VERFAHREN UND ROBOTERSYSTEM ZUR NUTZUNG EINES INDUSTRIEROBOTERS FÜR PRÜFAUFGABEN Gebiet der Erfindung METHOD AND ROBOT SYSTEM FOR USING AN INDUSTRIAL ROBOT FOR TEST TESTING Field of the Invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Robotersystem, welches dazu eingerichtet ist, die korrekte Anordnung von Bauteilen vor, während und/oder nach einem Montageprozess, vorzugsweise in einer Fertigungslinie autonom zu überprüfen. The present invention relates to a method and a robot system which is set up to autonomously check the correct arrangement of components before, during and / or after an assembly process, preferably in a production line.
Technischer Hintergrund Technical background
Roboter, und insbesondere Industrieroboter, werden für verschiedene Arbeitsprozesse in beispielsweise der Montage oder Fertigung im industriellen Umfeld eingesetzt. Ein Industrieroboter ist ein automatisch gesteuerter frei programmierbarer Manipulator, der in drei oder mehr Achsen programmierbar ist. Industrieroboter können dabei beweglich oder an einem festen Ort eingesetzt werden. Robots, and in particular industrial robots, are used for various work processes in, for example, assembly or production in an industrial environment. An industrial robot is an automatically controlled, freely programmable manipulator that can be programmed in three or more axes. Industrial robots can be used mobile or in a fixed location.
Ein Gelenkarmroboter, oder Knickarmroboter, ist ein dreidimensional beweglicher Industrieroboter, welcher aus mehreren Drehgelenken aufgebaut ist. Üblicherweise sind die Drehgelenke mit Armgliedern verbunden, und weiterhin ist jedes Drehgelenk durch eine Gelenkachse ausgezeichnet. Typischerweise weisen Gelenkarmroboter zumindest sechs Gelenke auf. Die Ausstattung mit weiteren Gelenken, bzw. Achsen erhöht die Flexibilität des Roboters. Neben Drehgelenken können auch lineare Achsen zum Einsatz kommen. An articulated robot, or articulated robot, is a three-dimensional mobile industrial robot, which is composed of several hinges. Usually, the hinges are connected to arm members, and further, each hinge is characterized by a hinge axis. Typically, articulated arm robots have at least six joints. Equipping with additional joints or axes increases the flexibility of the robot. In addition to swivel joints, linear axes can also be used.
In größeren Montageanlagen, wie insbesondere in der Automobilindustrie, die aus manuellen und/oder automatischen Stationen bestehen, ist es üblich vor In larger assembly plants, such as in the automotive industry, which consist of manual and / or automatic stations, it is common practice
umfangreichen Fügeprozessen die korrekte Bestückung und Einstellung von extensive joining processes the correct placement and setting of
Betriebsmitteln wie z.B. Montagepaletten und/ oder den korrekten Aufbau der vormontierten Baugruppen mit AOI-Systemen (Automatische Optische Inspektion) zu überprüfen.
AOI-Systeme arbeiten mittels Bildverarbeitungsverfahren, um Fehler, insbesondere Bestückungs- oder Einstellungsfehler von Montagepaletten oder vormontierten Baugruppen, in einem Montageprozess zu ermitteln. Diese Systeme werden in nahezu allen Sparten der industriellen Produktion von Gütern, wie beispielsweise in der Elektronik-, Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Dabei prüft einEquipment such as assembly pallets and / or the correct structure of the pre-assembled assemblies with AOI systems (Automatic Optical Inspection) to check. AOI systems operate by means of image processing methods in order to determine errors, in particular assembly errors or setting errors of assembly pallets or preassembled assemblies, in an assembly process. These systems are used in almost all sectors of industrial production of goods, such as in the electronics, automotive, aerospace and related industries. It checks
Kamerasystem ständig und autonom mittels Bilderkennung die korrekte Bestückung und Einstellung von Betriebsmitteln bzw. den korrekten Aufbau der vormontierten Baugruppe(n) und erkennt so selbstständig Fehler, die beispielsweise eine Camera system constantly and autonomously by means of image recognition the correct placement and adjustment of equipment or the correct structure of the preassembled module (s) and recognizes automatically errors, such as a
Bauteilvariante, eine Bauteilposition und/oder die Bauteilanwesenheit betreffen. Component variant, a component position and / or concern the component presence.
Nachteilig ist jedoch, dass für die Kameras verdeckt liegende Prüfmerkmale nicht überprüft werden können und erkannte Fehler nicht sofort behoben werden können. Außerdem sind AOI-Systeme relativ teuer. The disadvantage, however, is that for the cameras concealed inspection features can not be checked and detected errors can not be corrected immediately. In addition, AOI systems are relatively expensive.
Am nachfolgenden Beispiel einer Aggregatemontage eines PKW soll der derzeitige Stand der Technik beschrieben werden. Auf einer Aggregatemontagelinie werden in der Regel verschiedene Fahrzeugvarianten montiert. Zu Beginn des Prozesses werden Montagepaletten mit den verschiedenen Baugruppen wie Vorderachse mit Motor, Hinterachse, Kühler, Gelenkwelle, Abgasanlage, usw. , teilweise automatisch, halbautomatisch und/oder manuell bestückt. Des Weiteren werden etwaige Schrauben oder Befestigungsmittel, zum Befestigen der vorgenannten Baugruppen an der In the following example of an assembly assembly of a car, the current state of the art will be described. As a rule, different vehicle variants are mounted on an aggregate assembly line. At the beginning of the process assembly pallets are equipped with the various components such as front axle with engine, rear axle, radiator, propeller shaft, exhaust system, etc., partially automatic, semi-automatic and / or manual. Furthermore, any screws or fasteners for attaching the aforementioned modules to the
Karosserie des Fahrzeugs, in entsprechende Aufnahmen auf den Montagepaletten verbracht. Bevor die vollständig vorbestückte Montagepalette den Bestückungsbereich verlässt und in die eigentliche Aggregatemontagelinie transportiert wird, durchläuft die Montagepalette üblicherweise eine Kontrollstation. Body of the vehicle, spent in appropriate receptacles on the assembly pallets. Before the fully pre-assembled assembly pallet leaves the assembly area and is transported to the actual assembly assembly line, the assembly pallet usually passes through a control station.
