EP1809445A1 - Verfahren und system zur winkelsynchronisation - Google Patents

Verfahren und system zur winkelsynchronisation

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Publication number
EP1809445A1
EP1809445A1 EP05799201A EP05799201A EP1809445A1 EP 1809445 A1 EP1809445 A1 EP 1809445A1 EP 05799201 A EP05799201 A EP 05799201A EP 05799201 A EP05799201 A EP 05799201A EP 1809445 A1 EP1809445 A1 EP 1809445A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
working means
action
angle
working
directions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05799201A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roland Hessert
Wilhelm Satzger
Jürgen Bosse
Bernhard Thaler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MTU Aero Engines AG
Original Assignee
MTU Aero Engines GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MTU Aero Engines GmbH filed Critical MTU Aero Engines GmbH
Publication of EP1809445A1 publication Critical patent/EP1809445A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
    • G01B11/27—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes
    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00—Apparatus or devices for radiation diagnosis; Apparatus or devices for radiation diagnosis combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/44—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis
    • A61B6/4429—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units
    • A61B6/4458—Constructional features of apparatus for radiation diagnosis related to the mounting of source units and detector units the source unit or the detector unit being attached to robotic arms
    • 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
    • B25J9/1682—Dual arm manipulator; Coordination of several manipulators

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for the angular synchronization of at least two movable working means in a predetermined common point of action.
  • the working means may be robot-guided tools or radiation transmitters or receivers of, for example, X-ray radiation.
  • angle synchronization In the interaction of different working means, the synchronization of the angles between these two working means (angle synchronization) is of particular importance.
  • Typical six-axis robots used in production for guiding the workpieces each achieve an absolute accuracy of ⁇ 0.5 mm when approaching a point and an angular accuracy of +/- 0.03 ° in their own coordinate system.
  • this accuracy can not hitherto be achieved since the individual coordinate systems of the robots are difficult to coordinate with one another.
  • a movement chain is typically realized via a fixed transfer point. However, this is associated with a high expenditure of time and can be achieved in the case of direct interaction.
  • the object of the present invention is therefore to propose a highly accurate angle synchronization of at least two movable working means.
  • the exact intermediate angle can be determined in the common coordinate system and set to a desired value.
  • a controller which detects the measured variables, in particular the efficiencies of the working means, which are for example represented by projection on the surface of the component and recorded by cameras with a connected image processing system, and the angle between the effective directions From this, calculate the positions of the directions of action of the tools relative to one another and, if necessary, readjust iteratively if necessary by means of suitable control commands to the actuators or robots of the movable working means.
  • a highly precise angular synchronization of +/- 0.001 ° in the common coordinate system can be achieved.
  • the angle measurement is carried out according to a preferred variant of the method according to the invention in a plane which is precisely defined for each working means with respect to its effective direction.
  • this can be achieved, in particular, by the fact that the angle measuring device fixed to a working means is aligned in a defined manner with respect to the direction of action of the respective working means.
  • the angle measurement takes place in the plane spanned by the effective directions of the working means combined in the point of action or a plane parallel thereto because the angle measurement then directly determines the angle between the relevant effective directions in the common working plane of the working means Tel defines. This level of action is particularly important in the case of radiation transmitters and receivers tuned to one another.
  • the angle measurement is performed by detecting a light beam transmitted from one working means to the other working means and reflected back.
  • This measurement method leads to a high relative accuracy in the determination of the angle and the working plane.
  • two Drehverstellvoriquesen can be used, which are defined in definier ⁇ ter way each on a working means, mindes ⁇ least one rotary adjustment unit a reflective surface, for example. A mirror positioned to reflect the light beam.
  • the detection of the reflected light beam can take place with an autocollimation telescope and / or at least one interferometer with retroreflector.
  • the retroreflector interferometer With the retroreflector interferometer, the positional deviation of the reflected beam can also be measured.
  • the use of two interferometers, each with a retroreflector, can also be advantageous in order to measure in each case also the positional deviation of the reflected beam.
