde festgestellt,
dass geringfügige,
aber häufig
auftretende, nicht ideale Situationen zu einer schlechten Reproduzierbarkeit
der Kalibrierung beitragen können.
-
Eine
weitere Technik ist der
US
5 907 229 A entnehmbar, gemäß welcher ein sphärisches
Kalibrierwerkzeug an einem Roboter montiert und einige Male über einen
Kalibrierstrahl hinaus bewegt wird. Indem dieser Vorgang unter Verwendung
von verschiedenen Roboterkonfigurationen häufig wiederholt wird, wird
eine Kalibrierung des Roboters gewährleistet.
-
Das
Verfahren ist aufgrund der Verwendung des speziellen sphärischen
Kalibrierwerkzeugs jedoch zeitaufwändig und teuer, welches bei
jeder Kalibrierung und zu jedem Zeitpunkt derselben an dem Roboter
angeordnet werden muss. Darüber
hinaus ist eine große
Anzahl an Zyklen erforderlich, um den Roboter zu kalibrieren (z.
B. 38 Zyklen im Falle eines Roboters mit sechs Freiheitsgraden).
Die Kalibrie rung, wie sie in der
US 5 907 229 A beschrieben ist, ist ferner
nicht unbedingt in Verbindung mit einem Roboter geeignet, welcher
in einer Arbeitsumgebung aufgestellt ist, wobei sich das Verfahren
gemäß dem Stand
der Technik vornehmlich mit der Vorkalibrierung eines Roboters vor
dessen Installation an seinem Arbeitsstandort befasst. Überdies
ist die Kenntnis des vollständigen
Kinematikmodells des Roboters erforderlich.
-
Das
vorgenannte Verfahren genügt
insbesondere nicht zweierlei Anforderungen, nämlich:
- – Zellenkalibrierung
zum Zwecke der Ermittlung der Position des Roboters bezüglich dem
Bewegungsprogramm/Werkstück
in Bezug auf welche der Roboterbewegungen ausgeführt werden soll (sogenannte
Zellenausrichtung);
- – Identifizierung
und Kalibrierung eines Roboterwerkzeugs.
-
Beide
Forderungen müssen
erfüllt
werden, um die anwendungsbezogene Funktion des Roboters sicherzustellen.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Das
Ziel der Erfindung besteht darin, den Bedarf an einem Verfahren
zur Zellenausrichtung und Identifizierung und Kalibrierung von Roboterwerkzeugen
zu befriedigen, welches zuverlässig,
permanent installiert und absolut genau ist, welches mit hoher Präzision wiederholbar
ist und automatisch vonstatten geht, schnell und kostengünstig ist,
um sicherzustellen, dass der Roboter dazu in der Lage ist, programmierte
Bewegungsbahnen über
einen langen Zeitraum hinweg mit hoher Präzision zu wiederholen, während er
durch die ursprünglich
programmierten Punkte oder Bahnen gesteuert ist. In einigen Fällen ist
eine Kalibrierung nicht mög lich,
wobei dann die Identifizierung genutzt werden kann, um sämtliche
programmierten Punkte automatisch in einer Weise entsprechend der Änderung
der detektierten Parameter zu transformieren.
-
Dieses
Ziel der Erfindung wird mittels eines Verfahrens erreicht, wie es
in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet erhebliche Vorteile. Es stellt ein hoch technologisches und
mathematisch fortgeschrittenes Verfahren dar, welches in der Praxis
anwendbar ist, welches direkt auf die Objekte der Anwendung wirksam
ist und welches die für
den Benutzer geeignete Genauigkeit optimiert.
-
Es
ist nicht von irgend welchen speziellen Kalibrierwerkzeugen abhängig, sondern
sind herkömmliche
Werkzeuge, wie Schweißelektroden
oder bestehende Referenzobjekte an Greifeinrichtungen, bestens geeignet,
um den Anforderungen zu genügen.