In der Kontrollstation wird mit AOI-Systemen unter anderem ein Soll-/Ist Vergleich bzgl. Bauteilvarianten, Bauteilpositionen und Bauteilanwesenheit und, im Allgemeinen, der Bauteilanordnung durchgeführt. Ebenso können bereits vormontierte Baugruppen überprüft werden. Je Fahrzeugvariante werden üblicherweise etwa 50 Merkmale geprüft. Ein AOI System, welches dazu geeignet ist drei unterschiedliche In the control station, among other things, a target / actual comparison is carried out with AOI systems with regard to component variants, component positions and component presence and, in general, the component arrangement. Similarly, pre-assembled modules can be checked. Depending on the vehicle variant, about 50 features are usually tested. An AOI system, which is suitable for three different
Fahrzeugvarianten zu prüfen, benötigt beispielsweise etwa 40 Kameras und stellt dementsprechend eine hohe Investition dar. Unter dem Begriff Bauteile werden hierin alle Komponenten, Elemente, Baugruppen etc. des Montageprozesses verstanden, wie
insbesondere die Produktbauteile aber auch die Werkzeug-, Paletten- oder To test vehicle variants requires, for example, about 40 cameras and accordingly represents a high investment. The term components are herein understood all components, elements, assemblies, etc. of the assembly process, such as in particular the product components but also the tool, pallet or
Lehrenbauteile. Teaching components.
Dieser verhältnismäßig hohe Aufwand ist deshalb gerechtfertigt, weil im Falle eines nicht erkannten, falsch bestückten Bauteils in der Montagelinie Störungen bzw. This relatively high cost is justified because in the case of an unrecognized, incorrectly assembled component in the assembly line disturbances or
Schäden (z.B. Beschädigung der Karosserie, Zerstörung der Fügeeinrichtung) entstehen können. Außerdem kann die Behebung einer solchen Störung in der Montagestation zu hohen Stillstandzeiten führen. Ferner sind bei einer möglichen Erweiterung der Montageanlage um eine Damage (such as damage to the body, destruction of the joining device) may occur. In addition, the removal of such a disturbance in the assembly station can lead to high downtime. Furthermore, with a possible extension of the assembly plant to a
Fahrzeugvariante die Installation weiterer Kameras sowie eine aufwendige Vehicle variant the installation of additional cameras and a complex
Inbetriebnahme zur Erkennung des neuen Fahrzeugtyps erforderlich. Commissioning to detect the new vehicle type required.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Verfahren und ein Robotersystem zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile der AOI-Systeme ausräumt bzw. vermindert. Diese und weitere Aufgabe, die in der vorliegenden Beschreibung noch genannt werden bzw. vom Fachmann erkannt werden können,, werden mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und dem Robotersystem gemäß Anspruch 12 gelöst. Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die vorhergehend beschriebene Aggregatemontage beschränkt, sondern erstreckt sich auf die The object of the present invention is to provide a method and a robot system which eliminates or reduces the mentioned disadvantages of the AOI systems. These and other objects, which are mentioned in the present description or can be recognized by the person skilled in the art, are achieved by the method according to claim 1 and the robot system according to claim 12. The scope of the present invention is not limited to the previously described aggregate mounting, but extends to the
Überprüfung der Anordnung von Bauteilen, sowie auf die Überprüfung von Checking the arrangement of components, as well as checking of
wesentlichen Eigenschaften der Bauteile und auch auf eine Kontrolle des essential properties of the components and also on a control of
Montagebereichs selbst. Assembly area itself.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft die Überprüfung der Anordnung von The inventive method relates to the review of the arrangement of
Bauteilen in einem Montageprozess mittels eines mehrachsigen Gelenkarmroboters dessen Achsen vorzugsweise mit Momentsensoren zur Erfassung der an den Achsen wirkenden Drehmomente versehen sind. Alternativ kann der Gelenkarmroboter auch mit einem Kraftsensor an seinem Werkzeug oder seinem End- oder Abtriebsflansch versehen sein. Der Begriff Bauteil umfasst im Sinne der Erfindung neben einzelnen Teilen auch aus mehreren Teilen bestehende Baugruppen.
