EP3490758A1 - Verfahren zum steuern eines endelementes einer werkzeugmaschine und eine werkzeugmaschine - Google Patents

Verfahren zum steuern eines endelementes einer werkzeugmaschine und eine werkzeugmaschine

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EP3490758A1
EP3490758A1 EP17745129.1A EP17745129A EP3490758A1 EP 3490758 A1 EP3490758 A1 EP 3490758A1 EP 17745129 A EP17745129 A EP 17745129A EP 3490758 A1 EP3490758 A1 EP 3490758A1
Authority
EP
European Patent Office
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machine tool
workpiece
tool
optical markers
optical
Prior art date
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Pending
Application number
EP17745129.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Ulli Wolfgang SCHNÖS
Dirk Hartmann
Birgit OBST
Utz Wever
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3490758A1 publication Critical patent/EP3490758A1/de
Pending 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
    • B25J9/1694—Programme controls characterised by use of sensors other than normal servo-feedback from position, speed or acceleration sensors, perception control, multi-sensor controlled systems, sensor fusion
    • B25J9/1697—Vision controlled systems
    • 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
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/401—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes
    • G05B19/4015—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for measuring, e.g. calibration and initialisation, measuring workpiece for machining purposes going to a reference at the beginning of machine cycle, e.g. for calibration
    • 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
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37555—Camera detects orientation, position workpiece, points of workpiece
    • 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
    • G05B2219/39045—Camera on end effector detects reference pattern

Definitions

  • the invention relates to a machine tool and a method for controlling an end element of a horrma ⁇ machine.
  • the relative position and orientation needs to Zvi ⁇ rule the workpiece and the tool during the machining process ⁇ tung be measured.
  • static, dynamic and pro- zess influencee forces, which act on the machine structure a ⁇ .
  • temperature changes of the machine structure can also lead to a shift in the relative pose between the tool and the workpiece.
  • An object of the present invention is to provide a method and a machine tool, which allow to control an end member with the highest possible accuracy.
  • the invention relates to a method for computer-aided control of an end element of a machine tool with the following method steps:
  • the terms “perform”, “compute”, “computationally”, “compute”, “determine”, “generate”, “configure”, “reconstruct” and the like preferably to actions and / or processes and / or processing steps that modify data and / or generate and / or convert the data into other data
  • the data is represented in particular as physical quantities or may be present, for example as electrical Impul ⁇ se.
  • the term “computer” should be interpreted as broadly as possible to cover in particular all electronic devices with data processing capabilities. Computers can thus be, for example, personal computers, servers, handheld computer systems, pocket PC devices, mobile devices and other communication devices that can handle computer-aided data, processors and other electronic data processing equipment.
  • a processor can be understood in the context of the invention, for example, a machine or an electronic scarf ⁇ tion.
  • a processor may, in particular, be a central processor (CPU), a microprocessor or a microcontroller, for example an application-specific integrated circuit or a digital signal processor, possibly in combination with a memory unit for storing pro - program commands, etc. act.
  • a processor may, for example, also be an IC (integrated circuit, engl. Integrated Circuit), in particular an FPGA (engl.
  • a processor can be understood as a virtualized processor or a soft CPU. It can also be, for example, a programmable processor which is equipped with configuration steps for carrying out said method according to the invention or is configured with configuration steps in such a way that the programmable processor features the method, the component, the security module or other aspects of the invention and sub-aspects of the invention implemented.
  • a “memory unit” can be understood, for example, as a memory in the form of random access memory (RAM) or a hard disk.
  • a “module” can be understood as meaning, for example, a processor and / or a memory unit for storing program instructions To implement method or a step of the method according to the invention.
  • a "working environment" in particular a robot, can be understood as, for example, a movement space of the robot and / or a working space of the robot.
  • the movement space particularly describes a space, for example of moving elements of the robot, in particular inclusive the end element, can be achieved with the totality of all axis movements.
  • the movement space into account, for example, a special form of the end effector and / or a Handhabungsob ⁇ jekts that can be achieved in particular with those in the work environment.
  • a "working space”, in particular a robot may, for example, be understood as a space formed, in particular, by the interfaces and / or axes of motion and / or an end effector, for example by placing all the principal axes in their respective maximum and maximum axes minimum position is moving.
  • the working chamber is independent of special shape of the end effector and / or the handling object is defined (or these aspects are in the working space is not taken into account).
  • preferential ⁇ example is the movement space at least as large as the Ar ⁇ beitsraum, wherein the movement space even greater can be as the workspace.
  • a "pose” may, for example, be understood to mean a spatial position, wherein the pose designates in particular a combination of position and orientation of an object in space.Particularly, the pose is the combination of position and orientation in three-dimensional space. for example, the Po ⁇ sition a point mass defined in relation to a Cartesian coordinate system, therefore, for example, by the distances along the coordinate directions x, y, z.
  • eccentricity to this ground point for example, a second Cartesian ULTRASONIC coordinate system, as defined, in particular the orientation of this coordinate system, for example by the angular offset of its coordinate axes, in particular with respect to the corresponding axes of the Basiskoordina ⁇ tensystems.
  • three additional angles are necessary, which for example describe the position of the new coordinate system relative to the basic coordinate system.
  • a movable axis for example, a kinematic axis of the work ⁇ generating machine or a component of the machine tool comparable stood may in connection with the invention are.
  • a machine tool, play be ⁇ a robot wherein, said machine tool at ⁇ play, of movable links (arm portions) is built.
  • the members form an open kinematic chain or a parallel kinematics.
  • each arm portion of the machine tool having a movable joint mounted in the kinematic chain to the preceding arm portion of the machine tool.
  • a hinge be understood with the example, the links are connected to each other.
  • the end member with the machine tool can be ver ⁇ connected through a movable axis.
  • no axis with a movable axis intellect n for example, by a Antrei ⁇ ben a tool is created (z. B. a rotary motion of a drill).
  • an end member for example, an end effector, a tool spindle or a tool holder of a machine tool can be understood in the context of the invention, preferably a last or second to last element of a kinematic chain of the machine tool.
  • ⁇ sondere may be an end member for example, a chirurgi ⁇ instrument and / or radiological instrument and / or medical instrument, such as syringes, probes, implants, tubes or the like.
  • a "machine tool” may be, for example, machines for producing workpieces. be understood with tools, such as robots, industrial robots or medical robots. In particular, it can also be a assistie ⁇ render medical robots, which can be used for example to lower support of doctors at the machine tool.
  • a holding and / or guiding and / or feeding for example of surgical and / or radiological instruments and / or medical instruments, such as syringes, probes, implants, hoses or the like, allows. This allows in particular a workpiece, for example in the form of a defined area in or a patient's body to safely meet and relieve the doctor, for example, routine Serving ⁇ possibilities.
  • a "workpiece” can be understood as meaning, for example, a piece of metal to be machined, an electronic component or, in a broader sense, a patient supplied, for example, by a medical robot.
  • the inventive method is particularly advantageous in order to drive the working machine in such a way ⁇ generating means of the first correction value, that in particular a deviation waste is minimized between the first relative pose and the reference pose or possible minimum.
  • the first relative Poste is in particular ⁇ sondere corrected so that remain rich into ⁇ particular unwanted deviations in the machining of the workpiece, for example, within predetermined tolerance range, or as completely as possible prevented.
  • the measuring system costs are significantly reduced.
  • the image-based or optical measurement system may for example be both in a control loop, for example during the operation of the machine tool, a ⁇ be bound setshim- and in particular for the calibration of off-line compensation mechanisms, such as during maintenance of the machine tool by a technician.
  • the method is particularly advantageous in order to meet the ever increasing demands on the speed and energetic efficiency of machine tools.
  • the method according to the invention allows machine tools to be provided in which, in particular, the moving masses are significantly lower than in conventional machine tools, the machine tools nevertheless achieving high precision in the machining of workpieces.
  • disadvantages that arise in the design of work ⁇ convincing machines with small moving masses are compensated.
  • a known disadvantage is in particular a higher compliance of the components.
  • This flexibility results in particular can not be compensated positioning ⁇ errors and thus geometric deviations at a machining of the workpiece.
  • the inventive method for example, greater displacements of the machine structures are tur allowed as these kom ⁇ can be detected and compensated control technology.
  • highly dynamic lightweight machine tools can be realized.
  • the plurality of optical markers are detected by the optical measuring system with a camera system.
  • the method is particularly advantageous in order to detect, for example, the spatial positions of the optical markers or a position of a tool in the end element.
  • the camera system can in particular comprise at least one first camera module and / or a second camera module.
  • the optical measuring system for example the camera system, in particular the first camera system and / or the second Kame ⁇ rasystem, can be fixedly connected for example to the end member by means of Hal ⁇ teiatan or rigidly connected to a tripod in the working environment by means of holding elements.
  • the camera system can be fixed by means of the holding elements un ⁇ movable and fixed to the end member.
  • the Kame ⁇ rasystem is preferably positioned so that it can detect a plurality of optical markers and / or the end member and / or the tool visually.