-
Der
gesamte Präzisionsablauf
der Anwendung einschließlich
der Position des Roboters, der Genauigkeit des Roboters und den
Abmessungen des Werkzeugs wird durch Analyse geprüft und/oder kalibriert,
woraus der Benutzer Informationen hinsichtlich der ihm zur Verfügung stehenden
Genauigkeit der von dem Roboter durchgeführten Anwendung erhält. Das
Verfahren bietet dem Benutzer einen Grad an Genauigkeit, welche
in ein und demselben Vorgang und im Hinblick auf die Genauigkeit
des Einsatzes in der jeweils in Frage stehenden Anwendung optimiert
wird. Das Verfahren vermag der Anwendung ein höheres Maß an Genauigkeit zu ver leihen
als die Verwendung eines individuell kalibrierten Roboters mit einem
separaten und genau abgemessenen Werkzeug unter Verwendung von präzisen Abmessungen
des Standortes des Roboters bezüglich dem
Werkstück,
da dies drei separate, suboptimierte Kalibrierungen umfasst.
-
Darüber hinaus
die das Verfahren anwendbar, ohne dass eine Kenntnis des Kinematikmodells (Gleichungen)
des in Frage stehenden Roboters erforderlich wäre, was ein Merkmal darstellt,
welches die praktische Anwendbarkeit und die industrielle Einsatzfähigkeit
erweitert, weil geringere Anforderungen an separate Anpassungen
an individuelle Systeme gestellt werden und weil die Kinematikmodelle schwer
zugänglich
sind und ferner zu einer wachsenden Komplexität neigen, da die Marktanforderungen an
eine absolute Genauigkeit strenger werden (aufgrund dessen deren
Erstellung zunehmend zeitaufwändig
wird, es sei denn, man verfügt über Spezialkenntnisse
des in Frage stehenden Robotersystems).
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
Nachstehend
ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
in welchen einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zum
Zwecke der Veranschaulichung wiedergegeben sind, näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 einen
Roboter oder Manipulator, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren
anwendbar ist;
-
2 ein
zylindrisches Teil eines Roboters;
-
3 eine
an einem Roboter angeordnete Punktschweißpistole; und
-
4 die
stationäre
Elektrode der Punktschweißpistole.
-
Beschreibung einer bevorzugten
Ausführungsform
-
Zunächst ist
die Erfindung anhand eines praktischen Ausführungsbeispiels in seiner speziellen
Anwendung in Verbindung mit einem Industrieroboter oder Manipulator
beschrieben, welcher zum Punktschweißen mittels eines an einem
Roboter angeordneten Werkzeugs mit einer im Wesentlichen zylindrischen
Schweißelektrode
eingerichtet ist.
-
Ein
Punktschweißroboter
umfasst eine Punktschweißpistole,
welche in der Regel zwei Schweißelektroden
aufweist, von welchen die eine im Wesentlichen stationär und die
andere beweglich ist. Im vorliegenden Fall ist die stationäre Elektrode 2 von
einem standardisierten Typ und besitzt eine im Wesentlichen zylindrische
Gestalt, wobei die Zylinderachse mit dem Bezugszeichen 3 versehen
ist. Der Zweck einer Kalibrierung der Arbeitspunktes des Werkzeugs
besteht darin, den Ort einer Arbeitsposition 5 festzulegen,
welche eindeutig durch die Elektrodengeometrie relativ zu dem Koordinatensystem 4 der
Roboterhand definiert ist, welches wiederum eindeutig durch die
Werkzeug-Befestigungsplatte 1 des Roboters definiert ist,
wenn die Pistole offen und ein fester Abgleich erreicht ist. In
dieser Hinsicht haben verschiedene Benutzer unterschiedliche Wünsche, doch
lässt sich
die Erfindung entsprechend anpassen. Die Werkzeugtransformation 6 (Tool
Transform) lässt
sich auf sechs Freiheitsgrade einstellen.
-
Üblicherweise
sind reale Pistolen mit einer bekannten, nominalen Werkzeugtransformation
ausgebildet und hinreichend genau in Bezug auf die rotatorische
Komponente der Werkzeugtransformation, während die translatorische Kompo nente
eine Kalibrierung in regelmäßigen Intervallen
erfordert. Von der gesuchten Translation wird erwartet, dass sie
innerhalb 10 mm von dem Nominalwert liegt, da bei praktischen Anwendungen
Abweichungen, welche größer sind
als dieser Wert, in der Regel eine Neuausrichtung erfordern. Dies
sind Restriktionen von praktischer Natur, welche die Erfindung jedoch
nicht einschränken.