Die Überprüfung der Anordnung von Bauteilen betrifft insbesondere die Kontrolle der Anwesenheit von Bauteile an der für die Bauteile vorherbestimmten Position, die Kontrolle der richtigen Orientierung, die Kontrolle des Fehlens von Bauteilen sowie die Überprüfung der korrekten Bauteilvariante. Desweitern können wie später genauer erläutert, auch kraftabhängige oder momentabhängige bauteilspezifische Components in an assembly process by means of a multi-axis articulated arm robot whose axes are preferably provided with torque sensors for detecting the torques acting on the axles. Alternatively, the articulated arm robot can also be provided with a force sensor on its tool or its end or Abtriebsflansch. The term component includes within the meaning of the invention in addition to individual parts of several parts existing assemblies. The verification of the arrangement of components relates in particular to the control of the presence of components at the predetermined position for the components, the control of the correct orientation, the control of the absence of components and the verification of the correct component variant. Desweitern can, as explained in more detail later, also force-dependent or torque-dependent component-specific
Eigenschaften des Bauteils, wie beispielsweise das Anzugsdrehmoment von Schrauben oder die Riemenspannung von Riemengetrieben mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüft werden. Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei zumindest die folgenden Schritte auf: Properties of the component, such as the tightening torque of screws or the belt tension of belt gears are checked by the method according to the invention. The method according to the invention has at least the following steps:
Zunächst wird am Gelenkarmroboter ein taktiles Prüfwerkzeug bereitgestellt. Dabei wird das taktile Prüfwerkzeug vorzugsweise am Werkzeugflansch des Roboters angebracht. Das taktile Prüfwerkzeug weist zumindest einen Tastfinger auf, dessen Werkzeugmittelpunkt (Tool-Center- Point, TCP) über die Achsstellung des First, a tactile test tool is provided on the articulated arm robot. In this case, the tactile test tool is preferably attached to the tool flange of the robot. The tactile test tool has at least one feeler finger, the tool center point (Tool Center Point, TCP) on the axis position of
Industrieroboters bestimmbar ist. Industrial robot is determinable.
Anschließend fährt der Gelenkarmroboter mit dem taktilen Prüfwerkzeug einen vorgegebenen Kontrollpunkt zumindest eines Bauteils an. Der Kontrollpunkt des Bauteils ist typischerweise für die korrekte Anordnung des Bauteils charakteristisch. Im Falle der Überprüfung der Bereitstellung von Schrauben in einem Subsequently, the articulated arm robot moves with the tactile test tool to a predetermined control point of at least one component. The control point of the component is typically characteristic of the correct placement of the component. In the case of checking the provision of screws in one
Schraubenmagazin kann beispielsweise der Schraubenkopf der Schraube als Screw magazine, for example, the screw head of the screw as
Kontrollpunkt dienen. Zur Erkennung, ob das Magazin mit Schrauben korrekter Länge bestückt ist, wird der Tastfinger des Prüfwerkzeugs zur vorgegebenen Soll-Position des Schraubenkopfs geführt. Wenn der Tastfinger in Kontakt mit dem Schraubenkopf kommt, wird auf den Tastfinger eine Kraft ausgeübt, die mit einem geeigneten Serve checkpoint. To detect whether the magazine is fitted with screws of correct length, the scanning finger of the test tool is guided to the predetermined desired position of the screw head. When the sensing finger comes in contact with the screw head, a force is applied to the feeler finger, which with a suitable
Kraftsensor detektiert bzw. überwacht werden kann. Die Position des TCP des Force sensor can be detected or monitored. The position of the TCP of the
Tastfingers bei Berührung des Schraubenkopfes gibt schließlich Aufschluss über die Schraubenlänge. Touch finger when touching the screw head is finally information about the screw length.
Um eine Berührung von taktilem Prüfwerkzeug und Bauteil zu erfassen, wird vorzugweise ein Gelenkarmroboter mit Momentsensoren eingesetzt, wobei die Signale der Momentsensoren der Achsen des Gelenkroboters von einer Steuereinrichtung überwacht und ausgewertet werden. Alternativ ist es auch möglich, die Motorströme
der Antriebsmotoren eines Industrieroboters zu messen, um hierüber Rückschlüsse über den Kontakt des Prüfwerkzeugs mit einem Bauteil zu ziehen. Trifft der Tastfinger auf einen Widerstand, wie etwa den Schraubenkopf, wird eine eventbasierte In order to detect a touch of tactile test tool and component, preferably an articulated arm robot is used with torque sensors, wherein the signals of the torque sensors of the axes of the articulated robot are monitored and evaluated by a control device. Alternatively, it is also possible to use the motor currents the drive motors of an industrial robot to draw conclusions about the contact of the test tool with a component. If the tactile finger encounters a resistance, such as the screw head, becomes an event-based
Signaländerung der Signale der Momentsensoren detektiert, welche Signaländerung vorzugsweise steigende oder fallende Flanken des Signals umfasst. Unter einer eventbasierten Signaländerung versteht der Fachmann folgendes: Aufgrund der Bewegungen der Glieder des Gelenkarmroboters werden von den Momentsensoren der Achsen für die Bewegung typische Momentverläufe gemessen, die beispielsweise durch die auf die Glieder des Roboters wirkende Schwerkraft entstehen. Weichen die Signale eines oder mehrerer Sensoren von dem für die reine Bewegung typischen Signal ab, so kann darauf geschlossen werden, dass eine weitere Kraft oder ein weiteres Moment auf die Glieder des Gelenkarmroboters wirkt. Eine solche Kraft (bzw. Moment) kann beispielsweise von der Berührung des taktilen Prüfwerkzeugs mit einem Bauteil hervorgerufen werden. Die Detektion einer Kraft bzw. eines Moments am Signal change of the signals of the torque sensors detects which signal change preferably comprises rising or falling edges of the signal. The person skilled in the art understands an event-based signal change as follows: Due to the movements of the links of the articulated arm robot, the moment sensors of the axes for the movement measure typical torque profiles that arise, for example, from the force of gravity acting on the links of the robot. If the signals of one or more sensors deviate from the signal typical for pure motion, then it can be concluded that another force or another moment is acting on the links of the articulated arm robot. Such a force (or torque) can be caused for example by the contact of the tactile test tool with a component. The detection of a force or a moment on
Gelenkarmroboter, die nicht von der reinen Bewegung der Glieder des Articulated arm robots that are not affected by the mere movement of the limbs of the
Gelenkarmroboters herrührt, wird als Event bezeichnet. Die resultierende Articulated robot comes from, is referred to as an event. The resulting
Signaländerung der Momentsensoren ist folglich eventbasiert. Signal change of the torque sensors is therefore event-based.