  • a first and a second areal beam in particular of visible light
  • a first and a second areal beam in particular of visible light
  • the two light sources for generating the planar beams and the working means are adjusted in such a way that the line of intersection or section line of the plane rays coincides with the direction of action of the working medium.
  • the point of action can be marked on a component itself, for example by a cross. This can be projected on, predefined on the component or otherwise marked. To monitor whether the directions of action of all parts are merged in the point of action, it can be determined, for example with a camera, whether the cross characterizing the point of action is aligned with the crosses representing the effective directions.
  • the invention also relates to a system for angle synchronization mit ⁇ means of two movable working means, in particular robot-guided tools or robot-guided radiation emitter or receiver, for example.
  • each of the working means has a device for displaying its effective direction.
  • a particular optical angle measuring system for measuring the angle between the effective directions of the first working means and the second working means are provided. With a device for merging the effective directions of the first working means and the second working means at the point of action and to check the angle between the Wirkrichtun ⁇ gene angle synchronization is achieved.
  • this device can be provided in the form of a controller which identifies the laser crosses indicating the effective direction of the working means on the surface of the component by means of an image processing system, optically measures the angle between the working units, the position of the effective directions of the working means by linking all detected measured variables calculated to each other and readjusted if necessary by appropriate control commands to the actuators or robots of the movable Hä ⁇ medium.
  • the angle measuring system can have a beam guidance from one working means to the other working means, wherein the direction of action of each working means extends in particular in the plane spanned by the beam guidance or in a plane parallel thereto.
  • the angle measuring system has at least one working means on a mirror or the like mirrored on a Drehverstellvorraum surface. From the rotational adjustment, the controller can then determine the angle between the tools exactly.
  • an autocollimation telescope and / or an interferometer with retro-reflector can be provided according to the invention on at least one working means.
  • the device for displaying the direction of action of the working medium can have two light sources for generating beams with a planar extension, which cuts in the working direction of the working medium.
  • a camera system for recording the projection of the beams and the point of action can be provided in order to check, for example, by means of image processing, the superimposition of the beams for representing the effective direction of the working means and of the point of action.
  • FIG. 1 shows schematically the system according to the invention for angle synchronization in a three-dimensional view
  • FIG. 2 schematically shows the positions of the effective directions of the working means in the system according to FIG. 1 and FIG.
  • Fig. 3 shows the angle measuring system according to the invention for the Winkelsynchroni ⁇ organization in detail.
  • the system for angle synchronization has two working means 2, 2 ', which are mounted on six-axis robots 11, 11'.
  • the effective directions 1, 1 'of the working means 2, 2' are to be brought together in a common point of action 4 on the component 5. They should include among themselves the angle ⁇ .
  • the effective directions 1, 1 ' are intended to run in the common working plane 3.
  • the interaction of the directions of action 1, 1 'of the working means 2, 2' in the point of action 4 on the component 5 at the angle a can be seen in detail from the three-dimensional view of FIG.
  • an optical angle measuring system 6 is arranged on the working means 2, 2 '.
  • Wirkrich ⁇ lines 1, 1 ' can be monitored by means of a camera 7, which can also be fixed to a working means 2 and is connected to a Schmauswer ⁇ processing system, which optionally the robots 11, 11' to readjust the alignment of the working means 2, 2 '.
  • the angle measuring system 6 forms a beam guide 9 between its attached to each working means 2, 2 'components.
  • Both Drehverstellvortechnischen 6c, 6c 1 are arranged to the effective directions 1, 1 'such that the beam guide 9 and the effective directions 1, 1' each lie in a common plane or in parallel planes.
  • a further mirror 6a ' is provided on the working means 2 in order to guide the beam extending in the beam guide 9 between the working means 2, 2' into an autocollimating telescope 6b '.
  • the beam guide 9 can be adjusted so ein ⁇ that the reflected back and forth beam is submit ⁇ in itself. Based on the settings of Drehverstellvortechniken 6c, 6c 'can then be closed to the angle ⁇ between the effective directions 1, 1' of the working means, since the effective directions 1, 1 'are known relative to the angle measuring system 6.