  • the optical Messsys ⁇ tems on the end member or the housing of the end member is conceivable, in particular the optical markers in the work environment of the machine tool and / or components of the machine tool are attached. It is also conceivable, for example, that some of the components of the machine tool, for example the end element, are exchanged for, for example, certain processing steps.
  • the optical measuring system can be attached to non-exchangeable / remaining components of the machine tool, for example the clamping surface of the machine tool.
  • the optical markers may be attached to the end member (or end members) or its housing.
  • the optical markers are arranged on components of the machine tool and / or the workpiece.
  • the method is particularly advantageous in order to detect the position of the workpiece and / or components relative to the end member.
  • the components of the machine tool In particular, a clamping device for the workpiece
  • At least three optical markers of the plurality of optical markers are attached to one of the components of the machine tool or the workpiece.
  • the method is particularly advantageous in order to detect the position of the workpiece and / or components as high precision as possible.
  • at least three optical markers of a component or of the workpiece, when detecting the plurality of optical markers, are detected by the optical measuring system.
  • first spatial positions are determined on the basis of the optical markers in the working environment.
  • second spatial ⁇ Posi tions are determined for the end member, wherein the second cavities ⁇ Liche positions and / or the first spatial positions are taken into account when determining the first spatial pose.
  • the method is particularly advantageous in order to detect the position of the workpiece and / or components as high precision as possible.
  • the second spatial positions may, for example, be known positions of the optical measuring system.
  • the second spatial positions can also be determined by the optical measuring system, in that the optical measuring system comprises, for example, a position module for position determination and the second spatial positions are read out as required.
  • the second spatial positions even when the measuring optical system can be determined by the measurement optical system such as a tool position, into ⁇ particular via an optical detection is determined.
  • NEN for example, to a tool holder, in particular the tool is held, further optical markers be ⁇ introduced .
  • a first movable axis wherein a position information is determined by a first in-axis sensor module, which is taken into account in determining the first relative pose.
  • the method is particularly advantageous in order to detect the position of the workpiece and / or the components with the highest possible precision, in particular in situatio ⁇ NEN, in which, for example, a direct visual detection, especially a spatial position determination of the workpiece is not possible.
  • a direct visual detection especially a spatial position determination of the workpiece is not possible.
  • This may be the case, for example, if the workpiece is partially covered by the tool of the end element in processing steps such that, in particular, the optical markers of the workpiece can not be detected by the optical measuring system. It may also be that, for example, no optical markers can be attached to workpieces since the workpiece is particularly hot, for example.
  • a second movable axis when controlling the end member is gesteu ⁇ ert with the end member to the machine tool is angeord ⁇ net.
  • the method is particularly advantageous to simply as possible takes place in particular a correction of the first relative pose, so that the first relative pose particular as possible corresponds to the Refe ⁇ renzpose.
  • the first correction value at each joint in an industrial robot, it would be possible to take into account, for example, the first correction value at each joint. In particular, this is relatively expensive, since, for example, a relatively complex movement model of the industrial robot often has to be recalculated.
  • inventive Driving this embodiment, it is particularly possible to take into account the first correction value in particular only in the (second) movable axis, and thus in particular to dispense with a complex model calculation.
  • the opti ⁇ cal measuring system is firmly connected to the end member.
  • the method is particularly advantageous in order to prevent an undesired change in position of the optical measuring system.
  • the measuring system is preferably non-movably ⁇ and / or fixed connected to the end member.
  • the end member is fixedly connected with a tool or the tool is connected via a third movable axis with the end member verbun ⁇ , the third movable shaft is movable in particular in one direction.
  • the method is particularly advantageous, for example to inaccuracies, for example, Zvi ⁇ rule arise the end member and the tool to kompensie ⁇ ren.
  • a simplified model of the end member and of the tool can for example be calculated that the inaccuracies or discrepancies considered by a reference position or another reference pose, in particular to compensate for these inaccuracies.
  • the deviations or inaccuracies are determined, or by another sensor module in the end member, for example in a tool holder for the tool.
  • the simplified model for example, a motion model of an industrial robot is, for example, been simplified, for example, the third mov- axis is preferably movable in one direction only, and thus, for example, relatively simple movements mo be delliert ⁇ .
  • the method is detected by the measuring optical system after completion of the machining of the workpiece by the machine tool first geometry values of the workpiece, wherein a second correction value Toggle handle of the first geometry values and predetermined geometry values is calculated and the second correction value when Ermit ⁇ twelfths of first correction value for a next workpiece ⁇ taken into account.
  • the method is particularly advantageous in order to increase the precision in the machining of the workpiece.
  • higher-order geometry features are detected in one measurement cycle, whereby, for example, a significantly higher measurement speed can be achieved in comparison to the probing of individual points.
  • the measurement for each workpiece, after a predetermined number of finished workpieces or at predetermined times can be performed.
  • the method of the machine tool and / or the end member is controlled by means of the first correction value that as the workpiece is a fixed ⁇ defined area is approached in a patient or the body.
  • the method is particularly advantageous in that in particular a workpiece, for example a workpiece as a defined area in or on the body of a patient, safely with the terminal to meet or approach and relieve the doctor, for example, of routine activities.
  • the first correction value and / or the second correction value are determined as continuously as possible, for. B. at predetermined time intervals that are as short as possible, preferably to account for example the patient's movements and in particular to point a doctor beispielswei ⁇ se on a display device that is ⁇ play, the position of the patient has changed at.
  • this can be significant for operations of significant importance. tion, in which in particular small deviations lead to undesired effects, eg. As injuries of nerves, which lead in particular to paralysis.
  • the invention relates to a STEU ⁇ ervorraumiques for computer-aided controlling a / the end member of a machine tool, comprising:
  • an optical measuring system for detecting one or more optical markers in a working environment of the machine tool
  • a first control module for controlling the end element for machining the workpiece taking into account the first correction value.
  • control device comprises at least one further module or a plurality of modules which are set up to carry out one of the embodiments of the method according to the invention.
  • the invention relates to a machine tool, comprising:
  • an optical measuring system for detecting a plurality of optical markers in a working environment of the machine tool
  • the optical measuring system comprises a camera system for detecting the plurality of optical markers.
  • the machine tool is particularly advantageous to the effect ⁇ way to detect for example, the spatial positions of the optical ⁇ rule marker or a position of a tool in the end member.
  • the camera system may, in particular at least a first camera module and / key comprise a secondthermmo ⁇ dul.
  • the optical measuring system for example the Ka ⁇ merasystem, in particular the first camera system and / or the second camera system is fixedly connected or for example to the end member by means of retaining elements to be rigidly connected to a tripod in the working environment by means Halteele ⁇ elements.
  • the camera system by means of the retaining elements can ⁇ immovably fixed and be attached to the end member.
  • the camera system is preferably positioned so that it can optically detect a plurality of optical markers and / or the end element and / or the tool.
  • the optical measuring system is firmly connected to the end element.
  • the end element is fixedly connected to a tool or the work ⁇ tool is connected via a third movable axis with the end member, wherein the third movable axis is movable in particular in one direction.
  • the machine tool comprises at least one additional module or meh ⁇ eral modules that are configured to carry out one of the embodiments of the inventive method.
  • a variant of the computer program product is claimed with program instructions for configuring a creation device, for example a 3D printer or for creating processors and / or devices, wherein the creation device is configured with the program instructions in such a way that said machine tool and / or control device is created.
  • a provision device for storing and / or providing the computer program product is claimed .
  • the provisioning device is, for example, a data carrier which stores and / or makes available the computer program product.
  • the providing apparatus is, for example, a network service, a computer system, a server system, in particular a distributed computer system, a cloud-based computer system and / or virtual computer system which stores the Computerpro ⁇ program product preferably in the form of a data stream and / or provides.
  • This provision takes place, for example, as a download in the form of a program data block and / or command data block, preferably as a file, in particular as a download file, or as a data stream, in particular as a download data stream, of the complete computer program product.
  • this provision can also take place, for example, as a partial download, which consists of several parts and in particular is downloaded via a peer-to-peer network or made available as a data stream.
  • a computer program product is read into a system using the data carrier providing device and executes the program instructions, so that the method of the present invention is executed on a computer or the authoring device is configured to execute the same the machine tool according to the invention and / or Steuerervorrich ⁇ device created.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a first embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a machine tool according to the invention
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a machine tool according to Inventive ⁇ . 4 shows a further exemplary embodiment of a control device according to the invention
  • the following exemplary embodiments have at least one processor and / or a memory device in order to implement or execute the method.
  • FIG. 1 shows a flowchart of a first embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a method for computer-aided control of an end element of a machine tool with a first method step 210 for detecting meh eral optical markers in a working environment of the machine tool by means of an optical measuring system.
  • the method comprises a second method step 220 for determining a first relative pose between the end element and a workpiece based on the plurality of detected optical markers.
  • the method includes a third method step 230 for determining a first correction value based on a Ver ⁇ equalization the first relative pose with a reference pose;
  • the method comprises a fourth method step 240 for controlling the end element for machining the workpiece taking into account the first correction value.
  • a processor is specifically adapted to the program instructions such as threshold ⁇ reindeer, so that the processor performs functions to implement the method according to the invention or at least one of the steps of the inventive method.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of a machine tool according to the invention.