Diese eventbasierte Signaländerung wird in einem weiteren Verfahrensschritt mit einem Soll-Signal verglichen. Wird ein Kontrollpunkt, wie beispielsweise ein This event-based signal change is compared in a further method step with a desired signal. Becomes a checkpoint, such as a
Schraubenkopf, mit dem taktilen Prüfwerkzeug angefahren, so ist bekannt an welcher Position der Kontrollpunkt bei korrekter Anordnung des Bauteils liegt (Soll-Position). Erreicht das taktile Prüfwerkzeug den Kontrollpunkt müsste bei korrekter Anordnung des Bauteils die eventbasierte Signaländerung an dieser bekannten Position eintreten. Das gemessene Signal deckt sich in diesem Fall mit dem Soll-Signal. Ist dies nicht der Fall, kann darauf geschlossen werden, dass das Bauteil nicht korrekt angeordnet ist. Die so ermittelte Ist-Anordnung des überprüften Bauteils wird erfasst. Die Ist- Anordnung kann neben der tatsächlichen Position, Orientierung und Variante des Bauteils auch Informationen über das Fehlen von Bauteilen umfassen, wie es im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren genauer erläutert werden wird.
Bevorzugte Ausführungsformen Screw head, approached with the tactile test tool, so it is known at which position the control point with correct arrangement of the component is (target position). If the tactile test tool reaches the checkpoint, the event-based signal change should occur at this known position if the component is arranged correctly. The measured signal coincides in this case with the desired signal. If this is not the case, it can be concluded that the component is not arranged correctly. The thus determined actual arrangement of the checked component is detected. The actual arrangement may include not only the actual position, orientation and variant of the component but also information about the absence of components, as will be explained in more detail below with reference to the figures. Preferred embodiments
Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die dargestellten Figuren genauer erläutert. Hierbei zeigt: In the following the invention will be explained in more detail with reference to the illustrated figures. Hereby shows:
Fig. l einen Gelenkarmroboter und eine Montagepalette mit zu prüfenden Fig. L a Gelenkarmroboter and a mounting pallet with to be tested
Bauteilen in einer Seitenansicht; Components in a side view;
Fig. 2 die Elemente von Fig. l in einer um 900 gedrehten Ansicht; Figure 2 shows the elements of Figure l in a 90 0 rotated view..;
Fig. 3 ein Prüfwerkzeug, welches an einem Gelenk des Gelenkarmroboters montiert ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; 3 shows a test tool, which is mounted on a hinge of the articulated arm robot, according to an embodiment of the invention.
Figs. 4 A-D verschiedene Prüfungen der Anordnung und Eigenschaften des Bauteils mittels des Prüfwerkzeugs; Figs. 4 A-D various tests of the arrangement and properties of the component by means of the test tool;
Fig. 5 eine Prüfung der Ketten- oder Riemenspannung eines Bauteils; und 5 shows a check of the chain or belt tension of a component; and
Fig. 6 eine Prüfung der Variante eines Bauteils. Fig. 6 is a test of the variant of a component.
Fig. 1 zeigt ein Robotersystem 1 umfassend einen mehrachsigen Gelenkarmroboter 100 dessen Achsen mit Momentsensoren zur Erfassung der an den Achsen wirkenden Momente versehen sind, und der über eine Verfahreinheit 310 an einem Gestell 300 angebracht ist. Der Gelenkarmroboter 100 weist zumindest ein taktiles Prüfwerkzeug 110 auf und ist Teil einer Kontrollstation eines Montageprozesses einer 1 shows a robot system 1 comprising a multi-axis articulated-arm robot 100 whose axes are provided with torque sensors for detecting the moments acting on the axles, and which is attached to a frame 300 via a moving unit 310. The articulated arm robot 100 has at least one tactile test tool 110 and is part of a control station of an assembly process of a
automatisierten, halbautomatisierten oder manuellen Montagelinie. automated, semi-automated or manual assembly line.
Beispielhaft ist hier eine Montagepalette 210 gezeigt, auf der sich ein Bauteil 200 befindet, im abgebildeten Fall bestehend aus einem Fahrzeugmotor mit zugehörigem Getriebe sowie dem Vorder- und Hinterachsträger eines PKW. Die Montagepalette wird im Rahmen des Montageprozesses mit den darauf befindlichen Bauteilen nach Vorgaben der Montagelinie bewegt. Bevor die Montagepalette in die eigentliche Montagelinie eingeschleust wird, wird in der Kontrollstation das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung der korrekten Anordnung und Ausrichtung der Bauteile
durchgeführt. Erst nach Bestehen der Prüfung wird die Montagepalette 210 By way of example, here an assembly pallet 210 is shown on which a component 200 is located, in the illustrated case consisting of a vehicle engine with associated transmission and the front and rear axle of a car. The assembly pallet is moved as part of the assembly process with the components thereon according to specifications of the assembly line. Before the assembly pallet is introduced into the actual assembly line, in the control station, the inventive method for checking the correct arrangement and alignment of the components carried out. Only after passing the test, the mounting pallet 210
freigegeben. Approved.