  • each device 8 has two light sources for generating beams with a planar extension whose light planes overlap.
  • the intersection line or intersecting line of these two light planes is set up by means 8 in accordance with the effective direction 1, 1 'of the component 2, 2', so that the effective direction 1, 1 'is visible in each case and in the form of a cross on the Surface of the component 5 is projected.

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Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System zur Winkelsynchronisation mindestens zweier bewegbarer Arbeitsmittel (2, 2') in einem vorgegebenen Wirkpunkt (4) beschrieben, bei denen es sich insbesondere um robotergeführte Werkzeuge oder robotergeführte Strahlungssender bzw. -empfänger handelt. Für eine genaue Winkelsynchronisation ist vorgesehen, dass die Wirkrichtungen (1, 1') der Arbeitsmittel (2, 2') insbesondere kontinuierlich dargestellt, erfasst und in einem vorgegebenen Wirkpunkt (4) zusammengeführt werden, wobei der Winkel (a) zwischen den Wirkrichtungen (1, 1') der Arbeitsmittel (2, 2') durch eine insbesondere optische Winkelmessung bestimmt und auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.

Description

Verfahren und System zur Winkelsynchronisation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Winkelsynchro¬ nisation mindestens zweier bewegbarer Arbeitsmittel in einem vorgegebe¬ nen gemeinsamen Wirkpunkt. Die Arbeitsmittel können robotergeführte Werkzeuge oder Strahlungssender bzw. -empfänger von bspw. Röntgenstrah¬ lung sein.
Bei der Entwicklung, Fertigung und Prüfung moderner Produkte werden hohe Anforderungen an die eingesetzten Technologien gestellt, um die gewünschte Herstellungsgenauigkeit erreichen zu können. Ein Beispiel für derartige Produkte mit höchsten Anforderungen an die Produktionsge¬ nauigkeit sind bspw. Turbinentriebwerke. Insbesondere im Bereich der Fertigungs- und Prüftechnik kommt der Positionierbarkeit von Werkzeugen oder Messgeräten, bspw. Röntgendiffraktometern, relativ zu den Bautei¬ len eine entscheidende Bedeutung zu. Um eine hohe Produktgualität bei wirtschaftlichen Herstellungsverfahren zu erreichen, ist die Synchroni¬ sation verschieden bewegbarer Arbeitsmittel in einem Arbeitsablauf besonders wichtig. Diese erreicht man durch Festlegen von Zeitabstän¬ den, Distanzen und Winkeln zwischen den und während der Aktionen der jeweiligen bewegbaren Arbeitsmittel.
Bei dem Zusammenwirken verschiedener Arbeitsmittel ist die Synchronisa¬ tion der Winkel zwischen diesen beiden Arbeitsmitteln (Winkelsynchroni¬ sation) von besonderer Bedeutung. Typische in der Produktion eingesetz¬ te, sechsachsige Roboter zur Führung der Arbeitsmittel erreichen je¬ weils in ihrem eigenen Koordinatensystem eine absolute Genauigkeit von +/- 0,5 mm beim Anfahren eines Punktes und eine Winkelgenauigkeit von +/- 0,03°. Diese Genauigkeit lässt sich bei einer räumlichen Synchroni¬ sation mehrerer Roboter bisher allerdings nicht erreichen, da die eige¬ nen Koordinatensysteme der Roboter nur schwierig aufeinander abzustim¬ men sind. Wenn produktionstechnisch hochgenaue Bewegungen von zwei Robotern nötig sind, wird typischerweise eine Bewegungskette über eine ortsfeste Übergabestelle realisiert. Dies ist jedoch mit einem hohen Zeitaufwand verbunden und lässt sich bei dem unmittelbaren Zusammenwir- ken zweier Arbeitsmittel, bspw. bei aufeinander abgestimmten Strah¬ lungssendern und -empfängern, mit Robotern nicht erreichen. Hochgenaue Produktions- und Messanlagen werden daher in der Regel aus festen Line¬ ar- und Drehachsen aufgebaut. Anlagen mit einem solchen konventionellen Aufbau sind jedoch weniger flexibel und erfordern einen höheren War¬ tungsaufwand als robotergeführte Anlagen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine hoch¬ genaue Winkelsynchronisation mindestens zweier bewegbarer Arbeitsmittel vorzuschlagen.