-
Ein
Liniendetektor, wie eine Reading-Fork vorzugsweise auf Basis eines
Lichtstrahls, ist im Arbeitsbereich des Roboters installiert. Weder
die Position noch die Richtung des Strahls muss bekannt sein. Es
sollte möglich
sein, eine Unterbrechung des Strahls zu erfassen. Eine solche Erfassung
zeigt an, dass die Fläche
der Elektrode tangential zur Detektorlinie angeordnet ist. Nachstehend
ist ein automatisches Verfahren beschrieben, welches eine Bestimmung
der Nominalrichtung der Detektorlinie im Raum mit hinreichender
Genauigkeit ermöglicht.
Ist diese bekannt, so ist es möglich,
mit der Kalibrierung zu beginnen.
-
Zunächst wird
der Roboter derart angeordnet, um sicherzustellen, dass sich die
Elektrode an oder nahe der Detektorlinie befindet, wobei sich die Zylinderachse
im Wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Detektorlinie
erstreckt. Der Roboter bewegt sodann die Elektrode über die
Detektorlinie hinaus, so dass der Zylinder den Strahl unterbricht.
Jeder Moment der Erfassung durch die Detektorlinie, dass die Oberfläche der
Elektrode eine Position einnimmt, in welcher sie tangential zu der
Detektorlinie angeordnet ist, führt
zu einer Registrierung der von dem Roboter in diesem Moment eingenommenen Position.
Das Muster der Roboterbewegungen kann beispielsweise wir in 4 gezeigt
durchgeführt
werden, in welcher die Bewegungen der Detek torlinie relativ zu der
Elektrode in einer Ebene unter einem rechten Winkel zu der Detektorlinie
wiedergegeben sind, welche folglich einen Punkt in dieser Ebene
darstellt. Der Roboter bewegt die Elektrode vor und zurück, von
A nach B und zurück
zu A. Im Anschluss an Prüfungen
und Berechnungen wird die Elektrode mit dem Liniendetektor in der
Zylinderachse positioniert und der Roboter bewegt die Elektrode
vor und zurück,
wobei sichergestellt ist, dass sich die Detektorlinie zwischen C
und D vor und zurück
bewegt. Nach weiteren Berechnungen wird die Bewegung zwischen A
und B wiederholt, dieses Mal mit einem bekannten Abstand von der
Kontaktfläche
der Elektrode. Die Daten der tangentialen Kontakte 7, 8 werden gespeichert.
Die Registrierung/Speicherung kann in Form von Roboterachsendaten
oder in Form von karthesischen Koordinaten oder beidem durchgeführt bzw.
gespeichert werden. Eine karthesische Registrierung kann sich auf
die Position der Werkzeug-Befestigungsplatte des Roboters oder auf
eine beliebige andere Werkzeugtransformation beziehen.
-
Der
Roboter rotiert das Werkzeug sodann um die Zylinderachse über einer
Anzahl an Graden und dasselbe Bewegungsmuster wird wiederholt. Der
Vorgang wird nach Rotieren über
eine Anzahl an Graden um die Detektorlinie in der gleichen Weise wiederholt.
-
Um
eine Bestimmung des Arbeitspunktes der Elektrode zu ermöglichen,
muss das Bewegungsmuster insgesamt für wenigstens drei verschiedene
Winkelpositionen wiederholt werden, d. h. eine Startposition und
zwei Rotationen. Die beiden Rotationen müssen nicht um dieselbe Achse
durchgeführt
werden. Theoretisch ist diese minimale Registrierung ausreichend,
doch wird die Möglichkeit des
Erzielens einer stabilen Anwendung, welche eine zufriedenstellende
Genauigkeit in der Praxis bietet, erhöht, wenn der Winkel zwischen
den beiden Winkelpositionen vergrößert wird, wie es auch der
Fall ist, wenn der Winkel zwischen den Rotationsachsen größer ist.