Fig. 2 zeigt die Elemente von Fig. 1 in einer um 900 gedrehten Ansicht. Der Fig. 2 shows the elements of Fig. 1 in a 90 ° rotated view. Of the
mehrachsige Gelenkarmroboter 100 umfasst die Achsen Αι, A2, A3 und A4 (mögliche weitere Achsen sind nicht dargestellt) der an der Verfahreinheit 310 angebracht ist. Die Verfahreinheit 310 ist dazu eingerichtet den Gelenkarmroboter 100 linear zu verfahren, um so die mechanische Reichweite des Gelenkarmroboters zu erhöhen. Die Multi-axis articulated arm 100 includes the axes Αι, A2, A3 and A4 (possible other axes are not shown) which is attached to the movement 310. The movement unit 310 is set up to linearly move the articulated-arm robot 100 in order to increase the mechanical range of the articulated-arm robot. The
Verfahreinheit kann aber auch dazu eingerichtet sein, den Roboter in einer Track movement can also be adapted to the robot in one
gekrümmten Bahn zu führen. Die mechanische Reichweite des Gelenkarmroboters ergibt sich aus der Länge und der Beweglichkeit der Glieder des Gelenkarmroboters und definiert den Bereich, welcher mit dem taktilen Prüfwerkzeug erreicht werden kann. to lead curved track. The mechanical range of the articulated arm robot is determined by the length and mobility of the articulated arm robots and defines the range that can be achieved with the tactile test tool.
Die Verfahreinheit ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung eine lineare Verfahreinheit, wie beispielsweise ein linear verfahrbares Portal. Alternativ kann die Verfahreinheit auch eine rotatorische Verfahreinheit sein, wie beispielsweise ein Karussell. Aufgrund der Verwendung eines mit Momentsensoren versehenen Roboters erlaubt die vorliegende Erfindung eine direkte Mensch-Roboter- Kollaboration, d.h. es ist z.B. keine Sicherheitseinrichtung wie ein Schutzzaun notwendig. Das Mensch-Roboter- Kollaboration-Verfahren ist ein Verfahren zurThe trajectory is according to a preferred embodiment of the invention, a linear moving unit, such as a linearly movable portal. Alternatively, the trajectory may also be a rotational trajectory, such as a carousel. Due to the use of a robot provided with moment sensors, the present invention allows direct human-robot collaboration, i. it is e.g. no safety device like a protective fence necessary. The human-robot collaboration method is a method for
Gewährleistung einer sicheren sowie gleichzeitig effizienten Zusammenarbeit zwischen Arbeiter (Mensch) und Roboter. Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) bietet eine Vielzahl von Vorteilen im Vergleich zu rein manuellen oder rein roboterbasierten Systemen. So ist beispielsweise die Zugänglichkeit der Kontrollstation, welche das Robotersystem 1 umfasst für Menschen deutlich verbessert. Dies ist ein weiterer Vorteil gegenüber herkömmlichen AOI-Systemen. Ensuring safe and at the same time efficient cooperation between worker (human) and robot. The human-robot collaboration (MRK) offers a multitude of advantages compared to purely manual or purely robot-based systems. For example, the accessibility of the control station comprising the robot system 1 is significantly improved for humans. This is another advantage over conventional AOI systems.
In Fig. 2 ist ein Referenzpunkt 230 für die Montagepalette dargestellt. Dieser In Fig. 2, a reference point 230 is shown for the assembly pallet. This
Referenzpunkt dient zur Ermittlung der Lage und Position der Montagepalette. Reference point is used to determine the position and position of the mounting pallet.
Montagepaletten sind alle Hilfsmittel im Montageprozess, die dem Transport und/oder der Aufnahme von Bauteilen dienen. Durch Anfahren des Referenzpunktes der Assembly pallets are all aids in the assembly process, which serve for the transport and / or the admission of components. By approaching the reference point of
Montagepalette mit dem taktilen Prüfwerkzeug kann eine Transformatormatrix zur Transformation des Montagepaletten-Koordinatensystems in ein roboterspezifisches
Koordinatensystem ermittelt werden. Somit ist die Überprüfung der Anordnung von bewegten Bauteilen möglich. Werden beispielsweise Teile einer Fahrzeugkarosserie mittels einer Montagepalette durch eine Montagelinie bewegt, so ist der Referenzpunkt 230, welcher sich auf der Montagepalette befindet der Bezugspunkt für die Ermittlung der Anordnung der Bauteile, auf die sich der spätere Montageprozess stützt. Assembly palette with the tactile inspection tool can be a transformer matrix for transforming the assembly pallet coordinate system into a robot-specific Coordinate system can be determined. Thus, the verification of the arrangement of moving components is possible. For example, if parts of a vehicle body are moved by means of a mounting pallet through an assembly line, the reference point 230, which is located on the mounting pallet is the reference point for determining the arrangement of the components on which the subsequent assembly process is based.
Fig. 3 zeigt ein taktiles Prüfwerkzeug 110 und zu prüfende Bauteile 201, 202 sowie einen Kontrollpunkt 220. Das Bauteil 201 ist im abgebildeten Fall ein Werkzeug zur Verschraubung des Bauteils 202. Bei diesem Werkzeug handelt es sich um ein zweiteiliges Werkzeug, wobei das untere Teil die sog. Spindelverlängerung andeutet, an dessen oberem Teil eine Schraubernuss sitzt. Beide Teile können, wie in den Figuren 4B und 4D näher erläutert, überprüft werden. Das taktile Prüfwerkzeug ist am Fig. 3 shows a tactile test tool 110 and to be tested components 201, 202 and a control point 220. The component 201 is in the case shown a tool for screwing the component 202. This tool is a two-part tool, the lower part the so-called. Spindle extension indicates, sitting on the upper part of a Schraubernuss. Both parts can, as explained in more detail in Figures 4B and 4D, are checked. The tactile test tool is on
Gelenkarmroboter 100, welcher in Fig. 3 nur durch das letzte Glied des Gelenkarmroboter 100, which in Fig. 3 only by the last member of
Gelenkarmroboters 100 dargestellt ist, angebracht. Das Prüfwerkzeug 110 weist zumindest einen Tastfinger und/oder zumindest eine Tastkontur auf, wobei in Fig. 3 beispielhaft drei Tastfinger 111, 112, 113 dargestellt sind. Überdies weist das taktile Prüfwerkzeug 110 eine Tastkontur 114 auf, welche zur Ermittlung der Anordnung eines Bauteils dient, wie beispielsweise der Ermittlung der Mittelachse einer Schraube, oder eines Bolzens. Das detaillierte Verfahren zur Ermittlung einer Mittelachse ist unten in Zusammenhang mit Fig. 4C beschrieben. Die Tastkontur 114 kann dabei eine geschlossene Kontur, wie beispielsweise ein Ring oder eine offene Kontur, ähnlich eines Gabelschlüssels sein. Articulated arm robot 100 is shown attached. The test tool 110 has at least one touch finger and / or at least one touch contour, with three touch fingers 111, 112, 113 being shown by way of example in FIG. Moreover, the tactile testing tool 110 has a tactile contour 114, which serves to determine the arrangement of a component, such as the determination of the central axis of a screw, or a bolt. The detailed method of determining a central axis is described below in connection with FIG. 4C. The tactile contour 114 may be a closed contour, such as a ring or an open contour, similar to a fork wrench.
