EP1536927A2 - Verfahren zur vermessung der lage von robotergef hrten werks t cken und messeinrichtung hierzu - Google Patents

Verfahren zur vermessung der lage von robotergef hrten werks t cken und messeinrichtung hierzu

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Publication number
EP1536927A2
EP1536927A2 EP03797160A EP03797160A EP1536927A2 EP 1536927 A2 EP1536927 A2 EP 1536927A2 EP 03797160 A EP03797160 A EP 03797160A EP 03797160 A EP03797160 A EP 03797160A EP 1536927 A2 EP1536927 A2 EP 1536927A2
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EP
European Patent Office
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workpiece
sensors
robot
tool
tcp
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03797160A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Pagel
Johannes Kemp
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1536927A2 publication Critical patent/EP1536927A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16—Programme controls
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/022—Optical sensing devices using lasers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S5/163—Determination of attitude
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/39—Robotics, robotics to robotics hand
    • G05B2219/39533—Measure grasping posture and pressure distribution

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring the position of robot-guided workpieces in relation to a tool arranged stationary with the base of an industrial robot with optical sensors which are arranged stationary with respect to the tool, the position of the industrial robot with robot position coordinates and tool center point (TCP) coordinates is described.
  • TCP tool center point
  • the invention further relates to a measuring device for measuring the position of robot-guided workpieces in relation to a tool arranged fixed to the base of an industrial robot with optical sensors which are arranged fixed in relation to the tool, the position of the industrial robot with robot position coordinates and tool center Point (TCP) coordinates is described.
  • TCP tool center Point
  • Industrial robots have several interconnected arms for moving to any point within a work space, a hand flange at the end of the last arm of the linked arms and, for example, a gripper as a tool which is attached to the hand flange.
  • the position and orientation of the hand flange or the working point of the gripper attached to the hand flange can be in a fixed robot-independent world coordinate system or in a fixed one Anchoring point of the base robot-related base coordinate system.
  • the description of the position of the degrees of freedom, ie the axes and the hand orientation, on the other hand takes place in robot coordinates, whereby starting from the basic axis of the robot, ie the basic coordinate system, an axis robot coordinate system is defined for each joint, which relates to the respective position of each axis on their previous axis.
  • the relationship between the axis robot coordinate systems of an industrial robot is described by defined coordinate transformations.
  • TCP position coordinates The position of a working point of a tool, which is attached to the hand flange of the industrial robot, is described by so-called TCP position coordinates, as described for example in DE 195 07 561 A1.
  • the industrial robot is programmed on the basis of the hand flange and the specified TCP position coordinates, which are known as the Tool Center Point (TCP).
  • TCP position coordinates like the axis robot coordinates, are each a vector with six dimensions.
  • the first three coordinates define the position of the working point relative to the tool base point of the industrial robot, i. H. the attachment point of the tool on the hand flange.
  • the other three coordinates define the orientation of the axes of the working point relative to the tool base point.
  • a workpiece is now picked up by a gripper of the industrial robot and moved in space to a tool that is arranged in a fixed position with respect to the base of the industrial robot, the position must be of the workpiece are measured precisely so that the industrial robot can move machining points on the workpiece exactly to the tool.
  • the measurement is conventionally carried out with the help of cameras by recording and evaluating image projections of the workpiece, as disclosed for example in DE 100 16 963 C2. This is relatively complex.
  • the object of the invention was therefore to create an improved method for measuring the position of robot-guided workpieces, which enables highly precise and rapid position measurement of workpieces with little measurement effort.
  • TCP coordinate system Determining the TCP coordinate system relative to the position coordinates of the tool, the position coordinates of the tool forming the tool center point (TCP) for the industrial robot,
  • the position of the sensors is related to the tool center point of the industrial robot, which does not form the TCP on the hand flange of the industrial robot as is traditionally the TCP of the gripper, but the tool that is fixed to the base of the industrial robot.
  • the method is therefore based on the idea of reversing the coordinate transformation for measuring the position of a workpiece and, as it were, defining the moving workpiece as a fixed world coordinate system and the stationary tool with the sensors arranged therefor as the moving TCP coordinate system of the industrial robot. This means that the position of the workpiece can be determined from transformed robot coordinates without the absolute position of the workpiece in the sensor space having to be determined.