-
Zur
Ausführung
der Erfindung in ihrer beschränktesten
Form ist es nicht erforderlich, jedoch bevorzugt, den Registriervorgang
unter Verwendung einer großen
Anzahl an Winkelpositionen zu wiederholen. Der Umfang an gesammelten
Informationen wird größer und
macht es möglich,
viele Probleme praktischer Natur zu lösen. Durch Rotationsbewegungen
in kleinen Schritten und Wiederholung der Registrierung der tangentialen
Kontakte mit dem Zylinder kann eine große Anzahl an Registrierungen vorgenommen
werden, ohne dass dies signifikant zeitaufwändiger wäre als Registrierungen an den Endpositionen
der Rotationsbewegungen. Die Vorgehensweisen, wie diese Registrierungen
variiert werden können,
können
zur Anpassung an spezielle Umstände
unendlich variiert werden. Das Prinzip besteht in der Registrierung
von Positionen, bei welchen – im
vorliegenden Fall – die
Mantelfläche
oder Stirnfläche
des Zylinders zur tangentialen Anordnung bezüglich der Detektorlinie kommt.
-
Ist
der gesamte Registriervorgang abgeschlossen, so wird der Berechnungsvorgang
gestartet, welcher im vorliegenden Fall lediglich auf der Voraussetzung
beruht, dass die Oberfläche
der Elektrode in dem Moment einer jeden diskreten Registrierung
an einem zufälligen
Punkt einer unbekannten, aber statischen Detektorlinie angeordnet
ist. Darüber hinaus
ist es bekannt, welche Registrierungen Registrierungen der Mantelfläche und
welche Registrierungen der Stirnfläche darstellen. Die Gleichung,
welche einen tangen tialen Kontakt zwischen der Mantelfläche und
der Detektorlinie bzw. einen tangentialen Kontakt zwischen der Stirnfläche und
der Detektorlinie beschreibt, ist definiert. Diese Gleichungen umfassen
die unbekannten Parameter, welche die Detektorlinie bzw. die Position
der Elektrode in dem Koordinatensystem der Roboterhand festlegen.
Folglich wird für
jeden diskreten Moment der Erfassung eine Beziehung mit sechs Freiheitsgraden
erhalten, welche die acht unbekannten Parameter umfasst. Die minimale
Datenregistrierung stellt neun gespeicherte Positionen zur Verfügung, welche
mit sechs Freiheitsgraden festgelegt sind, d. h. 54 Zahlen. Das
Ergebnis ist ein komplexes und extrem überbestimmtes Gleichungssystem,
welches verwendet werden kann, um einer Vielzahl an unterschiedlichen,
seitens des Endbenutzers gestellten Anforderungen zu genügen.
-
Die
grundlegende Anforderung besteht darin, eine automatische Bestimmung
zu ermöglichen, ob
die Kalibrierung zufriedenstellend ist, d. h. ob die Werkzeugkalibrierung
einen zweckdienlichen und verlässlichen
Wert liefert. Um dies zu erreichen, wird ein Fehlervektor in die
beiden Grundgleichungen eingeführt,
während
das System unter der Bedingung gelöst wird, dass der Fehlervektor
in einer bestimmten Weise, vorzugsweise nach dem Least-Squares-Abstiegsverfahren,
minimiert wird.
-
Durch
Einführen
von festen Kriterien in Bezug auf Größe und Verteilung der Fehlervektoren wird
es möglich,
automatisch zu bestätigen,
dass der Kalibriervorgang zu einem Ergebnis geführt hat, welches für die Punktschweißanwendung
akzeptabel ist, oder ob ein Alarm ausgelöst werden soll. Häufig auftretende
Fehler sind in der Pistole auftretendes Spiel oder in einem Robotergelenk
auftretende Rei bung, eine fälschliche
Einstellung der Nullposition der Roboterachse oder verformte Maschinenteile
in dem Präzisionsablauf
des Roboters oder andere hiermit verbundene Defekte, welche sich
aus Betriebsstörungen
oder Verschleiß ergeben.
Bei bestehenden technischen Anlagen verursachen solche Situationen die
oben beschriebenen Probleme. Dank der automatischen Analyse der
Fehlervektoren wird es möglich,
den Fehler mit verschiedenen möglichen
Ursachen des Fehlers in Verbindung zu bringen.
