EP4337426A1 - Verfahren zur kalibrierung eines roboters - Google Patents

Verfahren zur kalibrierung eines roboters

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Publication number
EP4337426A1
EP4337426A1 EP22734214.4A EP22734214A EP4337426A1 EP 4337426 A1 EP4337426 A1 EP 4337426A1 EP 22734214 A EP22734214 A EP 22734214A EP 4337426 A1 EP4337426 A1 EP 4337426A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
robot
machine
position value
tool
production machine
Prior art date
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Pending
Application number
EP22734214.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Hamm
Guido Seeger
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP4337426A1 publication Critical patent/EP4337426A1/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
    • B25J9/1679—Programme controls characterised by the tasks executed
    • B25J9/1692—Calibration of manipulator
    • 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
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    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/418—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM]
    • G05B19/41815—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the cooperation between machine tools, manipulators and conveyor or other workpiece supply system, workcell
    • G05B19/41825—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by the cooperation between machine tools, manipulators and conveyor or other workpiece supply system, workcell machine tools and manipulators only, machining centre
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    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50137—Contact in probe, touch probe to detect contact, touch trigger
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50252—Replace, change tool with tracer head, probe, feeler
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    • 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
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50362—Load unload with robot

Definitions

  • the invention relates to a method for calibrating a robot.
  • a cooperation of robots and machine tools and/or production machines is z. B. pieces of advantage in the processing of work. With the help of the robot z. B. Processes on a machine tool and/or production machine that would otherwise have to be done by hand can be automated. This sometimes includes loading and unloading processes.
  • WO 2005/084895 A1 deals with a method for measuring an operating point of tools for industrial robots.
  • a procedure for calibration is described in EP 1152 212 Bl.
  • the disadvantage here is that an optical measuring device is required for the measurement.
  • JP 2011048467 A discloses a machining system including a machine tool controlled by a machine tool controller and a robot controlled by a robot controller to perform work on the machine tool.
  • the machining system is provided with a data acquisition device having data acquisition means for acquiring a target value P provided at a predetermined movable part of a robot in a robot coordinate system.
  • the processing system also includes measuring means for measuring the position of the target point P in the coordinate system of the machine tool; and relative relation deriving means for deriving a relative relation between the robot coordinate system and the machine tool coordinate system based on the position data detected by the data acquisition means and the position data measured by the measuring means .
  • EP 3418 838 A1 discloses a wire electric discharge machining system comprising: an electrode movement control unit for moving a wire electrode while the wire electrode is held parallel to the Zl axis to bring the wire electrode into contact with a reference piece while the wire electrode is in relation to the Zl-axis is kept inclined; an electrode position detecting unit for detecting a position of the wire electrode in an orthogonal XI Y1 ZI coordinate system when the wire electrode touches the reference piece; a position detection unit for detecting a position of the reference piece in an orthogonal X2 Y2 Z2 - coordinate system when the wire electrode touches the reference piece; and a relative positional relationship calculator for calculating a relative positional relationship between the coordinate systems based on the detected positions.
  • DE 102016 011 653 A1 discloses a robot system that is inexpensive and can easily measure a position of a target point.
  • the system stores feature quantities of an image of a target contained in a captured image as reference data when the target is located at a known first target position in the robot coordinate system, and stores the first target position relative to an arm end as a position of the tool center points.
  • the system compares the feature sizes obtained from the captured image when the reticle is placed in a second reticle position and the feature sizes of the reference data to cause the arm end to move and calculates the second reticle position in the robot coordinate system based on a second robot position corresponding to the position of the arm end after the movement and the position of the tool center.
  • DE 102015 015 094 A1 discloses a cooperation system made up of a robot and a machine tool, which is set up to obtain a coordinate transformation device with high accuracy and a simple structure, with which a robot coordinate system is transformed into a machine coordinate system.
  • a preliminary coordinate system is defined by coordinate values of three calibration marks in a base coordinate system obtained by translating the machine coordinate system, and a coordinate transformation matrix is calculated from the preliminary coordinate system and the base coordinate system. The positions of the markers in the robot coordinate system are obtained by recording them with a camera.
  • a coordinate transformation matrix from the robot coordinate system to the preliminary coordinate system is calculated based on the three coordinate values in the robot coordinate system, and a coordinate transformation matrix from the robot coordinate system to the base coordinate system is calculated based on the above second matrices.
  • the object of the invention is to improve cooperation between robots and machine tools and/or production machines.
  • the object is achieved by claim 1, ie a method for calibrating a robot, wherein a working space of the robot at least partially intersects with a working space of a machine tool and/or production machine, the robot being moved in such a way that a Reference point of the robot is at a first position within the workspace of the machine tool and/or production machine, with a first position value present at the first position of the robot being present with one of the machine tools and/or production machine at the position the first position value is compared, wherein if the first position value available to the robot differs from the first position value available to the machine tool and/or production machine, the first position value available to the robot or the first position value available to the machine tool and/or production machine is corrected Position value is corrected in such a way that the first position value available to the robot and the first position value available to the machine tool and/or production machine are the same.
  • the first position value available to the robot is corrected.
  • the invention offers the advantage that a time-consuming and expensive calibration of the robot, in particular a robot mechanism, e.g. by means of a 3D measuring device, which e.g. B. the position of a robot hand (advantageously having a tool center point, TCP for short) is not necessary.
  • a 3D measuring device which e.g. B. the position of a robot hand (advantageously having a tool center point, TCP for short) is not necessary.
  • the calibration can be carried out quickly and inexpensively.
  • the invention is also advantageous since the calibration can be carried out again and again over the course of the period of use.
  • a position value has a first coordinate, a second coordinate and a third coordinate is advantageous.
  • a coordinate system with three axes (x-axis, y-axis, z-axis) is preferably used here.
  • Typical, but not mandatory, is the use of an orthogonal coordinate system, in particular a Cartesian coordinate system.
  • One embodiment is advantageous, according to which the robot is moved in such a way that the reference point of the robot is at a second position within the workspace of the machine tool and/or production machine, with a second position value present at the robot at the second position being associated with one of the tools - and/or production machine at the second position is compared, wherein if the second position value available to the robot differs from the second position value available to the machine tool and/or production machine, the second position value available to the robot is corrected or the second position value present in the machine tool and/or production machine is corrected in such a way that the second position value present in the robot and the second position value present in the machine tool and/or production machine are the same.
  • the first position value available to the robot is corrected.
  • An embodiment is advantageous according to which a third position value is corrected by interpolation or extrapolation based on the corrected first position value available to the robot or the machine tool and/or production machine and the corrected first position value available to the robot or the machine tool and/or production machine second position value is determined. This enables a good estimation of those points for which no separate calibration is carried out.