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 im Wesentlichen dadurch gelöst, dass die Wirkrichtungen der Arbeitsmittel insbesondere kontinuierlich darge¬ stellt, erfasst und in einem vorgegebenen Wirkpunkt zusammengeführt werden, wobei der Winkel zwischen den Wirkrichtungen der Arbeitsmittel durch eine insbesondere optische Winkelmessung bestimmt und auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird. Indem die Wirkrichtungen für jedes der zu synchronisierenden Arbeitsmittel bspw. durch eine kontinuierli¬ che Projektion der Wirkrichtungen dargestellt werden, können die Wirk¬ richtungen der Arbeitsmittel mit hoher Genauigkeit in einem bestimmten Raumpunkt (Wirkpunkt) zusammengeführt und damit die Koordinatensysteme in Übereinstimmung gebracht werden. Dadurch lässt sich im gemeinsamen Koordinatensystem eine Genauigkeit von +/- 0,01 mm erreichen. Durch die direkte Winkelmessung zwischen den Arbeitsmitteln kann dann der genaue Zwischenwinkel in dem gemeinsamen Koordinatensystem bestimmt und auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch eine Steuerung, welche die Messgrößen, insbesondere die Wirkrich¬ tungen der Arbeitsmittel, die bspw. durch Projektion auf der Oberfläche des Bauteils dargestellt und mittels Kameras mit angeschlossenem Bild¬ verarbeitungssystem aufgenommen werden, und der Winkel zwischen den Wirkrichtungen erfasst, um daraus die Lagen der Wirkrichtungen der Werkzeuge zueinander zu berechnen und bei Bedarf durch geeignete Stell- befehle an die Stellglieder oder Roboter der bewegbaren Arbeitsmittel gegebenenfalls iterativ nachzuregeln. Dadurch lässt sich eine hochge¬ naue Winkelsynchronisation von +/- 0,001° in dem gemeinsamen Koordina¬ tensystem erreichen. Um eine einfache und genaue WinkelbeStimmung zu ermöglichen, wird die Winkelmessung gemäß einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ebene durchgeführt, welche für jedes Arbeitsmittel in Bezug auf seine Wirkrichtung genau definiert ist. Dies kann bei einem optischen Messverfahren insbesondere dadurch erreicht werden, dass die an einem Arbeitsmittel festgelegte Winkelmesseinrichtung defi¬ niert zu der Wirkrichtung des jeweiligen Arbeitsmittels ausgerichtet ist. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Winkelmessung in der durch die in dem Wirkpunkt zusammengeführten Wirkrichtungen der Ar¬ beitsmittel aufgespannten Ebene oder einer dazu parallelen Ebene er¬ folgt, weil die Winkelmessung dann unmittelbar den Winkel zwischen den relevanten Wirkrichtungen in der gemeinsamen Wirkebene der Arbeitsmit¬ tel definiert. Diese Wirkebene ist insbesondere bei aufeinander abge¬ stimmten Strahlungssendern und -Empfänger wichtig.
Bei einer einfachen Möglichkeit zur optischen Winkelbestimmung erfolgt die Winkelmessung durch Erfassung eines von dem einen Arbeitsmittel zu dem anderen Arbeitsmittel gesendeten und zurück reflektierten Licht¬ strahls. Diese Messmethode führt zu einer hohen relativen Genauigkeit bei der Bestimmung des Winkels und der Wirkebene. Dazu können insbeson¬ dere zwei Drehverstellvorrichtungen verwendet werden, die in definier¬ ter Weise jeweils an einem Arbeitsmittel festgelegt sind, wobei mindes¬ tens eine Drehstelleinheit eine spiegelnde Fläche, bspw. einen Spiegel, zur Reflektion des Lichtstrahls positioniert.