-
Durch
Erweiterung der obigen Gleichungen derart, dass sie auch die Kinematik
des Roboters beinhalten, wird es möglich, z. B. die Nullpunkte
der Achsen 4, 5 als Parameter einzuführen. Hängt der tatsächliche
Fehler von einer permanenten Abweichung des Nullpunktes der Achse 4 oder 5 ab,
so zeigt sich dies bei der Minimierung des Fehlervektors, wobei
es eine Kalibrierung gemäß der Identifizierung
dem Arbeitsprogramm des Roboters ermöglicht, im Betrieb fortzufahren,
ohne dass eine manuelle Programmeinstellung erforderlich ist. Auf ähnliche
Weise kann das Auftreten eines Spiels im Schwenkzentrum der Pistole
in den Gleichungen definiert werden und kann ein Alarm ausgelöst werden, um
den wahrscheinlichen Fehler anzuzeigen. Das Verfahren kann gleichfalls
auf weitreichendere Weise angewandt werden, um zum Zwecke des Erreichens einer
absoluten Genauigkeit eine größere Anzahl
an Roboterparametern zu identifizieren.
-
Es
besteht ein erhebliches Interesse an einem Verfahren, welches eine
Nachkalibrierung von bereits am Arbeitsplatz des Benutzers installierten Robotern
ermöglicht,
und zwar sowohl im Hinblick auf eine Auswahl an Parametern, welche
in situ kalibriert werden müssen,
als auch hinsichtlich einer kompletten Kalibrierung.
-
Bei
der anfänglichen
Installation des Roboters wird die Detektorlinie an dem gewünschten
Ort innerhalb des Arbeitsbereiches des Roboters angeordnet und wird
der Roboter manuell in eine Position verrückt, bis sich die Elektrode
auf oder nahe der Detektorlinie befindet, wobei sich die Zylinderachse
im Wesentlichen unter einem rechten Winkel zu der Detektorlinie
erstreckt. Sodann wird das Installationsprogramm gestartet, welches
mittels reiner Translationsbewegungen mehrere Punkte tangentialen
Kontaktes sowohl der Mantelfläche
als auch der Stirnfläche
entlang der Detektorlinie registriert. Diese Anordnung ermöglicht es
dem Roboter, die Ausrichtung der Detektorlinie im Raum mit einem
hohen Maß an
Genauigkeit zu errechnen. Die Zylinderachse ist bereits bekannt
und die übrigen
Bewegungen können
mit diesen Linien durchgeführt
werden, welche sich unter einem rechten Winkel zueinander erstrecken.
Ebenfalls kann die Ausrichtung der Elektrode im Raum auf ähnliche
Weise ermittelt werden, sofern dies erwünscht ist. Darüber hinaus
ist keine Kenntnis betreffend die nominale Werkzeugtransformation
erforderlich, weil es geringfügige
Rotationsbewegungen und einfache Berechnungen einfach machen, die
ungefähre
Position der Elektrode oder der Detektorlinie zu ermitteln und den
Ermittlungsvorgang sukzessive einzustellen, bis eine größere Anzahl
an Rotationen durchgeführt
worden ist, ohne dass die Gefahr von Kollisionen besteht.
-
Verallgemeinerungen der Erfindung
-
Verschiedene Ermittlungsverfahren
-
Die
Erfindung kann unter Verwendung von Detektormitteln ausgeführt werden,
welche von Lichtstrahlen verschieden sind. Es kann ein beliebiger
Liniendetektor eingesetzt werden, welcher zur mathematischen Beschreibung
geeignet ist, wie z. B. ein Faden, dessen nach unten hängender
Abschnitt korrekt konfiguriert werden kann. Ferner können Positionsdetektoren,
welche zur Konfiguration durch Punkte geeignet sind oder komplexere
Eigenschaften, wie Hysterese, besitzen, oder auch Oberflächensensoren,
wie Lichtvorhänge,
Laserscanner oder berührungsempfindliche
Oberflächen,
wie Blech, eingesetzt werden.