  • Desired positions of base points of a calibration workpiece are preferably determined by guiding the workpiece base points to the sensors until at least one sensor has recognized a workpiece base point.
  • the target positions are then determined as the position difference between the tool center point and the transformed robot position coordinates. It is therefore proposed to determine the difference between a sensor and the tool center point, which is determined by the tool, in a calibration run with an optimally clamped and aligned calibration workpiece.
  • These target positions of the sensors are stored as so-called zero positions.
  • the orientation of the workpiece is determined from the deviation of the positions determined during the measurement of corresponding workpiece base points from the target positions.
  • the position of the workpiece is thus determined as the offset between the actual position of the workpiece and a target position of a calibration workpiece from the target positions.
  • the positional deviation from the displacement of the workpiece base points is determined as a quasi displacement of the sensors with respect to their target positions, since the method is carried out in the TCP coordinate system with respect to the sensors.
  • the height of the workpiece is determined in relation to the plane spanned by the sensors.
  • the workpiece is guided over the sensors until the sensors have recognized the workpiece surface.
  • the altitude is calculated from the transformed robot position coordinates and the known position of the sensors in relation to each other in the TCP coordinate system.
  • the workpiece is thus brought into the sensor plane by the industrial robot at defined points.
  • the orientation of the workpiece on the plane spanned by the sensors is then known with the robot position coordinates.
  • a displacement of the sensor positions to previously determined target positions can then be determined directly by difference formation, which describes the change in height of the workpiece.
  • workpiece reference points are first measured, each lying on an edge of the workpiece. Then, as described above, the height of the workpiece is then measured by guiding defined surface points of the workpiece to the sensors, starting from the edge positions determined. Since the position of the surface points relative to the workpiece reference points on the edges of the workpiece is assumed to be known and correct, these surface points are approached exactly after an edge measurement has been carried out beforehand. This ensures that the altitude is determined at the predefined surface points.
  • the position of base edges of the workpiece is preferably determined by measuring the workpiece reference points and guiding the workpiece relative to the base edges. The workpiece is then guided further on the basis of the previously measured base edges.
  • Three laser triangulation sensors are preferably used as sensors.
  • the at least three sensors are required in particular in order to be able to carry out a height measurement.
  • the object is further achieved by the generic measuring device by a measurement evaluation unit which is coupled to an industrial robot control and is designed to determine the position of the workpiece according to the above-mentioned method.
  • the method for determining the position and determining the TCP coordinate system can be carried out in particular by programming a processor-supported measurement evaluation unit.
  • Figure 1 perspective sketch of an industrial robot with a workpiece and stationary with respect to a tool arranged sensors.
  • FIG. 1 shows an industrial robot 1 which is mounted with its base 2 on a level 3.
  • a tool 4 is arranged in a fixed position relative to base 2 in order to machine a workpiece 5 guided by the industrial robot.
  • the industrial robot 1 has in a known manner a number of arms connected to one another with a gripper 6 for the workpiece 5, which is arranged on a hand flange 7 at the end of the linked arms.
  • the industrial robot 1 can be controlled in a conventional manner by coordinates in a world coordinate system, which is defined, for example, by plane 3.
  • the result of the control is a displacement of the gripper 6, which has a tool center point (TCP position coordinates) which is fixed in relation to a hand flange 7 of the industrial robot 1 and which spans its own TCP coordinate system.
  • TCP position coordinates tool center point
  • this TCP coordinate system is transformed back to the world coordinate system via the respective robot axis coordinate systems of the robot axes which are steered together.
  • the control of the industrial robot 1 takes place in reverse, by the tool 4 being the tool center point for the industrial robot 1 forms.
  • the actual TCP coordinate system of the gripper 6, on the other hand, is considered to be stationary as the world coordinate system.
  • workpiece base points B1, B2, ... B ⁇ are measured with the index y as a whole number, which lie on the edges K ⁇ of the workpiece 5.
  • the workpiece base points B y are led to at least one laser triangulation sensor S j .
  • the workpiece base point B y is exactly in the measuring point of the laser triangulation sensor S j .