  • the accuracy of the robot in the working area of the machine tool can be significantly increased, in particular the relative accuracy of the robot and machine tool and/or production machine to one another. Any slight deterioration in the accuracy of the robot outside the working area of the machine tool that may occur can be accepted.
  • the more precise machine tool and/or production machine can thus serve as a measuring standard for the less precise robot.
  • An embodiment is advantageous according to which the robot is moved in such a way that the reference point of the robot is located at a plurality of positions within the working space of the machine tool and/or production machine.
  • the reference point is advantageously located at the plurality of positions in chronological order.
  • this advantageously means: First, point A is approached, then point B. B. a point C can be approached.
  • An embodiment is advantageous according to which the plurality of positions is arranged in the form of a grid and/or array or wherein the plurality of positions is arranged in such a way that the positions are at or near critical points of a workpiece to be machined.
  • critical points are: corners and/or edges.
  • Corners and edges are advantageous because they are easy to measure.
  • a reference point is advantageously located where it is particularly important that the robot and machine tool and/or production machine match.
  • Another example relates to the assembly of components: When the robot inserts one component into another, it is advantageous to measure the grooves, fits, etc. provided for this.
  • the tool center point is advantageously located on an end effector of the robot.
  • the tool and/or production machine also advantageously has a reference point.
  • This reference point can also be referred to as the tool center point. It is advantageously located at a penetration point of the tool, which is arranged on the spindle of the tool and/or production machine.
  • An embodiment is advantageous in which the robot is moved in such a way that the reference point of the robot is at a position on a work table of the machine tool and/or production machine, for example in a corner of the work table of the machine tool and/or production machine.
  • the advantage here is that within the workspace of the machine tool and / or production machine, a variety of There are points whose position is known. These include, for example, a surface of the work table and also a position of a tool tip.
  • the tool can also be a particularly accurate measuring tool or a probe.
  • the robot can move to a position or a point by guiding a probe or a distance measuring device itself, for example, or by making a mechanical contact - this is achieved, for example, by deflecting the probe of the machine tool and/or production machine or by moving to it Hard stop - and hold the position values of his TCP in space (in particular by means of three coordinates x, y, z) at these points.
  • a difference from the position values in space, which the machine tool and/or production machine measures for these points, is advantageously considered to be an error in the robot mechanics at these points that needs to be compensated for.
  • the machine tool and/or production machine can thus be used as a measuring device.
  • An embodiment is advantageous according to which the robot is moved in such a way that the reference point of the robot is located on a spindle of the machine tool and/or production machine.
  • An embodiment is advantageous according to which contact with the work table and/or the spindle is detected by a measuring probe present on and/or in an end effector of the robot.
  • the robot can move to the work table until contact is made, preferably mechanical.
  • the surface of the table serves as a reference for comparing the two coordinate systems. After this first comparison, geometric inaccuracies in the robot mechanics can be corrected by approaching other known points on the machine tool and/or production machine.
  • An embodiment is advantageous according to which touching of the spindle by a probe present on and/or in the spindle is detected.
  • a probe it is therefore also possible for a probe to be arranged in a tool holder of the machine tool and/or production machine.
  • the spindle of the machine tool and/or production machine advantageously has at least one probe.
  • the robot approaches it.
  • the probe advantageously recognizes a touch.
  • a deflection of a dial gauge serves as a reference for the comparison of the two coordinate systems of the robot and the machine tool and/or production machine.
  • the spindle of the machine tool and/or production machine is advantageously moved to at least one further position and the process described is repeated.
  • these support points can be used to interpolate or extrapolate errors at other, non-measured points in the working space Feed the machine tool and/or production machine compensation values into the movement of the robot, so that it hits the positions required from the point of view of the machine tool and/or production machine more precisely.
  • contours that the robot carries out during machining processes are adhered to much more precisely on the workpiece.
  • An alternative calculation of the measured position values consists in correcting the geometric parameters of the robot mechanics, in particular an exact position of the joints relative to one another, dimensions of the robot arm segments between the joints and/or load-dependent deflection.
  • a solution can be found, for example, using a least squares error method.
  • a second run can be carried out after the alternative calculation of the measured values in order to compensate for this. For example, by approaching all measuring positions again with the geometrically corrected robot mechanics and the remaining errors are eliminated with the first-mentioned compensation method.
  • a comparison between machine tool and/or production machine and robot is not limited to the evaluation of Cartesian coordinates (x, y, z).
  • the angular positions of tool and/or production machines and robots relative to one another can also be determined and offset against each other. In this way, not only positioning but also orientation can be matched.
  • a system for carrying out the method comprising a robot and a machine tool and/or production machine, arranged in such a way that a working space of the robot at least partially intersects with a working space of a machine tool and/or production machine.
  • FIG. 1 shows a system having a robot and a machine tool and/or production machine
  • FIG. 5 shows an example of a working area of the robot and a working area of the machine tool and/or production machine
  • 6 and FIG. 7 show an example of an assignment of numerical
  • FIG. 1 shows a system 10, having a robot 2 and a machine tool and/or production machine 4.
  • the robot 2 and the machine tool and/or production machine 4 are arranged in such a way that a working area of the robot AR (see FIG. 5) and a working area of the machine tool and/or production machine AW at least partially overlap (see FIG. 5).
  • the figure also shows a workpiece 6, a tool center point (TCP) 12 of the robot.
  • TCP tool center point
  • a tool position of the robot 2 is described by its end effector. This is an imaginary reference point located at a suitable location on the tool.
  • the reference point according to claim 1 is advantageously TCP 12.
  • the figure also shows a display 16 of the machine tool and/or production machine 4.
  • the figure shows that the workpiece 6 has already been machined in the area 18.
  • machining of a workpiece 6 succeeds in that machine tools and/or production machines 4 and robots 2 cooperate.
  • a workpiece 6 can be machined and joined by the machine tool and/or production machine 4 .
  • the robot 2 can place the workpiece 6, for example.
  • the robot 2 can also be designed for cleaning, for deburring and/or for polishing.
  • the robot 2 can also perform other tasks.
  • the workpiece 6 can be machined simultaneously by the tool and/or production machine 4 and the robot 2 .
  • a so-called joint processing is advantageous, in which the workpiece 6 is processed alternately by the machine tool and/or production machine 4 and the robot 2 .
  • simultaneous processing is also possible.
  • the machine tool and/or production machine 4 is more accurate than the robot 2 .