  • FIG. 2 shows a machine tool with at least three controllable degrees of freedom.
  • the machine tool comprises a plurality of components example ⁇ , a (camera-based) optical measuring system, a structural ⁇ t pasture 101, a (movable) clamping table 102, a clamping area 103, an end member, a first camera holder 106, a second camera holder 107, clamping means 110 for fixing a workpiece 111, a tool holder 112, and a work 113.
  • ⁇ generating a plurality of optical markers 114 to the components of the machine tool or the tool is attached piece 111.
  • the end element comprises a tool ⁇ spindle housing 104 and / or a tool spindle 105th
  • the machine tool may additionally comprise a further component or a plurality of further components, such as a processor, a memory unit, an input device, in particular a computer keyboard or a computer mouse, or a monitor.
  • a kinematics of the machine tool allows relative
  • the optical measuring system comprises at least two digital camera modules, for example a first camera module 108 and a second camera module 109.
  • the first camera module 108 is, for example, via a first holding means, for example, the first camera holder 106, with the end member of the machine tool, for example, the work ⁇ imaging spindle 105 or the tool spindle housing 104 verbun ⁇ .
  • the second camera module 109 is for example a two-th holding means, such as the second camera holder 107, with the end member of the machine tool, for example, the tool spindle 105, or the tool spindle housing 104, ver ⁇ prevented.
  • the tool spindle 105 includes the tool holder 112 to receive a tool 113. Between the camera modules 108, 109 and the tool 113, apart from the tool spindle 105, there are preferably no further movable axes.
  • the workpiece 111 is fixed or fastened on the clamping surface 103, for example via the clamping means 110, for example a vise.
  • the clamping table 102 can be over Tere movable axes to be connected to the machine structure 101.
  • Optical markers 114 are distributed in the working environment of the machine tool and the adjoining areas.
  • the opti ⁇ rule markers can be attached 101 directly to the workpiece 111 on the chuck 110, on the rake face 103, the chuck table 102 and the machine structure.
  • at least three optical markers, which are attached to the same component of the machine tool or the workpiece 111 are preferably located in the field of view of the at least two camera modules 108 , 109.
  • a achsintegrators sensor module of these axes for determining the first relative pose between the workpiece 111 and tool 113 or the end member is pulled with zoom in.
  • the described approach may be supplemented by further sensors, for example, Vibrationssenso ⁇ reindeer, which are rated Toggle example, on the tool spindle housing 104th
  • Vibrationssenso ⁇ reindeer which are rated Toggle example
  • the different sensor data for example vibration sensor data of the vibration sensors with optical sensor data
  • high-frequency oscillations can also be well detected and correspondingly used to increase the working accuracy.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a machine tool according to the invention.
  • Fig. 3 shows an industrial robot system.
  • the industrial robot system comprises several components.
  • the components are for example a robot 120, an end element, an optical measuring system, a chuck table 102, a chip surface 103, a tensioning means 110, a tool holder 112, a milling cutter 113, a base frame 121 of the robot 120, a robotic flange 122 at the end member and a fixed mounting part 130 of the holding table 102.
  • the end element comprises a work ⁇ imaging spindle housing and / or a tool spindle 105.
  • the Ro ⁇ boter 120 includes a plurality of movable axes, for example, a second movable axis A2, a fourth movable axis A4, a fifth movable axis A5, a sixth movable axis A6, a seventh movable axis A7 and an eighth be ⁇ wegliche axis A8.
  • the end member by means of the robot ⁇ flange 122 and the second movable axis A2 attached to the robot.
  • the industrial robot system may additionally comprise a further component or a plurality of further components, such as a processor, a memory unit, an input device, in particular a computer keyboard or a computer mouse, or a monitor.
  • the optical measuring system in this exemplary embodiment consists of a first camera module 108 with a first field of view 108a and a second camera module 109 with a second field of view 108b, which are fixedly and immovably fixed to the end element, for example on the tool spindle housing.
  • the tool spindle 105 includes the tool holder 112 to receive a tool 113. Between the camera modules 108, 109 and the tool 113, apart from the tool spindle 105, there are preferably no further movable axes.
  • the fixed workpiece purple is, for example, fixed or fastened on the clamping surface 103 via the clamping means 110, for example a vice.
  • the optical markers 114a, 114b, 114c, 114d are distributed.
  • optical markers 114a, 114b, 114c, 114d can be directly on the stationary workpiece purple and / or on the movable workpiece 111b and / or on the clamping means 110 and / or on the clamping surface 103 and / or the clamping table 102 and / or fixed part 130 may be attached.
  • the first relative pose between the workpiece such as purple the stationary workpiece or the movable workpiece 111b, and the end member or the tool 113 are preferably located at least three optical markers on the same component of the horrma ⁇ machine or the workpiece purple are attached 111b, in the field of view of at least two camera modules 108, 109. If there are, for example, between the measured optical markers 114 and purple the workpiece, 111b first movable axes, a achsintegrators sensor module of these axes to He averaging ⁇ the first relative pose between the Workpiece 111 and tool 113 or the end element used with.
  • vibration sensor data of the vibration sensors with optical sensor data of the optical markers detected by the optical measuring system, in particular high-frequency oscillations can be well detected and used accordingly to increase the working accuracy.
  • 4 shows a further embodiment of he ⁇ inventive control device.
  • FIG. 4 shows a control device for the computerized control of one / of the end element of a machine tool.
  • the control device has an optical measuring system 410, a first calculation module 420, a first control module 430 and an optional first communication interface 404, which are communicatively connected to one another via a first bus 405.
  • the first communication interface is connected with play ⁇ with a machine tool via a communica ⁇ tionsbus.
  • the control device may, for example, in addition a further component or more further components umfas ⁇ sen, such as a processor, a memory unit, an input device, in particular a computer keyboard or a computer mouse, or monitor.
  • the corresponding component (s) may, for example, be communicatively connected to the other modules of the control device via the first bus 405.
  • the optical measurement system 410 is configured to detect one or more optical markers in a work environment of the machine tool.
  • the optical measuring system 410 can be implemented, for example, by means of the processor, the memory unit, one or more camera modules and a first program component, which, for example by executing program instructions, drive the one or more camera modules in such a way that the optical markers are detected.
  • the first calculation module 420 is configured to determine a first relative pose between the end member and a workpiece from the plurality of detected optical markers. Additionally, the first calculation module 420 is configured to determine a first correction value based on a comparison of the ers ⁇ th pose relative to a reference pose.
  • the first computing module 420 may be implemented for example by means of the processor, the memory unit and a second ⁇ Pro program component, which determine for example, by executing program instructions, the relative pose and / or the first correction value.
  • the first control module 430 is configured to control the end member for machining the workpiece taking into account the first correction value.
  • the first control module 430 may be implemented, for example, which drive, for example, by executing program instructions, the end member taking into account the first correction value by the processor, the memory unit, and a third program ⁇ component.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum rechnergestützten Steuern eines Endelementes einer Werkzeugmaschine. Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt zum Erfassen(210) von mehreren optischen Markern (114) in einer Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine mittels eines optischen Messsystems (410). Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt zum Ermitteln (220) einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück (111, 111a, 111b) anhand der mehreren erfassten optischen Markern (114). Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt zum Ermitteln (230) eines ersten Korrekturwertes anhand eines Vergleichs der ersten relativen Pose mit einer Referenzpose. Das Verfahren umfasst einen Verfahrensschritt zum Steuern (240) des Endelements für eine Bearbeitung des Werkstücks (111, 111a, 111b) unter Berücksichtigung des ersten Korrekturwertes.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Steuern eines Endelementes einer Werkzeugma¬ schine und eine Werkzeugmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine und ein Verfahren zum Steuern eines Endelementes einer Werkzeugma¬ schine . Für die präzise Fertigung von Werkstücken mit CNC-Maschinen muss insbesondere die relative Position und Orientierung zwi¬ schen dem Werkstück und dem Werkzeug während dem Bearbei¬ tungsvorgang gemessen werden. Bei der Bearbeitung des Werkstücks treten beispielsweise statische, dynamische und pro- zessbedingte Kräfte auf, die auf die Maschinenstruktur ein¬ wirken. Diese führen insbesondere zu einer Verformung und Schwingungsanregung der Maschinenstruktur und damit beispielsweise zu einer örtlichen Verlagerung zwischen Werkzeug und Werkstück. Darüber hinaus können beispielsweise Tempera- turänderungen der Maschinenstruktur ebenfalls zu einer Verlagerung der relativen Pose zwischen dem Werkzeug und dem Werkstück führen. Es ist beispielsweise bekannt, die Pose zwi¬ schen Werkzeug und Werkstück beispielsweise indirekt über Weggeber in den kinematischen Achsen der Maschine zu bestim- men. Insbesondere Geometrieabweichungen der einzelnen Maschinenkomponenten führen zu Fehlern, die bei der Bestimmung der relativen Pose zwischen Werkzeug und Werkstück durch diesen konventionellen Ansatz nicht berücksichtigt werden können. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Werkzeugmaschine bereitzustellen, die es erlauben, ein Endelement mit möglichst hoher Genauigkeit zu steuern.
Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen an- gegebenen Merkmale gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt. Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum rechnergestützten Steuern eines Endelementes einer Werkzeugmaschine mit folgenden Verfahrensschritten:
Erfassen von mehreren optischen Markern in einer Ar- beitsumgebung der Werkzeugmaschine mittels eines opti¬ schen Messsystems;
Ermitteln einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück anhand der mehreren erfass- ten optischen Markern;
- Ermitteln eines ersten Korrekturwertes anhand eines Ver¬ gleichs der ersten relativen Pose mit einer Referenzpo¬ se ;
Steuern des Endelements für eine Bearbeitung des Werkstücks unter Berücksichtigung des ersten Korrekturwer- tes.
Sofern es in der nachfolgenden Beschreibung nicht anders angegeben ist, beziehen sich die Begriffe "durchführen", "berechnen", "rechnergestützt", "rechnen", "feststellen", "gene- rieren", "konfigurieren", "rekonstruieren" und dergleichen, vorzugsweise auf Handlungen und/oder Prozesse und/oder Verarbeitungsschritte, die Daten verändern und/oder erzeugen und/oder die Daten in andere Daten überführen, wobei die Daten insbesondere als physikalische Größen dargestellt werden oder vorliegen können, beispielsweise als elektrische Impul¬ se. Insbesondere sollte der Ausdruck "Computer" möglichst breit ausgelegt werden, um insbesondere alle elektronischen Geräte mit Datenverarbeitungseigenschaften abzudecken. Computer können somit beispielsweise Personal Computer, Server, Handheld-Computer-Systeme, Pocket-PC-Geräte, Mobilfunkgeräte und andere Kommunikationsgeräte, die rechnergestützt Daten verarbeiten können, Prozessoren und andere elektronische Geräte zur Datenverarbeitung sein. Unter „rechnergestützt" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Implementierung des Verfahrens ver¬ standen werden, bei dem insbesondere ein Prozessor mindestens einen Verfahrensschritt des Verfahrens ausführt. Unter einem Prozessor kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine Maschine oder eine elektronische Schal¬ tung verstanden werden. Bei einem Prozessor kann es sich ins- besondere um einen Hauptprozessor (engl. Central Processing Unit, CPU) , einen Mikroprozessor oder einen Mikrokontroller, beispielsweise eine anwendungsspezifische integrierte Schal¬ tung oder einen digitalen Signalprozessor, möglicherweise in Kombination mit einer Speichereinheit zum Speichern von Pro- grammbefehlen, etc. handeln. Bei einem Prozessor kann es sich beispielsweise auch um einen IC (integrierter Schaltkreis, engl. Integrated Circuit), insbesondere einen FPGA (engl. Field Programmable Gate Array) oder einen ASIC (anwendungs¬ spezifische integrierte Schaltung, engl. Application-Specific Integrated Circuit) , oder einen DSP (Digitaler Signalprozes¬ sor, engl. Digital Signal Processor) handeln. Auch kann unter einem Prozessor ein virtualisierter Prozessor oder eine Soft- CPU verstanden werden. Es kann sich beispielsweise auch um einen programmierbaren Prozessor handeln, der mit Konfigura- tionsschritten zur Ausführung des genannten erfindungsgemäßen Verfahrens ausgerüstet wird oder mit Konfigurationsschritten derart konfiguriert ist, dass der programmierbare Prozessor die erfindungsgemäßen Merkmale des Verfahrens, der Komponente, des Sicherheitsmoduls, oder anderer Aspekte und Teilas- pekte der Erfindung implementiert.
Unter einer „Speichereinheit" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Speicher in Form von Arbeitsspeicher (engl. Random-Access Memory, RAM) oder eine Fest- platte verstanden werden.
Unter einem „Modul" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Prozessor und/oder eine Speichereinheit zum Speichern von Programmbefehlen verstanden werden. Bei- spielsweise ist der Prozessor speziell dazu eingerichtet, die Programmbefehle derart auszuführen, damit der Prozessor Funktionen ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren oder einen Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren. Unter einer „Arbeitsumgebung", insbesondere eines Roboters, kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Bewegungsraum des Roboters und/oder ein Arbeitsraum des Robo- ters verstanden werden. Der Bewegungsraum beschreibt insbesondere einen Raum, der beispielsweise von bewegten Elementen des Roboters, insbesondere inklusive des Endelements, mit der Gesamtheit aller Achsbewegungen erreicht werden kann. Insbesondere berücksichtigt der Bewegungsraum beispielsweise eine spezielle Form des Endeffektors und/oder eines Handhabungsob¬ jekts, die insbesondere mit diesen in der Arbeitsumgebung erreicht werden können.
Unter einem „Arbeitsraum", insbesondere eines Roboters, kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Raum verstanden werden, der insbesondere von den Schnittstellen und/oder Bewegungsachsen und/oder einem Endeffektor gebildet werden, indem man beispielsweise alle Hauptachsen in ihre jeweilige Maximal- und Minimalstellung verfährt. Insbesondere ist der Arbeitsraum unabhängig von spezieller Form des Endeffektors und/oder des Handhabungsobjekt definiert (oder diese Aspekte werden im Arbeitsraum nicht berücksichtigt) . Vorzugs¬ weise ist der Bewegungsraum mindestens so groß wie der Ar¬ beitsraum, wobei der Bewegungsraum auch größer sein kann als der Arbeitsraum.
Unter einer „Pose" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine räumliche Lage verstanden werden, wobei die Pose insbesondere eine Kombination von Position und Ori- entierung eines Objektes im Raum bezeichnet. Insbesondere ist die Pose die Kombination von Position und Orientierung im dreidimensionalen Raum. Beispielsweise definiert sich die Po¬ sition einer punktförmigen Masse in Relation zu einem karte- sischen Koordinatensystem demnach beispielsweise durch die Abstände entlang den Koordinatenrichtungen x, y, z. Spannt man an diesem Massepunkt beispielsweise ein zweites kartesi- sches Koordinatensystem auf, so definiert sich insbesondere die Orientierung dieses Koordinatenkreuzes beispielsweise durch den Winkelversatz seiner Koordinatenachsen, insbesondere in Bezug zu den entsprechenden Achsen des Basiskoordina¬ tensystems. Es sind somit insbesondere zusätzlich drei Winkel notwendig, die beispielsweise die Lage des neuen Koordinaten- Systems bezogen auf das Basiskoordinatensystem beschreiben.
Unter einer „beweglichen Achse" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise eine kinematische Achse der Werk¬ zeugmaschine oder einer Komponente der Werkzeugmaschine ver- standen werden. Insbesondere kann eine Werkzeugmaschine, bei¬ spielsweise ein Roboter sein, wobei die Werkzeugmaschine bei¬ spielsweise aus beweglichen Gliedern (Armteilen) aufgebaut ist. Insbesondere bilden die Glieder eine offene kinematische Kette oder eine Parallelkinematik. Beispielsweise ist bei der kinematischen Kette jedes Armteil der Werkzeugmaschine mit einem beweglichen Gelenk am vorhergehenden Armteil der Werkzeugmaschine montiert. Insbesondere kann unter einer bewegli¬ chen Achse ein Gelenk verstanden werden, mit dem beispielsweise die Glieder miteinander verbunden sind. Insbesondere kann über eine bewegliche Achse, insbesondere einem Gelenk, beispielsweise das Endelement mit der Werkzeugmaschine ver¬ bunden sein. Vorzugsweise wird unter einer beweglichen Achse keine Achse verstanden, die beispielsweise durch ein Antrei¬ ben eines Werkzeugs entsteht (z. B. eine Drehbewegung eines Bohrers) .
Unter einem „Endelement" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein Endeffektor, eine Werkzeugspindel oder ein Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine verstanden werden, die vorzugsweise ein letztes oder vorletztes Element einer kinematischen Kette der Werkzeugmaschine sind. Insbe¬ sondere kann ein Endelement beispielsweise auch ein chirurgi¬ sches Instrument und/oder radiologisches Instrument und/oder medizinisches Instrument, wie beispielsweise Spritzen, Son- den, Implantaten, Schläuchen oder Ähnlichem, sein.
Unter einer „Werkzeugmaschine" können im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise Maschinen zur Fertigung von Werkstü- cken mit Werkzeugen, beispielsweise Roboter, Industrieroboter oder medizinische Roboter, verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei der Werkzeugmaschine auch um einen assistie¬ render Medizinroboter handeln, der beispielsweise zur Unter- Stützung von Ärzten einsetzbar ist. Insbesondere wird mittels des Endelements dadurch beispielsweise ein Halten und/oder Führen und/oder Zuführen, beispielsweise von chirurgischen und/oder radiologischen Instrumenten und/oder medizinischen Instrumenten, wie beispielsweise Spritzen, Sonden, Implanta- ten, Schläuchen oder Ähnlichem, ermöglicht. Dies erlaubt es insbesondere ein Werkstück, beispielsweise in Form eines festgelegten Bereichs im oder am Körper eines Patienten, sicher zu treffen und den Arzt beispielsweise von Routinetätig¬ keiten zu entlasten.