  • the position of the measured workpiece reference point B y with respect to the tool center point of the gripper 6 in the coordinate system can then be transformed of the gripper 6 can be calculated.
  • the workpiece 5 is moved via the sensors S u S 2 and S 3 in such a way that defined surface points of the workpiece are at the known distance from the measured workpiece base points B ⁇ or workpiece edges K y , via which laser triangulation sensors S 1 # S 2 and S 3 are brought.
  • the robot position coordinates of the gripper 6 are recorded and transformed into the TCP coordinate system. From the position difference to the The height of the workpiece 5 is then determined on the basis of the fixed arrangement of the sensors S j known to one another.
  • the industrial robot 1 is controlled with a conventional industrial robot controller 8, to which a measurement evaluation unit 9 according to the invention is coupled, for example a computer.
  • the sensors S j are connected to the measurement evaluation unit 9 and the measurement evaluation unit 9 is in turn coupled to the industrial robot controller 8.
  • the measurement evaluation unit 9 is programmed so that the measurement method described above can be carried out.

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Abstract

Ein Verfahren zur Vermessung der Lage von robotergeführten Werkstücken (5) in Bezug auf ein ortsfest zum Sockel (2) eines Industrieroboters (1) angeordnetes Werkzeug (4) mit optischen Sensoren (Sj) die ortsfest in Bezug auf das Werkzeug (5) angeordnet sind, wobei die Lage des Industrieroboters (1) mit Roboterlagekoordinaten (R) und Tool-Center-Point (TCP)-Koordinaten beschrieben wird, hat die Schritte: Festlegen des TCP-Koordinatensystems relativ zu den Lagekoordinaten des Werkzeugs (4), wobei die Lagekoordinaten des Werkzeugs (4) den Tool-Center-Point (TCP) für den Industrieroboter (1) bilden; Führen von Werkstück-Basispunkten (By) zu den Sensoren (Sj); und Bestimmen der Lage des Werkstücks (5) durch Transformation der Roboterlagekoordinaten (R) in das TCP-Koordinatensystem und Berechnen der Lage aus den transformierten Roboterlagekoordinaten (R) sowie der bekannten Lage der Sensoren (Sj) zueinander und/oder der bekannten Lage von Sensoren (Sj) zu dem Tool-Center-Point.

Description

Verfahren zur Vermessung der Lage von robotergeführten Werkstücken und Messeinrichtung hierzu
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung der Lage von robotergeführten Werkstücken in Bezug auf ein ortsfest zum Sockel eines Industrieroboters angeordnetes Werkzeug mit optischen Sensoren, die ortsfest in Bezug auf das Werkzeug angeordnet sind, wobei die Lage des Industrieroboters mit Roboterlagekoordinaten und Tool-Center-Point (TCP)- Koordinaten beschrieben wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Messeinrichtung zum Vermessen der Lage von robotergeführten Werkstücken in Bezug auf ein ortsfest zum Sockel eines Industrieroboters angeordnetes Werkzeug mit optischen Sensoren, die ortsfest in Bezug auf das Werkzeug angeordnet sind, wobei die Lage des Industrieroboters mit Roboterlagekoordinaten und Tool-Center- Point (TCP)-Koordinaten beschrieben wird.
Industrieroboter haben zum Anfahren beliebiger Punkte innerhalb eines Arbeitsraumes mehrere miteinander verbundene Arme, einen Handflansch am Ende des letzten Arms der miteinander verketteten Arme und beispielsweise einen Greifer als Werkzeug, das an dem Handflansch angebracht ist.