  • a tool and/or production machine 4 is often more accurate by at least one order of magnitude.
  • the robot 2 has, for example, an accuracy, in particular special static accuracy, of approximately 1 mm, the machine tool and/or production machine 4 of approximately 10 gm.
  • the invention offers the advantage that the accuracy of the robot 2 in the area of the working space of the machine tool and/or production machine 4 can be increased, in particular a relative accuracy of the robot 2 to the machine tool and/or production machine 4 to one another can be significantly increased .
  • the more precise machine tool and/or production machine 4 is advantageously used as a measuring standard for the less precise robot 2.
  • the system 10 shown in the figure shows a possible arrangement of the machine tool and/or production machine 4 and robot 2.
  • the robot 2 is arranged here with respect to the machine tool and/or production machine 4 in such a way that the two workspaces at least partially overlap .
  • a large number of points whose position is precisely known are available. These include, for example, a surface of a work table and a position of a tool tip 14 and/or spindle of the machine tool and/or production machine 4.
  • a tool center point of the tool and/or production machine 4 is advantageously arranged on the tool tip 14 .
  • the robot 2 can approach these points. For example, by having a probe and/or using a distance measuring device.
  • a position value of the tool center point 12 in space can be determined, for example, by establishing a mechanical contact, for example between the tool center point 12 and the work table.
  • the position value advantageously includes three coordinates.
  • a first coordinate advantageously defines a position value of an x-axis
  • a second coordinate preferably defines a position on the y-axis
  • a third coordinate preferably indicates a position on a z-axis.
  • the machine tool and/or production machine 4 can be used as a measuring device for this purpose. Errors that the work convincing and / or production machine 4 itself compared to an ideal or error-free tool and / or production machine 4 has no effect here, since it is necessary for cooperation between robot 2 and / or tool and / or Per- duction machine 4 only depends on the relative accuracy of the devices to one another.
  • the figure shows the system 10, having a robot 2 as well as a machine tool and/or production machine 4.
  • the figure also shows a work table 20, a zero point of the robot 0R and a zero point of the machine tool and/or production machine 0W.
  • the tool center point 12 of the robot 2 and the tool tip 14 of the machine tool and/or production machine 4 are identified.
  • the robot 2 is moved in such a way that it advantageously has mechanical contact with the work table 20 .
  • a surface of the work table 20 can be used here for a comparison of the two coordinate systems.
  • the robot 2 advantageously moves to several positions on the surface of the work table 20 .
  • a coordinate system of the robot 2 is a different coordinate system than that of the machine tool and/or production machine 4. It is then advantageous to convert the position values of one coordinate system into the other.
  • the figure shows that the machine tool and/or production machine 4 has a probe 141 .
  • the robot 2 approaches the probe 141 in such a way that the tool center point 12 and the probe 141 come into contact.
  • a deflection of a dial gauge of the probe 141 is a reference for the comparison of the two coordinate systems.
  • the tool tip 14 of the machine tool and/or production machine 4 is advantageously moved to a different position in order to carry out a second adjustment.
  • the robot 2 is moved in such a way that the tool center point 12 and the measuring probe 141 advantageously touch.
  • the first contact produces a first position value present for the robot 2 at a first position and a first position value present for the machine tool and/or production machine 4 at the position.
  • a difference can be seen by comparing the two values. If the two values differ, the first position value available to the robot 2 is advantageously corrected in such a way that the two position values are the same. Alternatively, the position value available to the machine tool and/or production machine 4 can also be corrected.
  • the second position value in particular a second corrected position value, can be determined analogously. Points that lie between or outside of these position values can be determined by means of interpolation or extrapolation.
  • the robot 2 advantageously has a numerical control 98 (see FIG. 6).
  • the tool and/or production machine 4 also advantageously has a numerical control 99 (see FIG. 6).
  • a first channel 101 is advantageously assigned to the robot 2 in this case.
  • a second channel 102 is here advantageously assigned to the machine tool and/or production machine 4 .
  • step S1 the robot 2 is moved in such a way that a reference point of the robot is located at a first position within the workspace of the machine tool and/or production machine 4.
  • a first position value present on the robot 2 at the first position is compared with a first production value present on the machine tool and/or production machine 4 at the position.
  • the first position value available to robot 2 differs from the first position value available to machine tool and/or production machine 4 (characterized by decision E2, query marked by E), the first position value available to robot 2 is corrected in method step S4.
  • the first position value present in the machine tool and/or production machine 4 can also be corrected (see method step S4).
  • the correction of the first position value available to the robot 2 is preferred, since the accuracy of the machine tool and/or production machine 4 is higher.
  • the correction is made in such a way that the first position value available to the robot 2 and the first position value available to the machine tool and/or production machine 4 are the same.
  • FIG. 5 shows, purely by way of example, a working area of the robot AR and a working area AW of the machine tool and/or production machine 4.
  • An overlapping area is identified by AW+R.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Roboters (2), wobei sich ein Arbeitsraum (AR) des Roboters (2) wenigstens teilweise mit einem Arbeitsraum (AW) einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) überschneidet, wobei der Roboter (2) derart bewegt wird, dass sich ein Referenzpunkt des Roboters an einer ersten Position innerhalb des Arbeitsraums (AW) der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) befindet, wobei ein dem Roboter (2) an der ersten Position vorliegender erster Positionswert mit einem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) an der Position vorliegenden ersten Positionswert verglichen wird, wobei, wenn sich der dem Roboter (2) vorliegende erste Positionswert von dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegenden ersten Positionswert unterscheidet, der dem Roboter (2) vorliegende erste Positionswert korrigiert wird oder der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegende erste Positionswert korrigiert wird, derart, dass sich der dem Roboter (2) vorliegende erste Positionswert und der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegende erste Positionswert gleichen.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kalibrierung eines Roboters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Roboters.
Eine Zusammenarbeit von Roboter und Werkzeug- und/oder Pro duktionsmaschine ist z. B. bei der der Bearbeitung von Werk stücken von Vorteil. Mit Hilfe des Roboters können z. B. Vor gänge an einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine automa tisieret werden, die sonst von Hand erfolgen müssten. Hierzu zählen mitunter Belade- und Entladevorgänge.
Aber auch Arbeitsschritte, für die die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine selbst weniger gut geeignet ist, insbe sondere, wenn das Werkstück in seiner Aufspannung verbleiben sollen, gelingen durch diese Zusammenarbeit gut. Dies sind z.B. Nachbearbeitungsschritte wie Entgraten.
Eine konstruktionsbedingt geringere Genauigkeit einer Mecha nik des Roboters macht diese Zusammenarbeit jedoch schwierig.