Unter einem „Werkstück" kann im Zusammenhang mit der Erfindung beispielsweise ein zu bearbeitendes Metallstück, ein elektronisches Bauteil oder im weiteren Sinne auch ein Pati¬ ent, der beispielsweise von einem medizinischen Roboter ver- sorgt wird, verstanden werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um mittels des ersten Korrekturwertes die Werk¬ zeugmaschine derart anzusteuern, dass insbesondere eine Ab- weichung zwischen der ersten relativen Pose und der Referenzpose minimiert oder möglichst minimal ist. Somit wird insbe¬ sondere die erste relative Poste derart korrigiert, dass ins¬ besondere unerwünschte Abweichungen bei der Bearbeitung des Werkstückes beispielsweise innerhalb vorgegebener Toleranzbe- reiche bleiben oder möglichst vollständig verhindert werden.
Insbesondere können durch den Einsatz eines bildbasierten Verfahrens (insbesondere auch als optisches Verfahren
bezeichenbar) zur direkten Bestimmung der ersten relativen Pose zwischen dem Endelement, beispielsweise eine Werkzeug¬ spindel, und dem Werkstück insbesondere die Messsystemkosten signifikant gesenkt werden. Insbesondere können im Vergleich zu konventionellen Verfahren beispielsweise neben den kinematischen Auslenkungen der einzelnen Achsen auch insbesondere Geometrieabweichungen der Strukturteile erfasst werden. Das bildbasierte oder optischen Messsystem kann beispielsweise sowohl in eine Regelschleife, beispielsweise während dem Betrieb der Werkzeugmaschine, ein¬ gebunden werden, als auch insbesondere zur Kalibrierung von Offline-Kompensationsmechanismen, beispielsweise bei einer Wartung der Werkzeugmaschine durch einen Techniker, einge- setzt werden.
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um die stetig steigenden Anforderungen an die Geschwindigkeit und die energetischer Effektivität von Werkzeugmaschinen zu erfüllen.
Insbesondere erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren Werkzeug¬ maschinen bereitzustellen, bei denen insbesondere die bewegten Massen deutlich geringer sind als bei konventionellen Werkzeugmaschinen, wobei die Werkzeugmaschinen dennoch eine hohe Präzision bei der Bearbeitung von Werkstücken erreichen. Insbesondere können Nachteile, die bei der Bauweise von Werk¬ zeugmaschinen mit geringen bewegten Massen auftreten, kompensiert werden. Ein bekannter Nachteil ist insbesondere eine höhere Nachgiebigkeit der Komponenten. Diese Nachgiebigkeit führt insbesondere zu nicht ausgleichbaren Positionierungs¬ fehlern und damit zu Geometrieabweichungen bei einer Bearbeitung des Werkstücks. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind beispielsweise größere Verlagerungen der Maschinenstruk- tur zulässig, da diese detektiert und regelungstechnisch kom¬ pensiert werden können. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können insbesondere hochdynamischen Leichtbau- Werkzeugmaschinen realisiert werden. Bei einer ersten Ausführungsform des Verfahrens werden die mehreren optischen Marker durch das optische Messsystem mit einem Kamerasystem erfasst. Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um beispielsweise die räumlichen Positionen der optischen Marker oder eine Position eines Werkzeugs im Endelement zu erfassen. Hierzu kann das Kamerasystem insbesondere mindestens ein ers- tes Kameramodul und/oder ein zweites Kameramodul umfassen. Das optische Messsystem, beispielsweise das Kamerasystem, insbesondere das erste Kamerasystem und/oder das zweite Kame¬ rasystem, kann beispielsweise mit dem Endelement mittels Hal¬ teelementen fest verbunden oder mittels Halteelementen auf einem Stativ in der Arbeitsumgebung fest verbunden sein. Insbesondere kann das Kamerasystem mittels der Halteelemente un¬ beweglich und fixiert am Endelement befestigt sein. Das Kame¬ rasystem ist vorzugsweise so positioniert, dass es mehrere optische Marker und/oder das Endelement und/oder das Werkzeug optisch erfassen kann.
Somit ist insbesondere eine Anbringung des optischen Messsys¬ tems am Endelement oder dem Gehäuse des Endelements denkbar, wobei insbesondere die optischen Marker in der Arbeitsumge- bung der Werkzeugmaschine und/oder an Komponenten der Werkzeugmaschine befestigt werden. Es ist beispielsweise auch denkbar, dass manche der Komponenten der Werkzeugmaschine, beispielsweise das Endelement, für beispielsweise bestimmte Bearbeitungsschritte ausgetauscht werden. In diesem Fall kann beispielsweise das optische Messsystem an nicht- auszutauschenden/verbleibenden Komponenten der Werkzeugmaschine, beispielsweise der Spannfläche der Werkzeugmaschine, befestigt werden. Die optischen Marker können beispielsweise in diesem Fall an dem Endelement (oder den Endelementen) oder dessen Gehäuse befestigt sein.
Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens werden die optischen Marker an Komponenten der Werkzeugmaschine und/oder dem Werkstück angeordnet.
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um die Position des Werkstücks und/oder Komponenten relativ zum Endelement zu erfassen. Die Komponenten der Werkzeugmaschine können insbesondere ein Spannmittel für das Werkstück
und/oder einen Spanntisch der Werkzeugmaschine und/oder eine Spannfläche der Werkzeugmaschine und/oder eine Maschinen¬ struktur der Werkzeugmaschine umfassen.
Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens werden mindestens drei optische Marker der mehreren optischen Marker an einer der Komponenten der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück angebracht .
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um die Position des Werkstücks und/oder der Komponenten möglichst höher Präzision zu erfassen. Insbesondere werden hierzu mindestens drei optische Marker einer Komponente oder des Werkstücks, beim Erfassen der mehreren optischen Marker, durch das optische Messsystem erfasst.
Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens werden erste räumliche Positionen anhand der optischen Marker in der Ar- beitsumgebung ermittelt. Zudem werden zweite räumliche Posi¬ tionen für das Endelement ermittelt, wobei die zweiten räum¬ liche Positionen und/oder die ersten räumlichen Positionen beim Ermitteln der ersten räumlichen Pose berücksichtigt werden .
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um die Position des Werkstücks und/oder der Komponenten möglichst höher Präzision zu erfassen. Die zweiten räumlichen Positionen können beispielsweise bekannte Positionen von dem optischen Messsystem sein. Insbesondere können die zweiten räumlichen Positionen auch durch das optische Messsystem ermittelt werden, indem das optische Messsystem beispielsweise über ein Lagemodul zur Positionsbestimmung umfasst und die zweiten räumlichen Positionen bei Bedarf ausgelesen werden. Insbesondere können die zweiten räumlichen Positionen auch durch das optische Messsystem ermittelt werden, indem das optische Messsystem beispielsweise eine Werkzeugposition, ins¬ besondere über eine optische Erfassung, bestimmt. Hierzu kön- nen beispielsweise an einem Werkzeughalter, indem insbesondere das Werkzeug gehalten wird, weitere optische Marker ange¬ bracht sein. Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens befindet sich zwischen dem Werkstück und den erfassten optischen Markern eine erste bewegliche Achse, wobei eine Positionsinformation durch ein erstes achsinternes Sensormodul ermittelt wird, die beim Ermitteln der ersten relativen Pose berücksichtigt wird.
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um die Position des Werkstücks und/oder der Komponenten mit möglichst höher Präzision zu erfassen, insbesondere in Situatio¬ nen, in denen beispielsweise eine direkte visuelle Erfassung, insbesondere auch eine räumliche Positionsbestimmung, des Werkstücks nicht möglich ist. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn das Werkstück in Bearbeitungsschritten teilweise vom Werkzeug des Endelements derart verdeckt ist, dass insbesondere die optischen Marker des Werkstücks durch das optische Messsystem nicht erfasst werden können. Auch kann es sein, dass beispielsweise auf Werkstücken keine optischen Marker angebracht werden können, da das Werkstück beispielsweise besonders heiß ist. Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird beim Steuern des Endelements eine zweite bewegliche Achse gesteu¬ ert, mit der das Endelement an der Werkzeugmaschine angeord¬ net ist. Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um insbesondere eine Korrektur der ersten relativen Pose, also dass die erste relative Pose insbesondere möglichst der Refe¬ renzpose entspricht, möglichst einfach erfolgt. Insbesondere bei einem Industrieroboter wäre es möglich, beispielsweise den ersten Korrekturwert bei jedem Gelenk zu berücksichtigen. Insbesondere ist dies relativ aufwendig, da beispielsweise ein relativ komplexes Bewegungsmodell des Industrieroboters oft neu berechnet werden muss. Mit dem erfindungsgemäßen Ver- fahren dieser Ausführungsform ist es insbesondere möglich, den ersten Korrekturwert insbesondere nur bei der (zweiten) beweglichen Achse zu berücksichtigen und somit insbesondere auf eine komplexe Modellberechnung zu verzichten.
Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens ist das opti¬ sche Messsystem fest mit dem Endelement verbunden.
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um eine unerwünschte Positionsänderung des optischen Messsystems zu verhindern. Hierzu ist das Messsystem vorzugsweise unbe¬ weglich und/oder fixiert mit dem Endelement verbunden.
Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens ist das Endele- ment fest mit einem Werkzeug verbunden oder das Werkzeug ist über eine dritte bewegliche Achse mit dem Endelement verbun¬ den, wobei die dritte bewegliche Achse insbesondere in eine Richtung beweglich ist. Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um beispielsweise Ungenauigkeiten, die sich beispielsweise zwi¬ schen dem Endelement und dem Werkzeug ergeben, zu kompensie¬ ren. Hierzu kann beispielsweise ein vereinfachtes Modell des Endelements und des Werkzeugs berechnet werden, das die Unge- nauigkeiten oder Abweichungen von einer Referenzposition oder einer weiteren Referenzpose berücksichtigt, um insbesondere diese Ungenauigkeiten auszugleichen. Die Abweichungen oder Ungenauigkeiten können beispielsweise ebenfalls durch das op¬ tische Messsystem, insbesondere mit zusätzlichen optischen Markern, ermittelt werden oder durch ein weiteres Sensormodul im Endelement, beispielsweise in einer Werkzeugaufnahme für das Werkzeug. Das vereinfachte Modell, beispielsweise eine Bewegungsmodell eines Industrieroboters, wird beispielsweise dahingehend vereinfacht, dass beispielsweise die dritte be- wegliche Achse vorzugsweise nur in eine Richtung beweglich ist und damit beispielsweise relativ einfache Bewegungen mo¬ delliert werden. Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens werden mit dem optischen Messsystem nach einem Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks durch die Werkzeugmaschine erste Geometriewerte des Werkstücks erfasst, wobei ein zweiter Korrekturwert an- hand der ersten Geometriewerte und vorgegebenen Geometriewerten berechnet wird und der zweite Korrekturwert beim Ermit¬ teln des ersten Korrekturwerts für ein nächstes Werkstück be¬ rücksichtigt . Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um die Präzision bei der Bearbeitung des Werkstückes zu erhöhen. Insbesondere werden bei dieser Vermessung Geometriemerkmale höherer Ordnung in einem Messzyklus erfasst, wodurch beispielsweise im Vergleich zur Antastung einzelner Punkte eine wesentlich höhere Messgeschwindigkeit erzielt werden kann. Insbesondere kann die Vermessung für jedes Werkstück, nach einer vorgegeben Anzahl von gefertigten Werkstücken oder zu vorgegebenen Zeitpunkten durchgeführt werden. Bei weiteren Ausführungsformen des Verfahrens wird mittels des ersten Korrekturwertes die Werkzeugmaschine und/oder das Endelement derart gesteuert, dass als das Werkstück ein fest¬ gelegter Bereich im oder am Körper eines Patienten angefahren wird .
Das Verfahren ist insbesondere dahingehend vorteilhaft, um insbesondere ein Werkstück, beispielsweise ein Werkstück als festgelegter Bereich im oder am Körper eines Patienten, sicher mit dem Endgerät zu treffen oder anzufahren und den Arzt beispielsweise von Routinetätigkeiten zu entlasten. In einem solchen Szenario werden der erste Korrekturwert und/oder der zweite Korrekturwert möglichst kontinuierlich ermittelt, z. B. in vorbestimmten Zeitintervallen, die vorzugsweise möglichst kurz sind, um beispielsweise Bewegungen des Patienten zu berücksichtigen und insbesondere einen Arzt, beispielswei¬ se auf einem Anzeigegerät darauf hinzuweisen, dass sich bei¬ spielsweise die Position des Patienten geändert hat. Dies kann beispielsweise bei Operationen von signifikanter Bedeu- tung sein, bei denen insbesondere geringe Abweichungen zu unerwünschten Effekten führen, z. B. Verletzungen von Nerven, die insbesondere zu Lähmungen führen. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Steu¬ ervorrichtung zum rechnergestützten Steuern eines/des Endelementes einer Werkzeugmaschine, aufweisend:
ein optisches Messsystem zum Erfassen von/der mehreren optischen Marker in einer Arbeitsumgebung der Werkzeug- maschine;
ein erstes Berechnungsmodul zum
Ermitteln einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück anhand der mehreren erfassten optischen Markern;
- Ermitteln eines ersten Korrekturwertes anhand eines
Vergleichs der ersten relativen Pose mit einer Referenzpose;
ein erstes Steuerungsmodul zum Steuern des Endelements für eine Bearbeitung des Werkstücks unter Berücksichti- gung des ersten Korrekturwertes.
Bei weiteren Ausführungsformen der Steuervorrichtung umfasst die Steuervorrichtung mindestens ein weiteres Modul oder mehrere Module, die zur Durchführung einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, aufweisend:
ein Endelement, das rechnergestützt steuerbar ist;
- mehrere optischen Marker;
ein optisches Messsystem zum Erfassen von mehreren optischen Markern in einer Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine ;
eine erfindungsgemäße Steuervorrichtung zum rechnerge- stützten Steuern des Endelementes einer Werkzeugmaschine . Bei einer ersten Ausführungsform der Werkzeugmaschine umfasst das optische Messsystem ein Kamerasystem zum Erfassen der mehreren optischen Marker.
Die Werkzeugmaschine ist insbesondere dahingehend vorteil¬ haft, um beispielsweise die räumlichen Positionen der opti¬ schen Marker oder eine Position eines Werkzeugs im Endelement zu erfassen. Hierzu kann das Kamerasystem insbesondere mindestens ein erstes Kameramodul und/der ein zweites Kameramo¬ dul umfassen. Das optische Messsystem, beispielsweise das Ka¬ merasystem, insbesondere das erste Kamerasystem und/oder das zweite Kamerasystem, kann beispielsweise mit dem Endelement mittels Halteelementen fest verbunden oder mittels Halteele¬ menten auf einem Stativ in der Arbeitsumgebung fest verbunden sein. Insbesondere kann das Kamerasystem mittels der Halte¬ elemente unbeweglich und fixiert am Endelement befestigt sein. Das Kamerasystem ist vorzugsweise so positioniert, dass es mehrere optische Marker und/oder das Endelement und/oder das Werkzeug optisch erfassen kann.
Bei weiteren Ausführungsformen der Werkzeugmaschine ist das optische Messsystem fest mit dem Endelement verbunden.
Bei weiteren Ausführungsformen der Werkzeugmaschine ist das Endelement fest mit einem Werkzeug verbunden oder das Werk¬ zeug ist über eine dritte bewegliche Achse mit dem Endelement verbunden, wobei die dritte bewegliche Achse insbesondere in eine Richtung beweglich ist.
Bei weiteren Ausführungsformen der Werkzeugmaschine umfasst die Werkzeugmaschine mindestens ein weiteres Modul oder meh¬ rere Module, die zur Durchführung einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet sind.
Des Weiteren wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmbe¬ fehlen zur Durchführung der genannten erfindungsgemäßen Verfahren beansprucht, wobei mittels des Computerprogrammpro- dukts jeweils das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist .
Zusätzlich wird eine Variante des Computerprogrammproduktes mit Programmbefehlen zur Konfiguration eines Erstellungsgeräts, beispielsweise ein 3D-Drucker oder ein zur Erstellung von Prozessoren und/oder Geräten, beansprucht, wobei das Erstellungsgerät mit den Programmbefehlen derart konfiguriert wird, dass die genannte erfindungsgemäße Werkzeugmaschine und/oder Steuervorrichtung erstellt wird.
Darüber hinaus wird eine Bereitstellungsvorrichtung zum Speichern und/oder Bereitstellen des Computerprogrammprodukts be¬ ansprucht. Die Bereitstellungsvorrichtung ist beispielsweise ein Datenträger, der das Computerprogrammprodukt speichert und/oder bereitstellt. Alternativ und/oder zusätzlich ist die Bereitstellungsvorrichtung beispielsweise ein Netzwerkdienst, ein Computersystem, ein Serversystem, insbesondere ein verteiltes Computersystem, ein cloudbasiertes Rechnersystem und/oder virtuelles Rechnersystem, welches das Computerpro¬ grammprodukt vorzugsweise in Form eines Datenstroms speichert und/oder bereitstellt.
Diese Bereitstellung erfolgt beispielsweise als Download in Form eines Programmdatenblocks und/oder Befehlsdatenblocks, vorzugsweise als Datei, insbesondere als Downloaddatei, oder als Datenstrom, insbesondere als Downloaddatenstrom, des vollständigen Computerprogrammprodukts. Diese Bereitstellung kann beispielsweise aber auch als partieller Download erfol- gen, der aus mehreren Teilen besteht und insbesondere über ein Peer-to-Peer Netzwerk heruntergeladen oder als Datenstrom bereitgestellt wird. Ein solches Computerprogrammprodukt wird beispielsweise unter Verwendung der Bereitstellungsvorrichtung in Form des Datenträgers in ein System eingelesen und führt die Programmbefehle aus, sodass das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Computer zur Ausführung gebracht wird oder das Erstellungsgerät derart konfiguriert, dass dieses die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine und/oder Steuervorrich¬ tung erstellt.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen in schematischer Darstellung:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemäßen Werkzeugmaschine;
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen Werkzeugmaschine; Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungs¬ gemäßen Steuervorrichtung;
In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nichts anderes angegeben ist.