Die Lage und Orientierung des Handflansches oder des Arbeitspunktes des an dem Handflansch angebrachten Greifers kann in einem ortsfesten robo- terunabhängigen Weltkoordinatensystem oder in einem ortsfesten auf einen Verankerungspunkt des Industrieroboters bezogenen Basiskoordinatensystem erfolgen. Die Beschreibung der Lage der Freiheitsgrade, d. h. der Achsen und der Handorientierung, erfolgt hingegen in Roboterkoordinaten, wobei ausgehend von der Grundachse des Roboters, d. h. des Basiskoordi- natensystems, für jedes Gelenk ein Achsen-Roboterkoordinatensystem definiert ist, das die jeweilige Lage jeder Achse bezogen auf ihre vorhergehende Achse beschreibt. Der Zusammenhang der Achsen- Roboterkoordinatensysteme eines Industrieroboters wird durch definierte Koordinatentransformationen beschrieben. Durch Vorgabe der Lage und der Orientierung des Handflansches oder des Arbeitspunktes eines Werkzeugs im Weltkoordinatensystem können somit durch Koordinatentransformation die Achsen-Robotorkoordinaten berechnet werden, um die einzelnen Achsen des Industrieroboters ansteuern zu können.
Die Lage eines Arbeitspunktes eines Werkzeuges, das an den Handflansch des Industrieroboters angebracht ist, wird, wie beispielsweise in der DE 195 07 561 A1 dargelegt, durch so genannten TCP-Lagekoordinaten beschrieben. Die Programmierung des Industrieroboters erfolgt auf der Basis des Handflansches und der festgelegten TCP-Lagekoordinaten, die als Tool- Center-Point (TCP) bekannt sind. Die TCP-Lagekoordinaten sind ebenso wie die Achsen-Roboterkoordinaten jeweils ein Vektor mit sechs Dimensionen. Die ersten drei Koordinaten definieren die Lage des Arbeitspunktes relativ zu dem Werkzeugbasispunkt des Industrieroboters, d. h. des Befestigungspunktes des Werkzeugs an dem Handflansch. Die anderen drei Koordinaten definieren die Orientierung der Achsen des Arbeitspunktes relativ zu dem Werkzeugbasispunkt.
Wenn nun ein Werkstück von einem Greifer des Industrieroboters aufgenommen und im Raum zu einem Werkzeug verfahren ist, das ortsfest in Bezug auf den Sockel des Industrieroboters angeordnet ist, muss die Lage des Werkstücks genau vermessen werden, damit der Industrieroboter Bearbeitungspunkte an dem Werkstück genau zu dem Werkzeug fahren kann.
Die Vermessung wird herkömmlicherweise, wie beispielsweise in der DE 100 16 963 C2 offenbart ist, mit Hilfe von Kameras durch Aufnehmen und Auswerten von Bildprojektionen des Werkstücks vorgenommen. Dies ist relativ aufwändig.
Aufgabe der Erfindung war es daher, ein verbessertes Verfahren zur Ver- messung der Lage von robotergeführten Werkstücken zu schaffen, das mit geringem Messaufwand eine hochgenaue und schnelle Lagevermessung von Werkstücken ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß gelöst durch die Schritte:
Festlegen des TCP-Koordinatensystems relativ zu den Lagekoordinaten des Werkzeugs, wobei die Lagekoordinaten des Werkzeugs den Tool-Center-Point (TCP) für den Industrieroboter bilden,
Führen von Werkstück-Basispunkten zu den Sensoren und
Bestimmen der Lage des Werkstücks durch Transformation der Roboterlagekoordinaten in das TCP-Koordinatensystem und Berechnen der Lage aus den transformierten Roboterlagekoordinaten, der bekannten
Lage der Sensoren zueinander und der bekannten Lage von Sensoren zu dem Tool-Center-Point.
Erfindungsgemäß wird somit vorgeschlagen, zur Lagevermessung das Werkstück in Bezug auf ortsfeste Sensoren zu verfahren und die Lage auf der Basis der Roboterlagekoordinaten zu bestimmen. Dabei wird die Position der Sensoren auf den Tool-Center-Point des Industrieroboters bezogen, der nicht wie herkömmlich als TCP des Greifers am Handflansch des Industrieroboters, sondern das ortsfest zu dem Sockel des Industrieroboters angeordnete Werkzeug den TCP bildet. Dem Verfahren liegt also der Gedanke zu Grunde, für die Vermessung der Lage eines Werkstücks die Koordinatentransformation umzudrehen und quasi das bewegte Werkstück als festes Weltkoordinatensystem und das ortsfeste Werkzeug mit den ortsfest hierzu angeordneten Sensoren als bewegtes TCP-Koordinatensystem des Industrieroboters festzulegen. Dies führt dazu, dass die Lage des Werkstücks aus transformierten Roboterkoordinaten bestimmt werden kann, ohne dass die absolute Position des Werkstücks im Raum der Sensoren bestimmt werden muss.