WO 2005/084895 Al behandelt ein Verfahren zum Einmessen eines Arbeitspunktes von Werkzeugen für Industrieroboter. Ein Ver fahren zur Kalibrierung ist in EP 1152 212 Bl beschrieben. Nachteilig ist hierbei, dass zur Vermessung eine optische Messvorrichtung benötigt wird.
JP 2011048467 A offenbart ein Bearbeitungssystem mit einer Werkzeugmaschine, die von einer Werkzeugmaschinensteuerung gesteuert wird, und einem Roboter, der von einer Robotersteu erung gesteuert wird, um Arbeiten an der Werkzeugmaschine durchzuführen. Das Bearbeitungssystem ist versehen mit einer Datenerfassungseinrichtung mit Datenerfassungsmitteln zum Er fassen eines Sollwerts P, der an einem vorbestimmten bewegli chen Teil eines Roboters vorgesehen ist, in einem Roboterko ordinatensystem. Das Bearbeitungssystem umfasst ferner Mess- mittel zum Messen der Position des Sollpunkts P im Koordina tensystem der Werkzeugmaschine und eine Relativrelationsab leitungseinrichtung zum Ableiten einer relativen Beziehung zwischen dem Roboterkoordinatensystem und dem Werkzeugmaschi nenkoordinatensystem auf der Grundlage der von der Datener fassungseinrichtung erfassten Positionsdaten und der Positi onsdaten, die von den Messeinrichtungen gemessen wurden.
EP 3418 838 Al offenbart ein elektrisches Drahterodier- Bearbeitungssystem, umfassend: eine Elektrodenbewegungssteu ereinheit zum Bewegen einer Drahtelektrode, während die Drahtelektrode parallel zur Zl-Achse gehalten wird, um die Drahtelektrode mit einem Referenzstück in Kontakt zu bringen, während die Drahtelektrode in Bezug auf die Zl-Achse geneigt gehalten wird; eine Elektrodenpositionserfassungseinheit zum Erfassen einer Position der Drahtelektrode in einem orthogo nalen XI Y1 ZI - Koordinatensystem, wenn die Drahtelektrode das Referenzstück berührt; eine Positionserfassungseinheit zum Erfassen einer Position des Referenzstücks in einem or thogonalen X2 Y2 Z2 - Koordinatensystem, wenn die Drahtelekt rode das Referenzstück berührt; und einen Relativpositionsbe ziehungsrechner zum Berechnen einer relativen Positionsbezie hung zwischen den Koordinatensystemen basierend auf den er fassten Positionen.
DE 102016 011 653 Al offenbart ein Robotersystem, das kos tengünstig ist und eine Position eines Zielpunktes einfach messen kann. Das System speichert Merkmalsgrößen eines Bildes einer Zielmarke, die in einem erfassten Bild enthalten ist, als Referenzdaten, wenn die Zielmarke in einer bekannten ers ten Zielmarkenposition in dem Roboterkoordinatensystem ange ordnet ist, und speichert die erste Zielmarkenposition im Verhältnis zu einem Armende als Position des Werkzeugmittel punktes. Das System vergleicht die Merkmalsgrößen, die aus dem erfassten Bild erzielt werden, wenn die Zielmarke in ei ner zweiten Zielmarkenposition angeordnet ist, und die Merk malsgrößen der Referenzdaten, um zu bewirken, dass sich das Armende bewegt, und berechnet die zweite Zielmarkenposition in dem Roboterkoordinatensystem basierend auf einer zweiten Roboterposition, die der Position des Armendes nach der Bewe gung entspricht, und der Position des Werkzeugmittelpunktes.
DE 102015 015 094 Al offenbart ein Kooperationssystem aus Roboter und Werkzeugmaschine, das eingerichtet ist, eine Ko ordinatentransformationseinrichtung mit hoher Genauigkeit und einfachem Aufbau zu gewinnen, mit der ein Roboterkoordinaten system in ein Maschinenkoordinatensystem transformiert wird. Ein vorläufiges Koordinatensystem wird definiert durch Koor dinatenwerte von drei Kalibrierungsmarkierungen in einem Ba siskoordinatensystem, welches gewonnen wird durch Translation des Maschinenkoordinatensystems, und es wird eine Koordina tentransformationsmatrix aus dem vorläufigen Koordinatensys tem und dem Basiskoordinatensystem berechnet. Die Positionen der Markierungen im Roboterkoordinatensystem werden durch Aufnahme derselben mit einer Kamera gewonnen. Auf Basis der drei Koordinatenwerte im Roboterkoordinatensystem wird eine Koordinatentransformationsmatrix vom Roboterkoordinatensystem in das vorläufige Koordinatensystem berechnet und es wird ei ne Koordinatentransformationsmatrix aus dem Roboterkoordina tensystem in das Basiskoordinatensystem auf Basis der obigen zweiten Matrizen berechnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zusammenarbeit von Roboter und Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine zu verbessern .
Die Lösung der Aufgabe gelingt durch Anspruch 1, d. h. ein Verfahren zur Kalibrierung eines Roboters, wobei sich ein Ar beitsraum des Roboters wenigstens teilweise mit einem Ar beitsraum einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine über schneidet, wobei der Roboter derart bewegt wird, dass sich ein Referenzpunkt des Roboters an einer ersten Position in nerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktions maschine befindet, wobei ein dem Roboter an der ersten Posi tion vorliegender erster Positionswert mit einem der Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine an der Position vorliegen- den ersten Positionswert verglichen wird, wobei, wenn sich der dem Roboter vorliegende erste Positionswert von dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vorliegenden ersten Positionswert unterscheidet, der dem Roboter vorliegende ers te Positionswert korrigiert wird oder der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vorliegende erste Positionswert korrigiert wird, derart, dass sich der dem Roboter vorliegen de erste Positionswert und der der Werkzeug- und/oder Produk tionsmaschine vorliegende erste Positionswert gleichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der dem Roboter vorliegende erste Positionswert korrigiert.
Dies ist von Vorteil, da Werkzeug- und/oder Produktionsma schinen üblicherweise eine höhere Genauigkeit aufweisen als Roboter. Typische Größenordnungen für die jeweils erreichba ren absoluten statischen Genauigkeiten sind ca. 1 mm für ei nen Roboter, insbesondere Industrieroboter, und ca. 10 gm für eine Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass eine zeitaufwändige und teure Kalibrierung des Roboters, insbesondere einer Robo termechanik, z.B. mittels eines 3D-Messmittels, die z. B. die Position einer Roboterhand (vorteilhaft einen Tool Center Point, kurz: TCP, aufweisend) erfassen, nicht nötig ist. Die Kalibrierung kann durch die Erfindung schnell und günstig er folgen.