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele weisen, sofern nicht anders angegeben oder bereits angegeben, zumindest einen Prozessor und/oder eine Speichereinrichtung auf, um das Verfahren zu implementieren oder auszuführen.
Die Fig. 1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Einzelnen zeigt die Fig. 1 ein Verfahren zum rechnergestützten Steuern eines Endelementes einer Werkzeugmaschine mit einem ersten Verfahrensschritt 210 zum Erfassen von meh reren optischen Markern in einer Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine mittels eines optischen Messsystems. Das Verfahren umfasst einen zweiten Verfahrensschritt 220 zum Ermitteln einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück anhand der mehreren erfassten optischen Markern.
Das Verfahren umfasst einen dritten Verfahrensschritt 230 zum Ermitteln eines ersten Korrekturwertes anhand eines Ver¬ gleichs der ersten relativen Pose mit einer Referenzpose;
Das Verfahren umfasst einen vierten Verfahrensschritt 240 zum Steuern des Endelements für eine Bearbeitung des Werkstücks unter Berücksichtigung des ersten Korrekturwertes. In einer weiteren bevorzugten Variante ist ein Prozessor speziell dazu eingerichtet, die Programmbefehle derart auszufüh¬ ren, damit der Prozessor Funktionen ausführt, um das erfindungsgemäße Verfahren oder mindestens einen der Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zu implementieren.
Die Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer er¬ findungsgemäßen Werkzeugmaschine .
Im Einzelnen zeigt die Fig. 2 eine Werkzeugmaschine mit min- destens drei steuerbaren Freiheitsgraden.
Die Werkzeugmaschine umfasst mehrere Komponenten, beispiels¬ weise ein (kamerabasiertes) optisches Messsystem, ein Struk¬ turteil 101, einen (beweglichen) Spanntisch 102, eine Spann- fläche 103, ein Endelement, einen ersten Kamerahalter 106, einen zweiten Kamerahalter 107, Spannmittel 110 zum Fixieren eines Werkstücks 111, eine Werkzeugaufnahme 112 und ein Werk¬ zeug 113. Zusätzlich ist eine Vielzahl von optischen Markern 114 an den Komponenten der Werkzeugmaschine oder dem Werk- stück 111 angebracht. Das Endelement umfasst ein Werkzeug¬ spindelgehäuse 104 und/oder eine Werkzeugspindel 105. Die Werkzeugmaschine kann beispielsweise zusätzlich noch eine weitere Komponente oder mehrere weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise einen Prozessor, eine Speichereinheit, ein Eingabegerät, insbesondere eine Computertastatur oder eine Computermaus, oder einen Monitor.
Eine Kinematik der Werkzeugmaschine ermöglicht relative
Translationen entlang der X-, Y- und Z-Achse und optional eine Rotation um die A-, B- und C-Achsen. Eine indirekte, vor- zugsweise achsintegrierte, Messung der ersten relativen Pose zwischen dem Werkzeug 113 und dem Werkstück 111 wird vorzugs¬ weise um das optische Messsystem ersetzt oder ergänzt, wobei das optische Messsystem die erste relative Pose direkt ermit¬ telt. Das optische Messsystem umfasst mindestens zwei digita- le Kameramodule, beispielsweise ein erstes Kameramodul 108 und ein zweites Kameramodul 109.
Das erste Kameramodul 108 ist beispielsweise über ein erstes Haltemittel, beispielsweise den ersten Kamerahalter 106, mit dem Endelement der Werkzeugmaschine, beispielsweise der Werk¬ zeugspindel 105 oder dem Werkzeugspindelgehäuse 104, verbun¬ den .
Das zweite Kameramodul 109 ist beispielsweise über ein zwei- tes Haltemittel, beispielsweise der zweite Kamerahalter 107, mit dem Endelement der Werkzeugmaschine, beispielsweise der Werkzeugspindel 105 oder dem Werkzeugspindelgehäuse 104, ver¬ bunden . Die Werkzeugspindel 105 umfasst die Werkzeugaufnahme 112, um ein Werkzeug 113 aufzunehmen. Zwischen den Kameramodulen 108, 109 und dem Werkzeug 113 befinden sich abgesehen von der Werkzeugspindel 105 vorzugsweise keine weiteren beweglichen Achsen .
Das Werkstück 111 wird beispielsweise über das Spannmittel 110, beispielsweise einen Schraubstock, auf der Spannfläche 103 fixiert oder befestigt. Der Spanntisch 102 kann über wei- tere bewegliche Achsen mit der Maschinenstruktur 101 verbunden sein.
In der Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine und den angren- zenden Bereichen sind optische Marker 114 verteilt. Die opti¬ schen Marker können dabei direkt auf dem Werkstück 111, auf den Spannmitteln 110, auf der Spannfläche 103, dem Spanntisch 102 und der Maschinenstruktur 101 angebracht sein. Für die Bestimmung der relativen Pose zwischen dem Werkstück 111 oder dem Endelement und dem Werkzeug 113 befinden sich vorzugsweise mindestens drei optische Marker, die an der sel¬ ben Komponente der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück 111 angebracht sind, im Sichtfeld der mindestens zwei Kameramodu- le 108, 109. Befinden sich beispielsweise zwischen den gemes¬ senen optischen Markern 114 und dem Werkstück 111 erste bewegliche Achsen, wird ein achsintegriertes Sensormodul dieser Achsen zur Ermittlung der ersten relativen Pose zwischen dem Werkstück 111 und Werkzeug 113 oder dem Endelement mit heran- gezogen.
In einer Variante kann der beschrieben Ansatz durch weitere Sensoren ergänzt werden, beispielsweise um Vibrationssenso¬ ren, welche beispielsweise am Werkzeugspindelgehäuse 104 an- geordnet werden. Durch Fusion der unterschiedlichen Sensordaten, beispielsweise von Vibrationssensordaten der Vibrationssensoren mit optischen Sensordaten, der durch das optische Messsystem erfassten optischen Marker, können insbesondere auch hochfrequente Schwingungen gut detektiert werden und entsprechend zur Steigerung der Arbeitsgenauigkeit verwendet werden .
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer er¬ findungsgemäßen Werkzeugmaschine .
Im Einzelnen zeigt die Fig. 3 ein Industrierobotersystem. Das Industrierobotersystem umfasst mehrere Komponenten. Die Komponenten sind beispielsweise ein Roboter 120, ein Endelement, ein optisches Messsystem, einen Spanntisch 102, eine Spannfläche 103, ein Spannmittel 110, eine Werkzeugaufnahme 112, ein Fräswerkzeug 113, ein Grundgestell 121 des Roboters 120, ein Roboterflansch 122 am Endelement und ein feststehendes Anbauteil 130 des Spanntisches 102. Zusätzlich ist eine Viel¬ zahl von optischen Markern 114a, 114c an den Komponenten der Werkzeugmaschine und/oder eine Vielzahl von optischen Markern 114d an einem feststehenden Werkstück lila und/oder eine Vielzahl von optischen Markern 114b an einem beweglichen Werkstück 111b angebracht. Das Endelement umfasst ein Werk¬ zeugspindelgehäuse und/oder eine Werkzeugspindel 105. Der Ro¬ boter 120 umfasst mehrere bewegliche Achsen, beispielsweise eine zweite bewegliche Achse A2, eine vierte bewegliche Achse A4, eine fünfte bewegliche Achse A5, eine sechste bewegliche Achse A6, eine siebte bewegliche Achse A7 und eine achte be¬ wegliche Achse A8. Das Endelement ist mittels des Roboter¬ flansches 122 und der zweiten beweglichen Achse A2 an dem Roboter befestigt. Das Industrierobotersystem kann beispielsweise zusätzlich noch eine weitere Komponente oder mehrere weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise einen Prozessor, eine Speichereinheit, ein Eingabegerät, insbesondere eine Computertastatur oder eine Computermaus, oder einen Monitor.
Das optische Messsystem besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem ersten Kameramodul 108 mit einem ersten Sichtfeld 108a und einem zweiten Kameramodul 109 mit einem zweiten Sichtfeld 108b, die am Endelement, beispielsweise am Werk- zeugspindelgehäuse, fest und unbeweglich fixiert sind.
Die Werkzeugspindel 105 umfasst die Werkzeugaufnahme 112, um ein Werkzeug 113 aufzunehmen. Zwischen den Kameramodulen 108, 109 und dem Werkzeug 113 befinden sich abgesehen von der Werkzeugspindel 105 vorzugsweise keine weiteren beweglichen Achsen . Das feststehende Werkstück lila wird beispielsweise über das Spannmittel 110, beispielsweise einen Schraubstock, auf der Spannfläche 103 fixiert oder befestigt. In der Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine und den angrenzenden Bereichen sind die optischen Marker 114a, 114b, 114c, 114d verteilt. Die optischen Marker 114a, 114b, 114c, 114d können dabei direkt auf dem feststehenden Werkstück lila und/oder auf dem beweglichen Werkstück 111b und/oder auf den Spannmitteln 110 und/oder auf der Spannfläche 103 und/oder dem Spanntisch 102 und/oder dem feststehenden Teil 130 angebracht sein.