Erfindungsgemäß kann die Erfassung des reflektierten Lichtstrahls mit einem Autokollimationsfernrohr und/oder mindestens einem Interferometer mit Retroreflektor erfolgen. Mit dem Retroreflektor-Interferometer kann auch die Ortsabweichung des reflektierten Strahls gemessen werden. Vorteilhaft kann auch der Einsatz von zwei Interferometern mit je einem Retroreflektor sein, um jeweils auch die Ortsabweichung des reflektier¬ ten Strahls zu messen.
Zur Darstellung der Wirkrichtung eines Arbeitsmittels können erfin¬ dungsgemäß ein erster und ein zweiter flächiger Strahl insbesondere aus sichtbarem Licht bspw. mit Laserliniengeneratoren gebildet werden, die sich in der Wirkrichtung des Arbeitsmittels überschneiden und in der Projektion auf dem Bauteil bspw. ein Kreuz ergeben. Dabei kann es vor¬ teilhaft sein, in dem Strahlengang der von den Laserliniengeneratoren erzeugten flächigen Strahlen (Laserlinie) rotierende transparente Scheiben oder Quader anzuordnen. Aufgrund des dadurch entstehenden wechselnden Parallaxenversatzes können die Speckle-Effekte drastisch reduziert werden, die bei der Beleuchtung von diffus reflektierenden, rauen Oberflächen auftreten, weil Rauigkeitsspitzen nach dem Huygen- schen-Prinzip als Ausgangspunkte für neue Elementarwellen dienen, die sich rein zufällig im Raum ausbreiten und verlagern. Indem zwei sich in der Wirkrichtung des Arbeitsmittels schneidende, flächig aufgeweitete Strahlen bzw. Lichtebenen erzeugt werden, ist es möglich, ihre Licht¬ quellen außerhalb der Wirklinie des Arbeitsmittels anzuordnen und den¬ noch kontinuierlich die Wirkrichtung des Arbeitsmittels darzustellen. Dazu werden die beiden Lichtquellen zur Erzeugung der flächigen Strah¬ len und das Arbeitsmittel entsprechend so einjustiert werden, dass die Schnittgerade bzw. Schnittlinie der flächigen Strahlen mit der Wirk¬ richtung des Arbeitsmittel zusammenfällt.
Der Einfachheit halber kann der Wirkpunkt auf einem Bauteil selbst gekennzeichnet sein, bspw. durch ein Kreuz. Dieses kann aufprojiziert, fest auf dem Bauteil vorgegeben oder anders gekennzeichnet sein. Zur Überwachung, ob die Wirkrichtungen aller Teile in dem Wirkpunkt zusam¬ mengeführt sind, kann bspw. mit einer Kamera festgestellt werden, ob das den Wirkpunkt kennzeichnende Kreuz mit den die Wirkrichtungen dar¬ stellenden Kreuzen in Übereinstimmung gebracht sind.
Die Erfindung betrifft auch ein System zur Winkelsynchronisation mit¬ tels zweier bewegbarer Arbeitsmittel, insbesondere robotergeführter Werkzeuge oder robotergeführter Strahlungssender bzw. -empfänger bspw. von Röntgenstrahlen, in einem Wirkpunkt, mit dem das vorbeschrieben Verfahren durchgeführt werden kann. Dazu weist jedes der Arbeitsmittel eine Einrichtung zur Darstellung seiner Wirkrichtung auf. Ferner sind ein insbesondere optisches WinkelmessSystem zur Messung des Winkels zwischen den Wirkrichtungen des ersten Arbeitsmittels und des zweiten Arbeitsmittels vorgesehen. Mit einer Einrichtung zum Zusammenführen der Wirkrichtungen des ersten Arbeitsmittels und des zweiten Arbeitsmittels im Wirkpunkt und zur Überprüfung des Winkels zwischen den Wirkrichtun¬ gen wird die Winkelsynchronisation erreicht. Diese Einrichtung kann erfindungsgemäß in Form einer Steuerung vorgesehen sein, die mittels eines Bildverarbeitungssystems die die Wirkrichtung der Arbeitsmittel anzeigenden Laserkreuze auf der Oberfläche des Bauteils identifiziert, den Winkel zwischen den Arbeitseinheiten optisch vermisst, durch Ver¬ knüpfung aller erfassten Messgrößen die Lage der Wirkrichtungen der Arbeitsmittel zueinander berechnet und bei Bedarf durch entsprechende Stellbefehle an die Stellglieder oder Roboter der bewegbaren Arbeits¬ mittel nachregelt.