Die Erfindung ist zudem von Vorteil, da die Kalibrierung im Laufe der Nutzungszeit immer wieder durchgeführt werden kann.
Dies ist gegenüber einer derzeit üblichen Kalibrierung, wel che meist nur im Rahmen einer Inbetriebsetzung erfolgt, ein großer Vorteil.
So können Fehler, welche sich im Laufe der Nutzungszeit akku mulieren, behoben werden. Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach ein Positionswert ei ne erste Koordinate, eine zweite Koordinate und eine dritte Koordinate aufweist.
Vorzugsweise wird hierbei ein Koordinatensystem mit drei Ach sen (x-Achse, y-Achse, z-Achse) genutzt.
Typisch, aber nicht zwingend, ist die Nutzung eines orthogo nalen Koordinatensystems, insbesondere eines kartesischen Ko ordinatensystems .
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach der Roboter derart bewegt wird, dass sich der Referenzpunkt des Roboters an ei ner zweiten Position innerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine befindet, wobei ein dem Roboter an der zweiten Position vorliegender zweiter Positionswert mit einem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine an der zweiten Position vorliegenden zweiten Positionswert vergli chen wird, wobei, wenn sich der dem Roboter vorliegende zwei te Positionswert von dem der Werkzeug- und/oder Produktions maschine vorliegenden zweiten Positionswert unterscheidet, der dem Roboter vorliegende zweite Positionswert korrigiert wird oder der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vor liegende zweite Positionswert korrigiert wird, derart, dass sich der dem Roboter vorliegende zweite Positionswert und der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vorliegende zweite Positionswert gleichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der dem Roboter vorliegende erste Positionswert korrigiert.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach ein dritter Positi onswert mittels Interpolation oder Extrapolation basierend auf dem dem Roboter vorliegenden oder dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vorliegenden korrigierten ersten Positionswert und dem dem Roboter vorliegenden oder dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vorliegenden korri gierten zweiten Positionswert ermittelt wird. So gelingt eine gute Abschätzung jener Punkte, für die keine gesonderte Kalibrierung erfolgt.
Durch die Erfindung kann die Genauigkeit des Roboters im Be reich des Arbeitsraums der Werkzeugmaschine signifikant er höht werden, insbesondere die relative Genauigkeit von Robo ter und Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine zueinander. Eine ggf. eintretende geringfügige Verschlechterung der Ge nauigkeit des Roboters außerhalb des Arbeitsraums der Werk zeugmaschine kann hierbei in Kauf genommen werden.
Die genauere Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine kann so mit als Messnormal für den ungenaueren Roboter dienen.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach der Roboter derart bewegt wird, dass sich der Referenzpunkt des Roboters an ei ner Mehrzahl an Positionen innerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine befindet.
Der Referenzpunkt befindet sich vorteilhaft in zeitlicher Ab folge an der Mehrzahl an Positionen.
In anderen Worten bedeutet dies vorteilhaft: Zuerst wird ein Punkt A angefahren, danach ein Punkt B. Anschließend kann z. B. ein Punkt C angefahren werden.
Vorteilhaft sind zwei oder mehr Positionen.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach die Mehrzahl an Posi tionen gitterförmig und/oder arrayförmig angeordnet ist oder wobei die Mehrzahl an Positionen derart angeordnet ist, dass die Positionen an oder nahe an kritischen Stellen eines zu bearbeitenden Werkstücks liegen.
Kritische Stellen sind beispielsweise: Ecken und/oder Kanten.
Ecken und Kanten sind vorteilhaft, weil sie leicht zu messen sind. Vorteilhaft liegt ein Referenzpunkt dort, wo es besonders auf die Übereinstimmung von Roboter und Werkzeug- und/oder Pro duktionsmaschine ankommt.
Ein Beispiel hierfür ist: Zur Entgrätung einer Kante durch den Roboter, ist eine Vermessung der Kante von Vorteil.
Ein anderes Beispiel betrifft ein Zusammenfügen von Bautei len: Wenn der Roboter ein Bauteil in ein anderes steckt, dann ist es von Vorteil, die dafür vorgesehenen Nuten, Passungen etc. einzumessen.
Dies hat den Vorteil, dass kritische Stellen genau bearbeitet werden können.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach der Referenzpunkt des Roboters an einem Endeffektor des Roboters angeordnet ist.
Der Tool Center Point befindet sich vorteilhaft an einem End effektor des Roboters.
Vorteilhaft weist auch die Werkzeug- und/oder Produktionsma schine einen Referenzpunkt auf. Dieser Referenzpunkt kann auch als Tool Center Point bezeichnet werden. Er befindet sich vorteilhaft an einem Durchstoßpunkt des Werkzeugs, wel ches an der Spindel der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschi ne angeordnet ist.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach der Roboter derart bewegt wird, dass sich der Referenzpunkt des Roboters an ei ner Position auf einem Arbeitstisch der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine, beispielsweise in einer Ecke des Ar beitstisches der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine be findet.
Vorteilhaft ist hierbei, dass es innerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine eine Vielzahl von Punkten gibt, deren Position bekannt ist. Hierzu zählen bei spielsweise eine Oberfläche des Arbeitstisches und auch eine Position einer Werkzeugspitze.
Das Werkzeug kann zudem ein besonders genaues Messwerkzeug oder ein Messtaster sein.
Der Roboter kann eine Position bzw. einen Punkt anfahren, in dem er beispielsweise selbst einen Messtaster oder ein Ab standsmessgerät führt, oder indem er einen mechanischen Kon takt herstellt - dies gelingt beispielsweise durch Auslenkung des Messtasters der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine oder Fahren auf Festanschlag -, und die Positionswerte seines TCP im Raum (insbesondere mittels dreier Koordinaten x, y, z) an diesen Punkten festhalten.
Eine Differenz zu den Positionswerten im Raum, die die Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine für diese Punkte misst, gilt vorteilhaft als zu kompensierender Fehler der Roboterme chanik an diesen Punkten. Die Werkzeug- und/oder Produktions maschine kann somit als Messmittel verwendet werden.