Vorzugsweise erfolgt ein Bestimmen von Sollpositionen von Basispunkten eines Kalibrier-Werkstücks durch Führen der Werkstücks-Basispunkte zu den Sensoren so lange, bis jeweils mindestens ein Sensor einen Werkstück- Basispunkt erkannt hat. Dann werden die Sollpositionen als Positionsdifferenz zwischen dem Tool-Center-Point und den transformierten Roboterlage- koordinaten ermittelt. Es wird somit vorgeschlagen, in einer Kalibrierfahrt mit einem optimal eingespannten und ausgerichteten Kalibrier-Werkstück die Differenz eines Sensors zu dem Tool-Center-Point zu bestimmen, der durch das Werkzeug festgelegt wird. Diese Sollpositionen der Sensoren werden als sogenannte Nullpositionen abgespeichert.
Im Folgenden wird die Orientierung des Werkstücks aus der Abweichung der bei der Vermessung entsprechender Werkstück-Basispunkte ermittelten Positionen von den Sollpositionen bestimmt. Die Lage des Werkstücks wird somit als Offset zwischen der tatsächlichen Lage des Werkstücks und einer Soll-Lage eines Kalibrier-Werkstücks von den Sollpositionen bestimmt. Mit anderen Worten wird die Lageabweichung aus der Verschiebung der Werkstück-Basispunkte als quasi Verschiebung der Sensoren im Bezug auf ihre Sollpositionen bestimmt, da das Verfahren in dem TCP-Koordinatensystem bezogen auf die Sensoren durchgeführt wird.
Vorzugsweise in einem zweiten Schritt anschließend auf den vorher beschriebenen Schritt der Bestimmung der Orientierung des Werkstücks wird die Höhenlage des Werkstücks in Bezug auf die durch die Sensoren aufgespannte Ebene bestimmt. Hierzu wird das Werkstück über die Sensoren so lange geführt, bis die Sensoren die Werkstückoberfläche erkannt haben. Die Höhenlage wird aus den transformierten Roboterlagekoordinaten und der bekannten Lage der Sensoren zueinander im TCP-Koordinatensystem berechnet.
Das Werkstück wird also an definierten Punkten durch den Industrieroboter in die Ebene der Sensoren gebracht. Mit den Roboterlagekoordinaten ist dann die Ausrichtung des Werkstücks auf die durch die Sensoren aufgespannte Ebene bekannt. Durch Transformation der Roboterlagekoordinaten in das TCP-Koordinatensystem kann dann wie oben beschrieben eine Verla- gerung der Sensorpositionen zu vorher bestimmten Sollpositionen unmittelbar durch Differenzbildung bestimmt werden, welche die Höhenlageänderung des Werkstücks beschreibt.
Vorzugsweise erfolgt zunächst ein Vermessen von Werkstück- Bezugspunkten, die jeweils an einer Kante des Werkstücks liegen. Anschließend wird dann wie oben beschrieben die Höhenlage des Werkstücks durch Führen definierter Oberflächenpunkte des Werkstücks zu den Sensoren ausgehend von den ermittelten Kantenpositionen vermessen. Da die Position der Oberflächenpunkte zu den Werkstück-Bezugspunkten an den Kanten des Werkstücks als bekannt und korrekt vorausgesetzt wird, kön- nen diese Oberflächenpunkte genau angefahren werden, nachdem vorher eine Kantenvermessung durchgeführt wurde. Dadurch wird sichergestellt, dass die Höhenlage an den vordefinierten Oberflächenpunkten bestimmt wird.
Dabei erfolgt vorzugsweise ein Bestimmen der Lage von Basiskanten des Werkstücks durch Vermessen der Werkstück-Bezugspunkte und Führen des Werkstücks relativ zu den Basiskanten. Die weitere Führung des Werkstücks erfolgt somit auf der Basis der vorher vermessenen Basiskanten.