Erfindungsgemäß kann das Winkelmesssystem eine Strahlführung von einem Arbeitsmittel zu dem anderen Arbeitsmittel aufweisen, wobei die Wirk¬ richtung jedes Arbeitsmittels insbesondere in der durch die Strahlfüh¬ rung aufgespannten oder einer dazu parallelen Ebene verläuft. In einer einfachen Ausgestaltung weist das Winkelmesssystem an mindestens einem Arbeitsmittel einen auf einer Drehverstellvorrichtung angeordneten Spiegel oder dergleichen spiegelnde Fläche auf. Aus der Dreheinstellung kann die Steuerung dann den Winkel zwischen den Arbeitsmitteln genau bestimmen. Dazu kann erfindungsgemäß an mindestens einem Arbeitsmittel ein Autokollimationsfernrohr und/oder ein Interferometer mit Retro- reflektor vorgesehen sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems kann die Einrichtung zur Darstellung der Wirkrichtung des Arbeitsmit¬ tels zwei Lichtquellen zur Erzeugung von Strahlen mit flächiger Ausdeh¬ nung aufweisen, welche sich in Wirkrichtung des Arbeitsmittels schnei¬ den. Ferner kann ein Kamerasystem zur Aufnahme der Projektion der Strahlen und des Wirkpunktes vorgesehen sein, um das Übereinanderliegen der Strahlen zur Darstellung der Wirkrichtung des Arbeitsmittels sowie des Wirkpunktes bspw. mittels einer Bildverarbeitung zu überprüfen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbei¬ spiels und der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von Ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbezügen.
Es zeigen:
Fig. 1 schematisch das erfindungsgemäße System zur Winkelsynchronisa¬ tion in einer dreidimensionalen Ansicht;
Fig. 2 schematisch die Positionen der Wirkrichtungen der Arbeitsmit¬ tel in dem System gemäß Fig. 1 und
Fig. 3 das erfindungsgemäße Winkelmesssystem für die Winkelsynchroni¬ sation im Detail .
Gemäß Fig. 1 weist das System zur Winkelsynchronisation zwei Arbeits¬ mittel 2, 2' auf, die an sechsachsigen Robotern 11, 11' montiert sind. Die Wirkrichtungen 1, 1' der Arbeitsmittel 2, 2' sollen in einem ge¬ meinsamen Wirkpunkt 4 auf dem Bauteil 5 zusammengeführt werden. Dabei sollen sie untereinander den Winkel α einschließen. Die Wirkrichtungen 1, 1' sollen dabei in der gemeinsamen Wirkebene 3 verlaufen. Das Zusam¬ menlaufen der Wirkrichtungen 1, 1' der Arbeitsmittel 2, 2' in dem Wirk¬ punkt 4 auf dem Bauteil 5 unter dem Winkel a kann der dreidimensionalen Ansicht von Fig. 2 im Detail entnommen werden. Zur Feststellung des Winkel α ist an den Arbeitsmitteln 2, 2' ein optisches Winkelmesssystem 6 angeordnet.