Fehler, die die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine selbst gegenüber einer idealen, fehlerfreien Werkzeug- und/oder Pro duktionsmaschine hat, wirken sich nicht aus, da es für die Zusammenarbeit von Roboter und Werkzeug- und/oder Produkti onsmaschine im Wesentlichen auf die relative Genauigkeit der beiden zueinander ankommt.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach der Roboter derart bewegt wird, dass sich der Referenzpunkt des Roboters an ei ner Spindel der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine befin det.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach eine Berührung des Arbeitstischs und/oder der Spindel durch einen an und/oder in einem Endeffektor des Roboters vorhandenen Messtaster erkannt wird. Der Roboter kann an den Arbeitstisch fahren, bis ein, vor zugsweise mechanischer, Kontakt erfolgt. Die Oberfläche des Tisches dient als Referenz zum Abgleich der beiden Koordina tensysteme. Nach diesem ersten Abgleich kann durch das Anfah ren weiterer bekannter Punkte der Werkzeug- und/oder Produk tionsmaschine eine Korrektur geometrischer Ungenauigkeiten der Robotermechanik erfolgen.
Vorteilhaft ist eine Ausführung, wonach eine Berührung der Spindel durch einen an und/oder in der Spindel vorhandenen Messtaster erkannt wird.
Es ist also auch möglich, dass ein Messtaster in einer Werk zeugaufnahme der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine ange ordnet ist.
Vorteilhaft weist hierzu die Spindel der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine wenigstens einen Messtaster auf. Der Ro boter fährt diesen an. Der Messtaster erkennt vorteilhaft ei ne Berührung. Ein Ausschlag einer Messuhr dient als Referenz zum Abgleich der beiden Koordinatensysteme des Roboters und der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine.
Nach diesem ersten Abgleich wird die Spindel der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine vorteilhaft an wenigstens eine weitere Position bewegt und der beschriebene Vorgang wird wiederholt .
Wenn die Punkte, wie vorstehend beschrieben, den gemeinsamen Arbeitsraum hinreichend abdecken, können diese Stützstellen verwendet werden, um Fehler an anderen, nicht gemessenen Punkten im Arbeitsraum zu interpolieren bzw. zu extrapolie ren. Das resultierende Kennfeld dient vorteilhaft dazu, in nerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktions maschine Kompensationswerte in die Bewegung des Roboters ein zuspeisen, so dass er die aus Sicht der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine benötigten Positionen genauer trifft. Da- mit werden z. B. auch Konturen, die der Roboter bei Bearbei tungsvorgängen ausführt, auf dem Werkstück sehr viel genauer eingehalten .
Eine alternative Verrechnung der gemessenen Positionswerte besteht darin, die geometrischen Kennwerte der Robotermecha nik, insbesondere eine genaue Lage der Gelenke zueinander, Abmessungen der Roboterarm-Segmente zwischen den Gelenken und/oder lastabhängige Durchbiegung, zu korrigieren.
Dies gelingt beispielsweise durch Aufstellen eines überbe stimmten Gleichungssystems anhand kinematischer Transformati onsgleichungen des Roboters. Eine Lösung gelingt beispiels weise mittels einer Methode der kleinsten Fehlerquadrate.
Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn ein Roboterherstel ler keine Korrektur (wie oben beschrieben) mechanischer Unge nauigkeiten (insbesondere Abweichungen von der idealen Geo metrie) ab Werk vorgenommen hat und der Arbeitsraum der Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine groß genug ist, um alle Gelenke des Roboters hinreichend auszulenken, sodass Fehler auch sichtbar werden können.
So kann auch die Genauigkeit des Roboters außerhalb des Ar beitsraums der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine gestei gert werden.
Wenn hierbei Positionsfehler an Messpositionen im Arbeitsraum nicht Null werden, kann nach der alternativen Verrechnung der Messwerte ein zweiter Durchgang durchgeführt werden, um dies auszugleichen. Beispielsweise indem mit der geometrisch kor rigierten Robotermechanik wiederum alle Messpositionen ange fahren werden und die verbliebenen Fehler mit dem erstgenann ten Kompensationsverfahren eliminiert werden.
Ein Abgleich zwischen Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine und Roboter ist nicht auf die Auswertung kartesischer Koordi naten (x, y, z) beschränkt. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können auch Winkellagen von Werkzeug- und/oder Produktionsma schine und Roboter zueinander ermittelt und verrechnet wer den. Damit können nicht nur eine Positionierung, sondern auch eine Orientierung in Übereinstimmung gebracht werden.
Die Lösung der oben gestellten Aufgabe gelingt ferner durch Anspruch 12, d. h. ein System zur Durchführung des Verfah rens, aufweisend einen Roboter und eine Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine, derart angeordnet, dass sich ein Ar beitsraum des Roboters wenigstens teilweise mit einem Ar beitsraum einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine über schneidet.
Die Lösung der oben gestellten Aufgabe gelingt zudem durch Anspruch 13, d. h. eine Verwendung einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine als Messwerkzeug, wobei die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine einen Messtaster aufweist, vor zugsweise an und/oder in einer Spindel.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er läutert. Es zeigen
FIG 1 ein System, aufweisend einen Roboter sowie eine Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine,
FIG 2 eine erste mögliche Ausführungsform,
FIG 3 eine zweite mögliche Ausführungsform
FIG 4 das erfindungsgemäße Verfahren,
FIG 5 beispielhaft einen Arbeitsraum des Roboters sowie einen Arbeitsraum der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine, FIG 6 und FIG 7 beispielhaft eine Zuordnung numerischer
Steuerungen.
FIG 1 zeigt ein System 10, aufweisend einen Roboter 2 sowie eine Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4.
Der Roboter 2 und die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 sind derart angeordnet, dass sich ein Arbeitsraum des Robo ters AR (siehe FIG 5) und ein Arbeitsraum der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine AW wenigstens teilweise über schneiden (siehe FIG 5).
Die Figur zeigt ferner ein Werkstück 6, einen Tool Center Point (TCP) 12 des Roboters.
Eine Werkzeugposition des Roboters 2 wird über seinen Endef fektor beschrieben. Dies ist ein gedachter Referenzpunkt, der sich an einer geeigneten Stelle am Werkzeug befindet. Der Re ferenzpunkt gemäß Anspruch 1 ist vorteilhaft der TCP 12.
Die Figur zeigt zudem eine Anzeige 16 der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4. Die Figur zeigt, dass das Werkstück 6 im Bereich 18 bereits bearbeitet wurde.
Die Bearbeitung eines Werkstücks 6 gelingt dadurch, dass Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 und Roboter 2 koope rieren. Beispielsweise ist durch die Werkzeug- und/oder Pro duktionsmaschine 4 ein Spanen und Fügen eines Werkstücks 6 möglich.