-
Die
Erfindung schlägt
einen neuartigen Detektor/Sensor vor, welcher die Detektion/Abtastung mittels
des Kontaktes mit einer freien Flüssigkeitsoberfläche ermöglicht.
Ein bezeichnender Vorteil der Verwendung einer Flüssigkeitsoberfläche besteht
in der senkrechten Anordnung derselben bezüglich der Erdanziehungskraft,
was ein für
die Zellenkalibrierung sehr geeignetes Merkmal darstellt.
-
Bekannte
kostengünstige
Liniendetektoren bieten keinerlei Informationen in Bezug auf die
Positionen entlang der Linie. Hierin liegt der Grund für den Vorschlag
eines neuartigen Detektors. Letzterer ist ein Kalibrierdetektor,
welcher zwei oder mehrere benachbarte, aber nicht parallele Linien
verwendet, welche einzeln oder sequenziell detektiert werden können. Der
Winkel zwischen den Linien muss nicht bekannt sein. Der Abstand
zwischen den Detektionspunkten auf den verschiedenen Linien liefert
ein direktes Relativmaß,
an welcher Stelle entlang der Detektorlinie die Detektion stattgefunden
hat. Nach Komplettierung eines Berechnungsvorgangs kann ein mathematischer
Ausdruck beider oder sämtlicher Linien
und folglich individueller Registrierungen gelöst werden, auch in Bezug auf
die Stelle entlang der Linie, an welcher die Detektion stattgefunden
hat.
-
Kalibrierung der Rotation der Werkzeugtransformation
-
In
Fällen,
in welchen eine Kalibrierung der Werkzeugtransformation erforderlich
ist, kann die Erfindung in derselben Weise angewandt werden, doch müssen geeignete
Punkte registriert werden. Im Falle des Punktschweißens werden
mehr Punkte entlang der Zylinderfläche registriert und kann die
Ausrichtung der Zylinderachse identifiziert werden. Der Abstand
zwischen den Punkten muss hinreichend sein, um den Erfordernissen
der Endgenauigkeit zu genügen.
-
Verschiedene an den Arbeitspunkt angrenzende Werkzeuggeometriekonfigurationen
-
Im
Wesentlichen zylindrische Werkzeugteile, wie Punktschweißelektroden,
stellen geeignete Objekte dar, doch ist die Erfindung nicht auf
Formen dieser Art beschränkt.
Es kann jeder Körper
verwendet werden, welcher sich mit mathematischen Ausdrücken durch
eine begrenzte Anzahl an Parametern beschreiben lässt. Das
Prinzip ist das gleiche. Die Erfindung ist auch auf rechteckige
oder winklige Körper, wie
parallelflache Formen, anwendbar. In einigen Fällen, z. B. im Hinblick auf
Greifer, kann es von Vorteil sein, an geeigneten Stellen ein oder
mehrere, vorzugsweise zylindrische, Objekte einzuführen, welche dazu
in der Lage sind, die Werkzeugtransformation des Greifers eindeutig
zu definieren. Gewöhnlich müssen Greifer
in Bezug auf die gesamte Werkzeugtransformation kalibriert werden,
weshalb eine Verwendung von drei Objekten empfohlen wird.
-
Verschiedene Formen der Registrierung
-
Zur
Registrierung von Punkten tangentialen Kontaktes sind verschiedene
Formen der Registrierung möglich.
Eine Registrierung in einem karthesischen Koordinatensystem kann
die Werkzeug-Befestigungsplatte des Roboters oder eine beliebige andere
bekannte Werkzeugtransformation betreffen.
-
Die
Werkzeugtransformation kann sogar willkürlich, nicht reproduzierbar
und nicht vorhersagbar sein, so lange sie zum Moment der Registrierung
bekannt ist und in Verbindung hiermit gespeichert worden ist. Vorzugsweise
liefern die Registrierungs- und Speichervorgänge hinreichend Daten, um für eine eindeutige
Spezifikation des Ortes des Werkzeugs im Raum in sechs Freiheitsgraden
(wie xyzabc oder die Achspositionen theta1, theta1, theta6) zu sorgen. Dies
ist indes nicht notwendig. Soll beispielsweise nur xyz verfügbar sein,
so lässt
sich die Mathematik entsprechend anpassen. Es ist sogar möglich, das Verfahren
an eindimensionale Registrierungen anzupassen, welche jedoch die
Gefahr erhöhen,
dass bei einigen Installationen ungelöste Probleme in Form von mathematischen
Singularitäten
und anderen auftreten.