Das Zusammenlaufen der auf dem Bauteil 5 sichtbar gemachten Wirkrich¬ tungen 1, 1' kann mittels einer Kamera 7 überwacht werden, die auch an einem Arbeitsmittel 2 festgelegt sein kann und mit einem Bildauswer¬ tungssystem verbunden ist, welches gegebenenfalls die Roboter 11, 11' zur Ausrichtung der Arbeitsmittel 2, 2' nachregelt.
Anhand von Fig. 3 werden nachfolgend das Winkelmesssystem 6 und die Ausrichtungen der Wirkrichtungen 1, 1' im Detail beschrieben.
Das Winkelmesssystem 6 bildet eine Strahlführung 9 zwischen seinen an jedem Arbeitsmittel 2, 2' angebrachten Komponenten aus. Dazu ist an dem Arbeitsmittel 2 eine Drehverstellvorrichtung 6c1 mit einem Spiegel 6a' vorgesehen, welche mit einer entsprechenden Drehverstellvorrichtung 6c mit einem Spiegel 6a korrespondiert, die an dem anderen Arbeitsmittel 2' angeordnet ist. Beide Drehverstellvorrichtungen 6c, 6c1 sind zu den Wirkrichtungen 1, 1' derart angeordnet, dass die Strahlführung 9 und die Wirkrichtungen 1, 1' jeweils in einer gemeinsamen Ebene oder in parallelen Ebenen liegen. An dem Arbeitsmittel 2 ist ferner ein weite¬ rer Spiegel 6a' vorgesehen, um den in der Strahlführung 9 zwischen den Arbeitsmitteln 2, 2' verlaufenden Strahl in ein Autokollimationsfern- rohr 6b' zu lenken. Durch das Autokollimationsfernrohr 6b' und die Drehverstellvorrichtungen 6c, 6c' kann die Strahlführung 9 derart ein¬ justiert werden, dass der hin und her reflektierte Strahl in sich abge¬ bildet wird. Anhand der Einstellungen der Drehverstellvorrichtungen 6c, 6c' kann dann auf den Winkel α zwischen den Wirkrichtungen 1, 1' der Arbeitsmittel geschlossen werden, da die Wirkrichtungen 1, 1' relativ zu dem Winkelmesssystem 6 bekannt sind.
Zur Winkelsynchronisation der Wirkrichtungen 1, 1' werden die Wirkrich¬ tungen 1, 1' mit Einrichtungen 8 dargestellt, welche an den Arbeitsmit¬ teln 2, 2' festgelegt sind. Dazu weist jede Einrichtung 8 zwei Licht¬ quellen zur Erzeugung von Strahlen mit flächiger Ausdehnung auf, deren Lichtebenen sich überschneiden. Die Schnittlinie bzw. Schnittgerade dieser beiden Lichtebenen wird mittels der Einrichtung 8 in Überein¬ stimmung mit der Wirkrichtung 1, 1' des Bauteils 2, 2' eingerichtet, so dass die Wirkrichtung 1, 1' jeweils sichtbar ist und in Form eines Kreuzes auf die Oberfläche des Bauteils 5 projiziert wird. Über die Kamera 7 werden die aktuellen Positionen der durch die Projektion 10, 10' der Wirkrichtungen 1, 1' auf dem Bauteil 5 erzeugten Kreuze erfasst und in der beschrieben Weise zur Winkelsynchronisation in dem Wirkpunkt 4 zusammengeführt. Weil die Wirkrichtungen 1, 1' mit den Einrichtungen 8 kontinuierlich dargestellt werden, ist eine kontinuierliche Synchro¬ nisation der Arbeitsmittel 2, 2' auf diese Weise einfach handhabbar.