Der Roboter 2 kann beispielsweise das Werkstück 6 platzieren. Der Roboter 2 kann zudem zum Säubern, zum Entgraten und/oder zum Polieren ausgebildet sein. Auch andere Aufgaben können durch den Roboter 2 durchgeführt werden.
Eine Bearbeitung des Werkstücks 6 kann gleichzeitig von Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine 4 und Roboter 2 erfolgen. Vorteilhaft ist jedoch eine sogenannte gemeinsame Bearbei tung, bei welcher das Werkstück 6 abwechselnd von Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 und Roboter 2 bearbeitet wer den. Jedoch ist auch eine gleichzeitige Bearbeitung möglich.
Die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 weist gegenüber dem Roboter 2 eine höhere Genauigkeit auf. Oft ist eine Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine 4 um mindestens eine Grö ßenordnung genauer.
Der Roboter 2 weist beispielsweise eine Genauigkeit, insbe sondere statische Genauigkeit, von ca. 1 mm, die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 von ca. 10 gm, auf.
Die Erfindung bietet den Vorteil, dass die Genauigkeit des Roboters 2 im Bereich des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 erhöht werden kann, insbesondere eine relative Genauigkeit von Roboter 2 zu Werkzeug- und/oder Pro duktionsmaschine 4 zueinander können signifikant erhöht wer den.
Eine gegebenenfalls eintretende geringfügige Verschlechterung der Genauigkeit des Roboters 2 außerhalb des sich überschnei denden Arbeitsraums von Werkzeug- und/oder Produktionsmaschi ne 4 und Roboter 2, kann hierbei durchaus in Kauf genommen werden.
Vorteilhaft dient die genauere Werkzeug- und/oder Produkti onsmaschine 4 als Messnormal für den ungenaueren Roboter 2.
Das in der Figur gezeigte System 10 zeigt eine mögliche An ordnung von Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 und Ro boter 2. Der Roboter 2 ist hierbei bezüglich der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 derart angeordnet, dass sich die beiden Arbeitsräume wenigstens teilweise überschneiden. Jedoch ist auch ein Verfahren außerhalb dieses gemeinsamen Arbeitsraums durch den Roboter 2 als auch durch die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 möglich.
Innerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produkti onsmaschine 4 sind eine Vielzahl von Punkten, deren Position genau bekannt ist, verfügbar. Hierzu zählen beispielsweise eine Fläche eines Arbeitstisches sowie eine Position einer Werkzeugspitze 14 und/oder Spindel der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4.
Ein Tool Center Point der Werkzeug- und/oder Produktionsma schine 4 ist vorteilhaft an der Werkzeugspitze 14 angeordnet.
Der Roboter 2 kann diese Punkte anfahren. Beispielsweise in dem er selbst einen Messtaster aufweist und/oder ein Ab standsmessgerät führt. Beispielsweise durch Herstellung eines mechanischen Kontaktes, beispielsweise zwischen Tool Center Point 12 und Arbeitstisch, kann ein Positionswert des Tool Center Points 12 im Raum bestimmt werden.
Der Positionswert umfasst vorteilhaft drei Koordinaten. Eine erste Koordinate legt vorteilhaft einen Positionswert einer x-Achse fest, eine zweite Koordinate legt vorzugsweise eine Position auf der y-Achse fest und eine dritte Koordinate gibt vorzugsweise eine Position auf einer z-Achse an.
Eine Differenz zu den Positionswerten, die die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 für diesen Punkt misst, bei spielsweise mittels eines eigenen Messtasters, gilt als zu kompensierender Fehler einer Robotermechanik an diesem Punkt.
Die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 kann zu diesem Zweck als Messmittel verwendet werden. Fehler die die Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine 4 selbst gegenüber einer idealen bzw. fehlerfreien Werkzeug- und/oder Produktionsma schine 4 hat, wirken sich hierbei nicht aus, da es für eine Zusammenarbeit von Roboter 2 und/oder Werkzeug- und/oder Pro- duktionsmaschine 4 nur auf eine relative Genauigkeit der bei den Geräte zueinander ankommt.
FIG 2 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform.
Die Figur zeigt das System 10, aufweisend einen Roboter 2 so wie eine Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4.
Ferner zeigt die Figur einen Arbeitstisch 20, einen Nullpunkt des Roboters 0R sowie einen Nullpunkt der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 0W. Zudem sind Tool Center Point 12 des Roboters 2 sowie Werkzeugspitze 14 der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 gekennzeichnet.
In dieser Ausführungsform wird der Roboter 2 derart bewegt, bis er vorteilhaft einen mechanischen Kontakt mit dem Ar beitstisch 20 hat. Eine Oberfläche des Arbeitstischs 20 kann hier bei einem Abgleich der beiden Koordinatensysteme dienen. Vorteilhaft fährt der Roboter 2 mehrere Positionen an der Oberfläche des Arbeitstischs 20 an.
Es ist möglich, dass ein Koordinatensystem des Roboters 2 ein anderes Koordinatensystem ist, als das der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4. Vorteilhaft ist dann eine Umrechnung von Lagewerten des einen Koordinatensystems in das andere.
FIG 3 zeigt eine zweite mögliche Ausführungsform.
Die Figur zeigt das die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschi ne 4 einen Messtaster 141 aufweist. Der Roboter 2 fährt den Messtaster 141 an, derart, dass eine Berührung zwischen Tool Center Point 12 und Messtaster 141 stattfindet.
Ein Ausschlagen einer Messuhr des Messtasters 141 ist hierbei eine Referenz zum Abgleich der beiden Koordinatensysteme.
Vorteilhaft wird die Werkzeugspitze 14 der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 an eine andere Position gefahren, um einen zweiten Abgleich zu tätigen. Auch hierbei wird der Roboter 2 derart bewegt, dass sich Tool Center Point 12 und Messtaster 141 vorteilhaft berühren. Die erste Berührung bringt einen den Roboter 2 an einer ersten Position vorliegenden ersten Positionswert hervor sowie einen der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 an der Position vorliegenden ersten Positionswert.
Durch einen Vergleich der beiden Werte kann ein Unterschied erkennbar sein. Unterscheiden sich die beiden Werte, wird vorteilhaft der dem Roboter 2 vorliegende erste Positionswert korrigiert derart, dass sich die beiden Positionswerte glei chen. Alternativ kann auch der der Werkzeug- und/oder Produk tionsmaschine 4 vorliegende Positionswert korrigiert werden.
Analog gelingt eine Ermittlung des zweiten Positionswerts, insbesondere eines zweiten korrigierten Positionswerts. Punk te, die zwischen oder außerhalb dieser Positionswerte liegen, können mittels Interpolation bzw. Extrapolation ermittelt werden.