In der gezeigten Ausführungsform ist am Gelenkarmroboter 100 ein zusätzlicher optischer Sensor 400 angebracht, welcher vorzugsweise ein optischer Taster ist. In der dargestellten Ausführungsform ist der optische Sensor 400 am taktilen Prüfwerkzeug 110 angebracht. Optische Taster im Sinne der Erfindung bestehen vorzugsweise aus einem Lichtsender, wie beispielsweise einer Leuchtdiode oder eine Laserdiode, und einem Lichtempfänger, wie beispielsweise einem lichtempfindlichen Widerstand (LDR) oder eine Fotodiode. Der Lichtempfänger wertet die Intensität, die Farbe oder dieIn the embodiment shown, an additional optical sensor 400, which is preferably an optical probe, is attached to the articulated arm robot 100. In the illustrated embodiment, the optical sensor 400 is attached to the tactile test tool 110. Optical buttons according to the invention preferably consist of a light emitter, such as a light-emitting diode or a laser diode, and a light receiver, such as a photosensitive resistor (LDR) or a photodiode. The light receiver evaluates the intensity, the color or the
Laufzeit des vom Lichtsender empfangenen Lichtes aus, wobei das empfangene Licht vorzugsweise reflektiertes Licht ist. Ist am Gelenkarmroboter 100 ein optischer Sensor 400 angebracht, so kann mittels der folgenden Verfahrensschritte auch außerhalb der mechanischen Reichweite des Gelenkarmroboters die Anordnung von Bauteilen
überprüft werden. Hierzu wird zunächst ein Kontrollpunkt zur Überprüfung der Anordnung zumindest eines Bauteils angefahren, wobei der Kontrollpunkt nicht auf dem Bauteil liegen muss. Anschließend wird die Entfernung zwischen dem optischen Sensor und dem Bauteil gemessen. Ein Vergleich der gemessenen Entfernung mit einer Soll-Entfernung und eine Auswertung der möglichen Abweichung gibt Aufschluss über die Anordnung des geprüften Bauteils. Term of the light received from the light emitter, wherein the received light is preferably reflected light. If an optical sensor 400 is mounted on the articulated-arm robot 100, then the arrangement of components can also take place outside the mechanical range of the articulated-arm robot by means of the following method steps be checked. For this purpose, a control point for checking the arrangement of at least one component is first approached, wherein the control point does not have to lie on the component. Subsequently, the distance between the optical sensor and the component is measured. A comparison of the measured distance with a nominal distance and an evaluation of the possible deviation provides information about the arrangement of the tested component.
Fig. 4A zeigt den Fall eines ersten Bauteils 201, hier eine Schraubenaufnahme eines Werkzeugs, an welchem ein zweites Bauteil 202, hier eine Schraube, angebracht ist. Das zweite Bauteil weist einen ersten Kontrollpunkt 220 auf, welcher zur Überprüfung der korrekten Schraubenlänge dient. Zur Überprüfung ob die Schraube 202 mit korrekter Länge am ersten Bauteil 201 angebracht ist, fährt der Gelenkarmroboter 100 das taktile Prüfwerkzeug 110 mit dem Tastfinger 111 über die theoretische (Soll) Schraubenposition und bewegt sich anschließend nach unten. Erreicht der Tastfinger 111 den Kontrollpunkt 220 wird eine eventbasierte Signaländerung der Signale der Momentsensoren detektiert. Diese eventbasierte Signaländerung wird in einem weiteren Verfahrensschritt z.B. mit einem Soll-Signal verglichen. Deckt sich die ermittelte Anordnung der Schraube mit dem Kontrollpunkt 220, so liegt eine korrekte Schraubenlänge vor. Kommt es zu Abweichungen, kann die fehlbestückte Schraube erkannt werden. 4A shows the case of a first component 201, here a screw receptacle of a tool, to which a second component 202, here a screw, is attached. The second component has a first checkpoint 220, which serves to check the correct screw length. To check whether the screw 202 is mounted with the correct length on the first component 201, the articulated arm robot 100 drives the tactile test tool 110 with the sensing finger 111 on the theoretical (target) screw position and then moves down. If the touch finger 111 reaches the control point 220, an event-based signal change of the signals of the torque sensors is detected. This event-based signal change is used in a further method step, e.g. compared with a desired signal. If the determined arrangement of the screw coincides with the checkpoint 220, then a correct screw length is present. If there are deviations, the misfired screw can be detected.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird am Gelenkarmroboter ein Korrekturwerkzeug bereitgestellt, um beispielsweise fehlbestückte Schrauben und/oder fehlende Schrauben nach zu bestücken. Das Nachbestücken und Korrigieren von erkannten Fehlern ist nicht auf Schrauben begrenzt, sondern gilt allgemein für falsche oder fehlende Bauteile. Dazu wird zunächst die Abweichung von Ist-Anordnung und Soll-Anordnung eines Bauteils ermittelt. Die Ist-Anordnung beschreibt dabei die vom taktilen Prüfwerkzeug oder dem optischen Sensor gemessener Anordnung und die Soll- Anordnung ist die korrekte Anordnung des Bauteils. Anschließend wird ein zu korrigierender Fehler in der Anordnung des Bauteils ermittelt und der Fehler mittels des Korrekturwerkzeugs korrigiert. According to a further embodiment of the invention, a correction tool is provided on the articulated arm robot in order, for example, to populate misfired screws and / or missing screws. Retrofitting and correcting detected faults is not limited to screws, but generally applies to incorrect or missing components. For this purpose, first the deviation from the actual arrangement and desired arrangement of a component is determined. The actual arrangement describes the arrangement measured by the tactile test tool or the optical sensor and the desired arrangement is the correct arrangement of the component. Subsequently, an error to be corrected in the arrangement of the component is determined and the error corrected by means of the correction tool.