Dadurch wird der Aufbau schneller, wartungsfreundlicher Produktions¬ und Messanlagen mit einer hochgenauen Winkelsynchronisation möglich, die deutlich flexibler sind als konventionell aufgebaute Anlagen mit festen Linear- und Drehachsen, die bisher zur Erreichung einer hohen Synchronisationsgenauigkeit notwendig waren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Winkelsynchronisation mindestens zweier bewegbarer Arbeitsmittel (2, 2'), insbesondere robotergeführter Werkzeuge oder robotergeführter Strahlungssender bzw. -empfänger, in einem vorgegebe¬ nen Wirkpunkt (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkrichtungen (1, 1') der Arbeitsmittel (2, 2') insbesondere kontinuierlich dargestellt, erfasst und in einem vorgegebenen Wirkpunkt (4) zusammengeführt werden, wobei der Winkel (α) zwischen den Wirkrichtungen (1, 1') der Arbeits¬ mittel (2, 2') durch eine insbesondere optische Winkelmessung bestimmt und auf einen vorgegebenen Wert eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Win¬ kelmessung in einer Ebene (3) durchgeführt wird, welche für jedes Ar¬ beitsmittel (2, 2') in Bezug auf seine Wirkrichtung (1, 1') genau defi¬ niert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelmessung durch Erfassen eines von dem einem Arbeitsmittel (2) zu dem anderen Arbeitsmittel (2') gesendeten und zurück reflektierten Lichtstrahls erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Er¬ fassung des reflektierten Lichtstrahls mit einem Autokollimationsfern- rohr (6b1) und/oder mindestens einem Interferometer mit Retroreflektor erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass zur Darstellung der Wirkrichtung (1, 1') eines Ar- beitsmittels (2, 2') ein erster und ein zweiter flächiger Strahl insbe¬ sondere aus sichtbarem Licht gebildet werden, die sich in der Wirkrich¬ tung (1, 1') des Arbeitsmittels (2, 2') überschneiden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass der Wirkpunkt (4) auf einem Bauteil (5) insbesondere durch ein Kreuz gekennzeichnet wird.
7. System zur Winkelsynchronisation mindestens zweier bewegbarer Ar¬ beitsmittel (2, 2') , insbesondere robotergeführter Werkzeuge oder robo¬ tergeführter Strahlungssender bzw. -empfänger, in einem Wirkpunkt (4) , insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Arbeitsmittel (2, 2') eine Einrichtung (8) zur Darstellung seiner Wirkrichtung (1, 1') auf¬ weist, dass ein insbesondere optisches Winkelmesssystem (6) zur Messung des Winkel (α) zwischen den Wirkrichtungen (1, 1') des ersten Arbeits¬ mittels (2) und des zweiten Arbeitsmittels (2') vorgesehen ist und dass eine Einrichtung zum Zusammenführen der Wirkrichtungen (1, 1') des ersten Arbeitsmittels (2) und des zweiten Arbeitsmittels (2') im Wirk¬ punkt (4) und zur Überprüfung des Winkels (α) zwischen den Wirkrichtun¬ gen (1, 1') vorgesehen ist.
8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkel¬ messsystem (6) eine Strahlführung (9) von einem Arbeitsmittel (2) zu dem anderen Arbeitsmittel {2') aufweist, wobei die Wirkrichtung (1, 1') jedes Arbeitsmittels (2, 2') insbesondere in der durch die Strahlfüh¬ rung (9) aufgespannten oder einer dazu parallelen Ebene verläuft.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Winkel¬ messsystem (6) an mindestens einem Arbeitsmittel (2, 2') einen auf einer Drehverstellvorrichtung (6c, 6c') angeordneten Spiegel (6a, 6a') oder eine spiegelnde Fläche aufweist.
10. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Arbeitsmittel (2') ein Autokollimationsfern- rohr (6b') und/oder ein Interferometer mit Retroreflektor vorgesehen ist.
11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (8) zur Darstellung der Wirkrichtung (1, I1) des Arbeitsmittels (2, 2') zwei Lichtquellen zur Erzeugung von Strahlen mit flächiger Aufweitung, welche sich in Wirkrichtung (1, I1) des Arbeits¬ mittels (2, 2') schneiden, sowie ggf. ein Kamerasystem (7) zur Aufnahme der Projektion (10, 10') der Strahlen und des Wirkpunkts (4) aufweist.
EP05799201A 2004-10-15 2005-10-07 Verfahren und system zur winkelsynchronisation Withdrawn EP1809445A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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