-
Verschiedene Achskonfigurationen
-
Die
Genauigkeit kann erheblich erhöht
werden, wenn es dem Roboter ermöglicht
wird, einen Teil oder den gesamten Detektionsvorgang unter Verwendung
von verschiedenen Achskonfigurationen zu wiederholen. So können beispielsweise
die Achsen 4 und 5 spiegelbildlich (seitenverkehrt
im Achsraum) angeordnet werden, während die Hauptachsen im Wesentlichen
in derselben Position wie in der Startposition verblieben und die
Achse 6 derart eingestellt werden kann, dass das Werkzeug
wiederum dieselbe Position wie in der Startposition einnimmt. Oder
die Achse 1 kann unter 180° platziert und die Achsen 2 bis 3 können über Kopf
angeordnet werden.
-
Auf
diese Weise lassen sich zusätzlich
Informationsdaten gewinnen, welche sich in gewissem Maß von ihrer
Natur her von den vorherigen unterscheiden, wobei diese Daten insbesondere
für die Nullpunktkalibrierung,
z. B. der Achsen 4 und 5, leistungsfähig sind.
In diesem Fall muss der Registriervorgang nicht verschiedene Rotationsbewegungen auf
der Detektionslinie umfassen. In diesem Fall kann der Roboter in
Bezug auf die Nullposition der Achsen 4 und 5 kalibriert
werden und dies mit einem hohen Maß an Genauigkeit. Desgleichen
kann die Nullposition der Achse 6 kalibriert werden, doch
lässt sich diese
Situation nicht von einer Rotationsbewegung der Werkzeugtransformation
unterscheiden. Gleichwohl wird das gewünschte Endergebnis, d. h. dass das
bestehende Roboterprogramm nach der Kalibrierung einsatzfähig ist,
erreicht.
-
Räumlich festes Werkzeug
-
Bei
Anwendungen, bei welchen sich das Werkzeug ortsfest im Raum befindet,
wird der Detektor an dem Roboter montiert und wird das Verfahren in
Analogie zu den obigen Ausführungen
durchgeführt.
-
Zellenkalibrierung
-
Eine
automatische Zellenkalibrierung kann durch Anordnen von einer oder
mehrerer Detektorlinien in einer bekannten, genauen Position bezüglich der
Arbeitsaufgabe, welche von dem Roboter ausgeführt werden soll, durchgeführt werden.
Eine komplette Zellenkalibrierung kann mit Hilfe von zwei Linien
durchgeführt
werden, wobei in diesem Fall der Roboter und sein Werkzeug an die
in Frage stehende Zelle angepasst sind. Eine vertikale Linie und
eine Flüssigkeitsoberfläche auf
einem bekannten Niveau sorgen ebenfalls für eine komplette Kalibrierung.
Andere Detektoren können
in einer entsprechenden Weise verwendet werden.
-
Wird
eine Roboterlinie eingerichtet, was gegenwärtig in der Regel z. B. mit
Hilfe von Theodoliten geschieht, kann es insbesondere vorteilhaft
sein, für zwei
oder mehr Detektorlinien als Installationsreferenzen zu sorgen.
Diese Detektorlinien können
dann von einem gemäß der Lehre
der Erfindung zu kalibrierten Roboter verwendet werden, um auf diese
Weise die Inbetriebnahme eines offline programmierten Roboter in
einer Linie erheblich zu erleichtern.
-
Obgleich
vorstehend bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung erläutert sind,
ist es dem Durchschnittsfachmann auf einschlägigem Gebiet offensichtlich,
dass verschiedene Modifikationen und Abänderungen der vorliegenden
Erfindung möglich
sind, ohne vom Schutzbereich der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche bestimmt
ist, abzuweichen. Folglich sind die beigefügten Ansprüche allein für die Abgrenzung
des Schutzbereiches der vorliegenden Erfindung verantwortlich.