Vorteilhaft hat der Roboter 2 eine numerische Steuerung 98 (siehe FIG 6).
Vorteilhaft weist auch die Werkzeug- und/oder Produktionsma schine 4 eine numerische Steuerung 99 (siehe FIG 6) auf.
Alternativ ist denkbar, dass eine übergeordnete numerische Steuerung 100 (siehe FIG 7) im System 10 verfügbar ist, wel che zwei Kanäle 101 und 102 (siehe FIG 7) aufweist.
Ein erster Kanal 101 ist hierbei vorteilhaft dem Roboter 2 zugeordnet. Ein zweiter Kanal 102 ist hierbei vorteilhaft der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 zugeordnet.
FIG 4 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren. In einen Verfahrensschritt S1 wird der Roboter 2 derart be wegt, dass sich ein Referenzpunkt des Roboters an einer ers ten Position innerhalb des Arbeitsraums der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 befindet.
In einen Verfahrensschritt S2 wird ein dem Roboter 2 an der ersten Position vorliegender erster Positionswert mit einem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 an der Position vorliegenden erste Produktionswert verglichen.
Wenn sich der dem Roboter 2 vorliegende erste Positionswert von dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 vorlie genden ersten Positionswert unterscheidet (gekennzeichnet durch Entscheidung E2, Abfrage durch E gekennzeichnet) wird der dem Roboter 2 vorliegende erste Positionswert im Verfah rensschritt S4 korrigiert.
Unterscheiden sich die Werte nicht, erfolgt keine Korrektur im Verfahrensschritt S3.
Alternativ kann auch der der Werkzeug- und/oder Produktions maschine 4 vorliegende erste Positionswert korrigiert werden (siehe Verfahrensschritt S4). Bevorzugt wird jedoch die Kor rektur des dem Roboter 2 vorliegenden ersten Positionswert, da eine Genauigkeit der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschi ne 4 höher ist.
Die Korrektur erfolgt derart, dass sich der dem Roboter 2 vorliegende erste Positionswert und der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine 4 vorliegende erste Positions wert gleichen.
FIG 5 zeigt rein exemplarisch einen Arbeitsraum des Roboters AR sowie einen Arbeitsraum AW der Werkzeug- und/oder Produk tionsmaschine 4. Ein sich überschneidender Bereich ist mit AW+R gekennzeichnet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibrierung eines Roboters (2), wobei sich ein Arbeitsraum (AR) des Roboters (2) wenigstens teilweise mit einem Arbeitsraum (AW) einer Werkzeug- und/oder Produkti onsmaschine (4) überschneidet, wobei der Roboter (2) derart bewegt wird, dass sich ein Refe renzpunkt des Roboters an einer ersten Position innerhalb des Arbeitsraums (AW) der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) befindet, wobei ein dem Roboter (2) an der ersten Position vorliegender erster Positionswert mit einem der Werkzeug- und/oder Produk tionsmaschine (4) an der Position vorliegenden ersten Positi onswert verglichen wird, wobei, wenn sich der dem Roboter (2) vorliegende erste Posi tionswert von dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegenden ersten Positionswert unterscheidet, der dem Roboter (2) vorliegende erste Positionswert korrigiert wird oder der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegen de erste Positionswert korrigiert wird, derart, dass sich der dem Roboter (2) vorliegende erste Posi tionswert und der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegende erste Positionswert gleichen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Positionswert eine erste Koordinate (x), eine zweite Koordinate (y) und eine dritte Koordinate (z) aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboter (2) derart bewegt wird, dass sich der Referenz punkt (12) des Roboters (2) an einer zweiten Position inner halb des Arbeitsraums (AW) der Werkzeug- und/oder Produkti onsmaschine (4) befindet, wobei ein dem Roboter (2) an der zweiten Position vorliegen der zweiter Positionswert mit einem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) an der zweiten Position vorliegenden zweiten Positionswert verglichen wird, wobei, wenn sich der dem Roboter (2) vorliegende zweite Posi tionswert von dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegenden zweiten Positionswert unterscheidet, der dem Roboter (2) vorliegende zweite Positionswert korrigiert wird oder der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegen de zweite Positionswert korrigiert wird, derart, dass sich der dem Roboter (2) vorliegende zweite Po sitionswert und der der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschi ne vorliegende zweite Positionswert (4) gleichen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei ein dritter Positionswert mittels Interpolation oder Extrapolation basierend auf dem dem Roboter (2) vorliegenden oder dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegenden korrigierten ersten Po sitionswert und dem dem Roboter (2) vorliegenden oder dem der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) vorliegenden kor rigierten zweiten Positionswert ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboter (2) derart bewegt wird, dass sich der Referenz punkt (12) des Roboters (2) an einer Mehrzahl an Positionen innerhalb des Arbeitsraums (AW) der Werkzeug- und/oder Pro duktionsmaschine (4) befindet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Mehrzahl an Positio nen gitterförmig und/oder arrayförmig angeordnet ist oder wo bei die Mehrzahl an Positionen derart angeordnet ist, dass die Positionen an oder nahe an kritischen Stellen eines zu bearbeitenden Werkstücks liegen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Referenzpunkt (12) des Roboters (2) an einem Endeffektor des Roboters angeordnet ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboter (2) derart bewegt wird, dass sich der Referenz punkt (12) des Roboters (2) an einer Position auf einem Ar- beitstisch (20) der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4), beispielsweise in einer Ecke (50) des Arbeitstisches (20) der Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) befindet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Roboter (2) derart bewegt wird, dass sich der Referenz punkt (12) des Roboters (2) an einer Spindel (51) der Werk zeug- und/oder Produktionsmaschine (4) befindet.
10. Verfahren nach einem Anspruch 9, wobei eine Berührung des Arbeitstischs (20) und/oder der Spindel (51) durch einen an und/oder in einem Endeffektor des Roboters (2) vorhandenen Messtaster erkannt wird.
11.Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei eine Berührung der Spindel (51) durch einen an und/oder in der Spindel vorhandenen Messtaster (141) erkannt wird.
12. System (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, aufweisend einen Roboter (2) und eine Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4), derart angeord net, dass sich ein Arbeitsraum (AR) des Roboters (2) wenigs tens teilweise mit einem Arbeitsraum (AW) einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) überschneidet.
13. Verwendung einer Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) als Messwerkzeug in einem System (10) nach Anspruch 12 zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Werkzeug- und/oder Produktionsmaschine (4) einen Messtaster (141) aufweist, vorzugsweise an und/oder in einer Spindel (51).
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