Das Korrekturwerkzeug umfasst gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zumindest einen Greifer, der dazu eingerichtet ist fehlende Bauteile
bereitzustellen, fehlpositionierte Bauteile korrekt zu positionieren, fehlorientierte Bauteile auszurichten, The correction tool comprises according to a preferred embodiment of the invention, at least one gripper, which is adapted to missing components to properly position misplaced components, align misaligned components,
falsch montierte Bauteile richtig zu montieren und/oder falsche Bauteile correctly mount incorrectly assembled components and / or incorrect components
auszutauschen. Somit können bereits während des Überprüfens der Anordnung von Bauteilen Fehler behoben werden und somit Kosten und Zeit eingespart werden. exchange. Thus, errors can already be eliminated during the checking of the arrangement of components and thus costs and time can be saved.
Fig. 4B illustriert einen Anwendungsfall bei dem das erste Bauteil 201, federnd gelagert ist. Um auch die Federkraft der Lagerung des ersten Bauteils 201 zu überprüfen, wird das taktile Prüfwerkzeug mit dem Tastfinger 111 auf den 4B illustrates an application in which the first component 201 is spring-mounted. In order to check the spring force of the mounting of the first component 201, the tactile test tool with the sensing finger 111 on the
Kontrollpunkt 221 bewegt. Anschließend wird der Tastfinger weiter bewegt und dieControl point 221 moves. Then the feeler finger is moved further and the
Signale der Momentsensoren der Achsen des Gelenkarmroboters ausgewertet. Die auf den Tastfinger 111 wirkende Gegenkraft kann über die Momentsensoren ausgewertet und somit die Federkraft der Lagerung überprüft werden. Fig. 4C zeigt den Fall der Überprüfung der Position des ersten Bauteils 201 mittels der Tastkontur 114 des taktilen Prüfwerkszeugs. Die Tastkontur 114 hat hierbei einen halbkreisförmigen Grundriss. Um die Position des ersten Bauteils 201 zu überprüfen, wird das taktile Prüfwerkzeug 110 mit seiner Tastkontur 114 quer zur Spindelachse bewegt und die eventbasierte Signaländerung beim Kontakt mit Kontrollpunkt 222 detektiert. Wird die Tastkontur 114 dann in einer zweiten Richtung quer zur Signals of the moment sensors of the axes of the articulated arm robot evaluated. The reaction force acting on the sensing finger 111 can be evaluated via the torque sensors and thus the spring force of the bearing can be checked. Fig. 4C shows the case of checking the position of the first component 201 by means of the tactile contour 114 of the tactile Prüfwerkszeugs. The contact contour 114 in this case has a semicircular floor plan. In order to check the position of the first component 201, the tactile test tool 110 is moved with its contact contour 114 transversely to the spindle axis and the event-based signal change is detected on contact with control point 222. If the Tastkontur 114 then in a second direction transverse to
Spindelachse bewegt und die eventbasierte Signaländerung detektiert, so kann die Mittelachse des geprüften Bauteils bestimmt werden. Spindle axis moves and detects the event-based signal change, so the center axis of the tested component can be determined.
Fig. 4D zeigt den Fall der Überprüfung eines weiteren kraftabhängigen Prüfmerkmals, nämlich die Überprüfung des festen Sitzes des ersten Bauteils 201. Dazu wird das taktile Prüfwerkzeug mit einem abgewinkelten Prüffinger 112 unter das zu prüfende Bauteil am Kontrollpunkt 223 eingehakt und mit einer definierten Kraft, welche von den Momentsensoren der Achsen des Gelenkarmroboters überprüft wird, nach oben gezogen. Wird keine eventbasierte Signaländerung, wie ein plötzliches Abfallen der Kraft, detektiert, kann daraus geschlossen werden, dass das Bauteil fest sitzt. 4D shows the case of checking a further force-dependent test feature, namely the checking of the tight fit of the first component 201. For this purpose, the tactile test tool is hooked with an angled test finger 112 under the component to be tested at the checkpoint 223 and with a defined force, which checked by the moment sensors of the axes of the articulated arm robot, pulled upwards. If no event-based signal change, such as a sudden drop in force, detected, it can be concluded that the component is stuck.