Als Sensoren werden vorzugsweise drei Lasertriangulationssensoren eingesetzt. Die mindestens drei Sensoren sind insbesondere erforderlich, um eine Höhenmessung durchführen zu können.
Die Aufgabe wird weiterhin durch die gattungsgemäße Messeinrichtung gelöst durch eine Messauswerteeinheit, die mit einer Industrierobotersteuerung gekoppelt und zur Bestimmung der Lage des Werkstücks nach dem oben genannten Verfahren ausgebildet ist. Das Verfahren zur Lagebestimmung und Festlegung des TCP-Koordinatensystems können insbesondere durch Programmieren einer prozessorgestützten Messauswerteeinheit erfolgen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 - perspektivische Skizze eines Industrieroboters mit Werkstück und ortsfest in Bezug auf ein Werkzeug angeordnete Sensoren.
Die Figur 1 lässt einen Industrieroboter 1 erkennen, der mit seinem Sockel 2 auf einer Ebene 3 montiert ist. Auf der Ebene 3 ist ein Werkzeug 4 ortsfest zu dem Sockel 2 angeordnet, um ein von dem Industrieroboter geführ- tes Werkstück 5 zu bearbeiten.
Der Industrieroboter 1 hat in bekannter Weise eine Anzahl von mit Gelenken miteinander verbundenen Arme mit einem Greifer 6 für das Werkstück 5, der an einem Handflansch 7 an dem Ende der miteinander verketteten Arme angeordnet ist.
Der Industrieroboter 1 kann in herkömmlicher Weise durch Koordinaten in einem Weltkoordinatensystem gesteuert werden, das beispielsweise durch die Ebene 3 festgelegt ist. Das Ergebnis der Steuerung ist eine Verlagerung des Greifers 6, der einen in Bezug auf einen Handflansch 7 des Industrieroboters 1 festgelegten Tool-Center-Point (TCP-Lagekoordinaten) hat und ein eigenes TCP-Koordinatensystem aufspannt. Herkömmlicherweise wird bei der Steuerung des Industrieroboters 1 eine Transformation dieses TCP- Koordinatensystems über die jeweiligen Roboterachsen-Koordinatensysteme der aneinander gelenkten Roboterachsen zurück zum Weltkoordinatensystem durchgeführt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Steuerung des Industrieroboters 1 umgekehrt indem das Werkzeug 4 den Tool-Center-Point für den Industrieroboter 1 bildet. Das eigentliche TCP-Koordinatensystem des Greifers 6 wird hingegen als Weltkoordinatensystem ortsfest betrachtet.
In ortsfester Lage zu dem Werkzeug 4 sind mindestens drei Lasertriangula- tions-Sensoren S S2 und S3 vorzugsweise auf der Ebene 3 angeordnet. Die Verlagerung der Sensoren S,, S2 und S3 zu dem Werkzeug 4 beträgt dann Δzvj mit dem Index j = 1 , 2 und 3.
In einer ersten Messfahrt werden Werkstück-Basispunkte B1 , B2, ... Bγ mit dem Index y als ganzer Zahl vermessen, die an den Kanten Kγ des Werkstücks 5 liegen. Hierzu werden die Werkstück-Basispunkte By zu mindestens einem Lasertriangulationssensor Sj geführt. Dabei wird durch Unterbrechen des Laserstrahls erkannt, dass sich der Werkstück-Basispunkt By genau im Messpunkt des Lasertriangulationssensors Sj befindet. Aus der durch das festgelegte TCP-Koordinatensystem bekannten Lage des Sensors Sj sowie aus den bekannten Roboterlagekoordinaten R des Greifers 6 kann dann durch Transformation die Lage des gemessenen Werkstück- Bezugspunktes By in Bezug auf den Tool-Center-Point des Greifers 6 im Koordinatensystem des Greifers 6 berechnet werden.