Für die Bestimmung der ersten relativen Pose zwischen dem Werkstück, beispielsweise dem feststehenden Werkstück lila oder dem beweglichen Werkstück 111b, und dem Endelement oder dem Werkzeug 113 befinden sich vorzugsweise mindestens drei optische Marker, die an der selben Komponente der Werkzeugma¬ schine oder dem Werkstück lila, 111b angebracht sind, im Sichtfeld der mindestens zwei Kameramodule 108, 109. Befinden sich beispielsweise zwischen den gemessenen optischen Markern 114 und dem Werkstück lila, 111b erste bewegliche Achsen, wird ein achsintegriertes Sensormodul dieser Achsen zur Er¬ mittlung der ersten relativen Pose zwischen dem Werkstück 111 und Werkzeug 113 oder dem Endelement mit herangezogen.
In einer Variante kann der beschriebene Ansatz durch weitere Sensoren ergänzt werden, beispielsweise um Vibrationssenso¬ ren, welche beispielsweise am Werkzeugspindelgehäuse 104 an- geordnet werden. Durch Fusion der unterschiedlichen Sensordaten, beispielsweise von Vibrationssensordaten der Vibrationssensoren mit optischen Sensordaten der durch das optische Messsystem erfassten optischen Marker, können insbesondere auch hochfrequente Schwingungen gut detektiert werden und entsprechend zur Steigerung der Arbeitsgenauigkeit verwendet werden . Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer er¬ findungsgemäßen Steuervorrichtung .
Im Einzelnen zeigt die Fig. 4 eine Steuervorrichtung zum rechnergestützten Steuern eines/des Endelementes einer Werkzeugmaschine .
Die Steuervorrichtung weist ein optisches Messsystem 410, ein erstes Berechnungsmodul 420, ein erstes Steuerungsmodul 430 und eine optionale erste Kommunikationsschnittstelle 404 auf, die über einen ersten Bus 405 kommunikativ miteinander verbunden sind. Die erste Kommunikationsschnittstelle ist bei¬ spielsweise mit einer Werkzeugmaschine über einen Kommunika¬ tionsbus verbunden.
Die Steuervorrichtung kann beispielsweise zusätzlich noch eine weitere Komponente oder mehrere weitere Komponenten umfas¬ sen, wie beispielsweise einen Prozessor, eine Speichereinheit, ein Eingabegerät, insbesondere eine Computertastatur oder eine Computermaus, oder einen Monitor. Die entsprechende/n Komponente/n können beispielsweise über den ersten Bus 405 mit den anderen Modulen der Steuervorrichtung kommunikativ verbunden sein. Das optisches Messsystem 410 ist zum Erfassen von/der mehreren optischen Marker in einer Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine eingerichtet.
Das optische Messsystem 410 kann beispielsweise mittels des Prozessors, der Speichereinheit, einen oder mehreren Kamera¬ modulen und einer ersten Programmkomponente implementiert werden, die beispielsweise durch ein Ausführen von Programmbefehlen die einem oder die mehreren Kameramodule derart ansteuern, dass die optischen Marker erfasst werden.
Das erste Berechnungsmodul 420 ist zum Ermitteln einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück anhand der mehreren erfassten optischen Markern eingerichtet. Zusätzlich ist das erste Berechnungsmodul 420 zum Ermitteln eines ersten Korrekturwertes anhand eines Vergleichs der ers¬ ten relativen Pose mit einer Referenzpose eingerichtet.
Das erste Berechnungsmodul 420 kann beispielsweise mittels des Prozessors, der Speichereinheit und einer zweiten Pro¬ grammkomponente implementiert werden, die beispielsweise durch ein Ausführen von Programmbefehlen die relative Pose und/oder den ersten Korrekturwert ermitteln.
Das erste Steuerungsmodul 430 ist zum Steuern des Endelements für eine Bearbeitung des Werkstücks unter Berücksichtigung des ersten Korrekturwertes eingerichtet.
Das erste Steuerungsmodul 430 kann beispielsweise mittels des Prozessors, der Speichereinheit und einer dritten Programm¬ komponente implementiert werden, die beispielsweise durch ein Ausführen von Programmbefehlen das Endelement unter Berück- sichtigung des ersten Korrekturwertes ansteuern.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, und an- dere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum rechnergestützten Steuern eines Endelementes einer Werkzeugmaschine mit folgenden Verfahrensschritten: - Erfassen (210) von mehreren optischen Markern (114) in einer Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine mittels eines optischen Messsystems (410);
Ermitteln (220) einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück (111, lila, 111b) anhand der mehreren erfassten optischen Markern (114);
Ermitteln (230) eines ersten Korrekturwertes anhand ei¬ nes Vergleichs der ersten relativen Pose mit einer Refe¬ renzpose;
Steuern (240) des Endelements für eine Bearbeitung des Werkstücks (111, lila, 111b) unter Berücksichtigung des ersten Korrekturwertes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren optischen Marker (114) durch das optische Messsystem (410) mit einem Kamerasystem erfasst werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die optischen Marker an Komponenten der Werkzeugmaschine und/oder dem Werkstück angeordnet werden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens drei optische Marker der mehreren optischen Marker
(114) an einer der Komponenten der Werkzeugmaschine oder dem Werkstück (111, lila, 111b) angebracht werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei erste räumliche Positionen anhand der optischen Marker in der Arbeitsumgebung ermittelt werden;
zweite räumliche Positionen für das Endelement ermittelt werden;
die zweiten räumlichen Positionen und/oder die ersten räumlichen Positionen beim Ermitteln der ersten räumlichen Pose berücksichtigt werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich zwischen dem Werkstück (111, lila, 111b) und den erfassten optischen Markern (114) eine erste bewegliche Achse befindet,
eine Positionsinformation durch ein erstes achsinternes Sensormodul ermittelt wird, die beim Ermitteln der ers¬ ten relativen Pose berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim Steuern des Endelements eine zweite bewegliche Ach¬ se (A2) gesteuert wird, mit der das Endelement an der Werk¬ zeugmaschine angeordnet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optische Messsystem fest mit dem Endelement verbunden ist .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Endelement fest mit einem Werkzeug verbunden ist oder das Werkzeug über eine dritte bewegliche Achse mit dem Endelement verbunden ist, wobei die dritte bewegliche Achse insbesondere in eine Richtung beweglich ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mit dem optischen Messsystem nach einem Abschluss der Bearbeitung des Werkstücks (111, lila, 111b) durch die Werkzeugmaschine erste Geometriewerte des Werkstücks (111, lila, 111b) erfasst werden,
ein zweiter Korrekturwert anhand der ersten Geometrie¬ werte und vorgegebenen Geometriewerten berechnet wird, der zweite Korrekturwert beim Ermitteln des ersten Korrekturwerts für ein nächstes Werkstück berücksichtigt wird .
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels des ersten Korrekturwertes die Werkzeugmaschine und/oder das Endelement derart gesteuert wird, dass als das Werkstück ein festgelegter Bereich im oder am Körper eines Patienten angefahren wird.
12. Steuervorrichtung zum rechnergestützten Steuern eines/des Endelementes einer Werkzeugmaschine, aufweisend:
ein optisches Messsystem (410) zum Erfassen von/der mehreren optischen Marker (114) in einer Arbeitsumgebung der Werkzeugmaschine;
ein erstes Berechnungsmodul (420) zum
Ermitteln einer ersten relativen Pose zwischen dem Endelement und einem Werkstück (111, lila, 111b) anhand der mehreren erfassten optischen Markern (114) ;
Ermitteln eines ersten Korrekturwertes anhand eines Vergleichs der ersten relativen Pose mit einer Referenzpose;
ein erstes Steuerungsmodul (430) zum Steuern des Endele¬ ments für eine Bearbeitung des Werkstücks (111, lila, 111b) unter Berücksichtigung des ersten Korrekturwertes.
13. Werkzeugmaschine, aufweisend:
ein Endelement, das rechnergestützt steuerbar ist;
mehrere optischen Marker (114);
eine Steuervorrichtung nach Anspruch 12.
14. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13, wobei das optische Messsystem (410) ein Kamerasystem zum Erfassen der mehreren optischen Marker (114) umfasst.
15. Werkzeugmaschine nach Anspruch 13 oder 14, wobei das op¬ tische Messsystem (410) fest mit dem Endelement verbunden ist .
16. Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 13 - 15, wobei das Endelement fest mit einem Werkzeug verbunden ist oder das Werkzeug über eine dritte bewegliche Achse mit dem Endelement verbunden ist, wobei die dritte bewegliche Achse insbesondere in eine Richtung beweglich ist.
17. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 11.
18. Computerprogrammprodukt mit Programmbefehlen für ein Ers¬ tellungsgerät, das mittels der Programmbefehle konfiguriert wird, die Steuervorrichtung nach Anspruch 12 und/oder die Werkzeugmaschine nach einem der Ansprüche 13 - 16 zu erstel¬ len .
19. Bereitstellungsvorrichtung für das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Bereitstellungsvorrichtung das Computerprogrammprodukt speichert und/oder be¬ reitstellt.
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