Fig. 5 zeigt ein Riemen- oder Kettengetriebe 207, welches eine Spanneinrichtung 206 und einen Riemen 205 umfasst. Ein solches Riemengetriebe kann beispielsweise auf einer Montagepalette angebracht sein. Zur Überprüfung der Riemenspannung wird das
taktile Prüfwerkzeug 120, welches am Gelenkarmroboter 100 angebracht ist und den Tastfinger 121 aufweist, gegen den Riemen gefahren. Anschließend werden die Kraft und/oder das Moment, welche auf das taktile Prüfwerkzeug wirken, detektiert. 5 shows a belt or chain transmission 207, which comprises a tensioning device 206 and a belt 205. Such a belt transmission may for example be mounted on a mounting pallet. To check the belt tension is the tactile test tool 120, which is mounted on the articulated arm 100 and the tactile finger 121 has moved against the belt. Subsequently, the force and / or the moment acting on the tactile test tool are detected.
Zusätzlich kann noch eine Wegmessung erfolgen. Die gemessene Kraft und/oder das Moment werden mit einer Soll-Kraft und/ oder einem Soll-Moment verglichen, die repräsentativ für die gewünschte Riemenspannung ist. Weiter kann mit einem geeigneten Korrekturwerkzeug die Spanneinrichtung 206 durch den Gelenkarmroboter 100 betätigt werden und die Riemenspannung entsprechend eingestellt werden. Fig. 6 zeigt die Überprüfung einer Variante eines Bauteils mittels des am In addition, a distance measurement can be done. The measured force and / or moment are compared to a desired force and / or torque representative of the desired belt tension. Further, with a suitable correction tool, the tensioning device 206 can be actuated by the articulated arm robot 100 and the belt tension can be adjusted accordingly. Fig. 6 shows the verification of a variant of a component by means of the on
Gelenkarmroboter 100 angebrachten Prüfwerkzeugs 120, welches einen Tastfinger 121 aufweist. Das Bauteil ist in zwei Varianten gezeigt. Die erste Variante ist mit dem Bezugszeichen 203a gekennzeichnet und weist einen Kontrollpunkt 224a auf. Die zweite Variante ist mit dem Bezugszeichen 203b gekennzeichnet und weist einen Kontrollpunkt 224b auf. Um zu überprüfen, ob die vorhandene Variante des Bauteils der ersten Variante 203a entspricht, wird das taktile Prüfwerkzeug 120 mit seinem Tastfinger 121 zum Kontrollpunkt 224a bewegt und eine eventbasierte Signaländerung beim Kontakt mit dem Bauteil detektiert. Stimmt die Position des Tastfingers 121 zum Zeitpunkt der detektierten eventbasierten Signaländerung mit dem Kontrollpunkt 224a überein, so ist davon auszugehen, dass die erste Variante des Bauteils vorliegt. Wird hingegen ein Fehler detektiert, so kann durch Anfahren des Kontrollpunktes 224b in gleicher Weise ermittelt werden, ob die zweite Variante 203b vorliegt. Der Fachmann erkennt, dass durch die geeignete Wahl von Prüfkriterien und Kontrollpunkten, neben der Bauteilanordnung und bauteilspezifischen, kraftabhängigen und/oder Gelenkarmroboter 100 attached test tool 120, which has a sensing finger 121. The component is shown in two variants. The first variant is identified by the reference numeral 203a and has a checkpoint 224a. The second variant is identified by the reference numeral 203b and has a checkpoint 224b. In order to check whether the existing variant of the component corresponds to the first variant 203a, the tactile test tool 120 is moved with its feeler finger 121 to the control point 224a and an event-based signal change is detected on contact with the component. If the position of the tactile finger 121 coincides with the control point 224a at the time of the detected event-based signal change, it can be assumed that the first variant of the component is present. If, however, an error is detected, it can be determined in the same way by starting the checkpoint 224b whether the second variant 203b is present. The skilled artisan will recognize that by the appropriate choice of test criteria and control points, in addition to the component assembly and component-specific, force-dependent and / or
momentabhängigen Prüfmerkmalen auch Varianten von Bauteilen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erkannt werden können. torque-dependent inspection features and variants of components according to the inventive method can be detected.
Die Erfindung umfasst unterschiedliche Abwandlungen der beschriebenen The invention includes various modifications of the described
Ausführungsformen, da insbesondere der Roboter in der Zahl und Ausbildung seiner Achsen, und das taktile Prüfwerkzeug in seiner geometrischen Ausbildung, variieren können. Der Roboter kann dabei eine beliebige Zahl und Kombination von Embodiments, since in particular the robot in the number and design of its axes, and the tactile test tool in its geometric configuration, can vary. The robot can be any number and combination of
rotatorischen und/oder translatorischen Achsen aufweisen. Ebenso kann das have rotational and / or translational axes. Likewise, that can
Prüfwerkzeug beliebig geformt sein und wird nur durch die Traglast des Test tool can be arbitrarily shaped and is only by the load of the
Gelenkarmroboters limitiert.
Bezugszeichenliste Articulated robot limited. LIST OF REFERENCE NUMBERS
l: Robotersysteml: robot system
100: Gelenkarmroboter100: articulated arm robot
110, 120: Taktiles Prüfwerkzeug110, 120: tactile test tool
111, 112, 113, 121: Tastfinger 111, 112, 113, 121: touch fingers
114: Tastkontur 114: Tastkontur
200, 201, 202, 203a, 203b: Bauteile 200, 201, 202, 203a, 203b: components
205: Riemen 205: Belts
206: Spanneinrichtung 206: clamping device
207: Riemengetriebe207: belt transmission
210: Montagepalette210: Mounting pallet
220, 221, 222, 223, 224a, 224b: Kontrollpunkte220, 221, 222, 223, 224a, 224b: checkpoints
23O: Referenzpunkt 23O: Reference point
3OO: Gestell 3OO: frame
3IO: Verfahreinheit 3IO: Track Motion
4OO: Optischer Sensor 4OO: optical sensor
Ai, A2, A3, A4: Achsen
Ai, A2, A3, A4: axles