Anschließend wird das Werkstück 5 ausgehend von den vermessenen Kanten Ky bzw. Werkstück-Basispunkten By derart über die Sensoren Su S2 und S3 verfahren, dass definierte Oberflächenpunkte des Werkstücks, die im bekannten Abstand zu den vermessenen Werkstück-Basispunkte Bγ oder Werkstückkanten Ky liegen, über die Lasertriangulationssensoren S1 # S2 und S3 gebracht werden. Sobald auf diese Weise die Oberflächenpunkte auf die durch die Lasertriangulationssensoren Sj aufgespannte Ebene ausgerichtet sind, werden die Roboterlagekoordinaten des Greifers 6 aufgenommen und in das TCP-Koordinatensystem transformiert. Aus der Lagedifferenz zu der aufgrund der ortsfesten Anordnung der Sensoren Sj zueinander bekannten Soll-Lage wird dann die Höhenlage des Werkstücks 5 bestimmt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in einer Kalibrierfahrt die Lage der Werk- stück-Basispunkte B und die Höhenlage eines optimal in einem Greifer 6 eingespannten und fehlerfreien Kalibrier-Werkstücks vermessen wird. Dabei werden Sollpositionen ermittelt und abgespeichert. Im Betrieb wird dann nur noch die Differenz der gemessenen Positionen zu den Sollpositionen bestimmt und hieraus eine Verschiebung des Werkstücks 5 in Bezug auf ein optimal ausgerichtetes KalibrierWerkstück berechnet. Aus der Verschiebung ergibt sich bei der bekannten Ausrichtung des Kalibrier-Werkstücks dann die Lage des Werkstücks 5.
Der Industrieroboter 1 wird mit einer herkömmlichen Industrierobotersteue- rung 8 angesteuert, an die eine erfindungsgemäße Messauswerteeinheit 9 gekoppelt ist, beispielsweise ein Computer. Die Sensoren Sj sind mit der Messauswerteeinheit 9 verbunden und die Messauswerteeinheit 9 ist ihrerseits mit der Industrierobotersteuerung 8 gekoppelt. Dabei ist die Messauswerteeinheit 9 so programmiert, dass das oben beschriebene Messverfahren ausgeführt werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Vermessung der Lage von robotergeführten Werkstücken (5) in Bezug auf ein ortsfest zum Sockel
(2) eines Industrieroboters (1 ) angeordnetes Werkzeug (4) mit optischen Sensoren (Sj), die ortsfest in Bezug auf das Werkzeug (4) angeordnet sind, wobei die Lage des Industrieroboters (1 ) mit Roboterlagekoordinaten (R) und Tool-Center-Point (TCP)-Koordinaten beschrieben wird, gekennzeichnet durch
Festlegen des TCP-Koordinatensystems relativ zu den Lagekoordinaten des Werkzeugs (4), wobei die Lagekoordinaten des Werkzeugs (4) den Tool-Center-Point (TCP) für den Industrieroboter (1 ) bilden,
Führen von Werkstück-Basispunkten (By) zu den Sensoren (Sj) und
Bestimmen der Lage des Werkstücks (5) durch Transformation der Roboterlagekoordinaten (R) in das TCP-Koordinatensystem und Berechnen der Lage aus den transformierten Roboterlage- koordinaten (R) sowie der bekannten Lage der Sensoren (Sj) zueinander und/oder der bekannten Lage von Sensoren (Sj) zu dem Tool-Center-Point (TCP).
Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch
Bestimmen von Sollpositionen von Basispunkten (By) eine Kalibrier-Werkstücks durch Führen der Werkstück-Basispunkte (By) zu den Sensoren (Sj) bis jeweils mindestens ein Sensor (Sj) ei- nen Werkstück-Basispunkt (By) erkannt hat, und Ermitteln der Sollpositionen als Positionsdifferenz zwischen dem Tool- Center-Point (TCP) und den transformierten Roboterlagekoordinaten (R),
Bestimmen der Orientierung des Werkstücks (5) aus der Abweichung der bei der Vermessung entsprechender Werkstück- Basispunkte (By) ermittelten Positionen von den Sollpositionen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Bestimmen der Höhenlage des Werkstücks (5) in Bezug auf die durch die Sensoren (Sj) aufgespannte Ebene durch Führen des Werkstücks (5) über die Sensoren (Sj) so lange, bis die Sensoren (Sj) die Werkstückoberfläche erkannt haben, und Berechnen der Höhenlage aus den trans- formierten Roboterlagekoordinaten (R) und der bekannten Lage der
Sensoren (Sj) zueinander im TCP-Koordinatensystem.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Vermessen der Orientierung des Werkstücks (5) durch Vermessen von Werkstück-Basispunkten (By), die jeweils an einer
Kante (Ky) des Werkstücks (5) liegen, und anschließendes Vermessen der Höhenlage des Werkstücks (5) durch Führen definierter Oberflächenpunkte des Werkstücks (5) zu den Sensoren ausgehend von den ermittelten Orientierung.
Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Bestimmen der Lage von Basiskanten (Ky) des Werkstücks (5) durch Vermessen der Werkstück-Bezugspunkte (By) und Führen des Werkstücks (5) relativ zu den Basiskanten (Ky). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensoren (Sj) mindestens drei Lasertriangulationssensoren eingesetzt werden.
Messeinrichtung zur Vermessung der Lage von robotergeführten
Werkstücken (5) in Bezug auf ein ortsfest zum Sockel (2) eines Industrieroboters (1 ) angeordnetes Werkzeug (4) mit optischen Sensoren (Sj), die ortsfest in Bezug auf das Werkzeug (4) angeordnet sind, wobei die Lage des Industrieroboters (1 ) mit Roboterlagekoordinaten (R) und Tool-Center-Point (TCP)-Koordinaten beschrieben wird, gekennzeichnet durch eine Messauswerteeinheit (9), die mit einer Industrierobotersteuerung (8) gekoppelt und zur Bestimmung der Lage des Werkstücks (4) durch Transformation der Roboterlagekoordinaten (R) in das TCP-Koordinatensystem und Berechnen der Lage aus dem transformierten Roboterlagekoordinaten (R) sowie der bekannten Lage der Sensoren (Sj) zueinander und/oder der bekannten Lage von Sensoren (Sj) zu den Tool-Center-Point (TCP)-Koordinaten ausgebildet ist, wobei das TCP-Koordinatensystem relativ zu den Lagekoordinaten des Werkzeugs (4) festgelegt ist und die Lagekoordinaten des Werkzeugs (4) den Tool-Center-Point (TCP) für den Industrieroboter
(1 ) bilden.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004044590A1 (de) * 2004-09-13 2006-03-30 Behr Gmbh & Co. Kg Messvorrichtung, insbesondere zum Einstellen eines Werkzeugs eines Bearbeitungszentrums oder einer Roboteranlage
DE102006043810A1 (de) * 2006-09-13 2008-03-27 Hauni Maschinenbau Ag Bestimmung einer Bobinenkernmitte bei einer Bobinenhandhabungsvorrichtung
DE102007056773B4 (de) * 2007-11-23 2015-08-13 Kuka Roboter Gmbh Verfahren zum automatischen Bestimmen eines virtuellen Arbeitspunktes
GB201009219D0 (en) 2010-06-02 2010-07-21 Airbus Operations Ltd Aircraft component manufacturing method and apparatus

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4402053A (en) * 1980-09-25 1983-08-30 Board Of Regents For Education For The State Of Rhode Island Estimating workpiece pose using the feature points method
US6317953B1 (en) * 1981-05-11 2001-11-20 Lmi-Diffracto Vision target based assembly
US4727471A (en) * 1985-08-29 1988-02-23 The Board Of Governors For Higher Education, State Of Rhode Island And Providence Miniature lightweight digital camera for robotic vision system applications
JPH0615589A (ja) * 1992-07-03 1994-01-25 Daihen Corp 産業用ロボット制御装置
DE19507561A1 (de) * 1994-03-09 1995-09-14 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überschleifen bei numerisch gesteuerten Maschinen
US5939611A (en) * 1998-02-24 1999-08-17 Data I/O Corporation Method and system for calibrating a device handler
DE10002230A1 (de) * 2000-01-20 2001-07-26 Msc Mes Sensor Und Computertec Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Roboterführung
DE10016963C2 (de) * 2000-04-06 2002-02-14 Vmt Vision Machine Technic Gmb Verfahren zur Bestimmung der Position eines Werkstücks im 3D-Raum
DE10023172C5 (de) * 2000-05-11 2007-01-04 Lap Gmbh Laser Applikationen Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Unrundheit von länglichen Werkstücken

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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