KR20210129061A - 로봇 암을 조정하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

로봇 암을 조정하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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안드레아스 보트메르
토비아스 보쉬
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발테르 마쉬넨바우 게엠베하
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Abstract

본 발명은 척(17)을 갖는 공작 기계(16), 측정 디바이스(36), 로봇 암(31) 및 제어 디바이스(30)를 포함하는 장치에 관한 것이다. 척(17)은 척 축(S)을 중심으로 회전 가능한다. 로봇 암(31)은 작업편(18)을 수용하기 위한 그립 디바이스(32)를 자유 단부에서 운반한다. 측정 디바이스(36)는 2 개의 센서 유닛(41)을 갖는다. 측정 디바이스(36)는 2 개의 센서 유닛(41)을 갖는다. 제어 디바이스(30)에 의해 자동 조정 방법이 수행될 수 있다. 먼저 로봇 암(31)이 작업편(18)을 파지하기 위해 제어되고 이어서 작업편(18)이 측정 신호(S1, S2)에 따라 센서 유닛(41)의 측정 위치(M1, M2)의 범위에 위치하여, 작업편 축(W)과 척 축(S) 사이의 기울기 및 오프셋 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 한다. 이 절차는 적어도 2 개의 다른 회전 위치(A, B)에서 수행되며 필요한 경우 반복된다.

Description

로봇 암을 조정하기 위한 장치 및 방법
본 발명은 척 축을 중심으로 회전 가능한 척을 갖는 공작 기계, 2 개의 센서 유닛을 갖는 측정 디바이스, 그립 디바이스를 갖는 로봇 암 및 제어 디바이스를 포함하는 장치에 관한 것이다. 장치는 공작 기계의 좌표계에 대한 그립 디바이스로 로봇 암을 조정하기 위한 방법을 실행하도록 구성된다. 본 발명은 또한 공작 기계의 좌표계를 참조하여 그립 디바이스로 로봇 암을 조정하는 방법에 관한 것이다.
공작 기계에서 자동 작업편의 교환을 수행하기 위한 그립 디바이스를 갖는 로봇이 알려져 있다. 일반적인 로봇 암에서는 작업편 자동 교환을 실행하기 위해 공작 기계 척에 대한 정확한 위치결정이 문제가 될 수 있다. 척의 구성과 작업편의 크기에 따라, 척에 작업편을 충돌없이 삽입하기 위해 종종 작은 유격만 남는다. 로봇 암의 자유 단부에서 그립 디바이스의 위치는 예컨대 로봇 암의 연장에 따라 달라진다. 힌지 또는 피벗 방식으로 서로 연결된 로봇 암의 개별 암 섹션들 사이에는 힌지 연결에서 탄성과 도달 가능한 위치 정확도로 인해 2개의 암 섹션들 사이의 꼬임 각도 또는 연장 위치에 따라 다른 부하가 발생한다. 로봇 암이 공작 기계의 좌표계를 기준으로 한 위치에서 조정되는 경우, 그립 디바이스가 공작 기계의 작업 영역 내의 다른 위치에서도 로봇 암에 의해 충분한 정확도로 배치될 수 있다고 보장할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 공작 기계의 척에 작업편을 삽입하거나 제거하는 동안 그립 디바이스의 위치결정의 정확도를 높이는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 장치뿐 아니라 청구항 11의 특징을 갖는 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 장치는 척 축을 중심으로 회전 가능한 척을 갖는 공작 기계, 2 개의 센서 유닛을 갖는 측정 디바이스, 하나 이상의 그립 디바이스를 갖는 로봇 암 및 제어 디바이스를 포함한다. 제어 디바이스는 로봇 암 및/또는 공작 기계 제어의 일부일 수 있다. 로봇 암과 공작 기계는 공통 또는 별도의 제어 디바이스를 통해 제어할 수 있다. 측정 디바이스의 센서 유닛은 제어 디바이스와 통신 가능하게 연결되며, 통신 연결은 무선 또는 유선일 수 있다.
측정 디바이스는 센서 유닛을 갖는 측정 디바이스가 척 축을 중심으로 척과 함께 회전할 수 있도록 척에 부착되도록 구성된다. 그렇게 할 때, 측정 디바이스를 갖는 척은 척 축을 중심으로 다른 회전 위치로 이동할 수 있다. 부착된 상태에서 측정 디바이스의 센서 유닛은 척의 척 축을 따라 상이한 측정 위치에 할당된다. 측정 위치는 척 축의 연장 방향으로 서로 거리를 두고 배열된다. 각각의 센서 유닛은 할당된 하나의 측정 위치에서 측정하고 각각의 측정 위치에서 척 축으로부터 작업편 외부 표면의 거리를 측정하고 이 거리를 설명하는 측정 신호를 제어 디바이스로 전송하도록 구성된다. 따라서, 척 축에 대한 방사상의 작업편 표면의 위치는 각각의 측정 위치에서 결정될 수 있다.
척 축에 대해 그립 디바이스를 조정하기 위해, 장치의 제어 디바이스는 이후 설명되는 단계를 자동으로 실행하도록 구성되며, 여기서 작업자의 수동 조작 작업이 필요하지 않다.
단계 a)에서 그립 디바이스는 작업편을 파지하기 위해 제어된다. 로봇 암이 자유 단부에 여러 개의 특히 2 개의 그립 디바이스를 포함하는 경우, 각각의 그립 디바이스에 의해 작업편이 파지된다.
로봇 암이 여러 개의 그립 디바이스를 포함하는 경우, 그립 디바이스는 척에 작업편을 삽입하기 위해 제공되고 구성되는 후속 단계에서 사용된다. 대안적으로, 모든 그립 디바이스에 대해 후속 단계를 실행할 수도 있다.
단계 b)에서는 척 옆의 센서 유닛의 측정 위치 범위에 작업편을 위치시키기 위해 그립 디바이스를 제어한다. 이 위치에서 각각의 센서 유닛은 척 축으로부터 측정 위치에 위치한 작업편 외부 표면의 거리를 나타내는 측정 값 또는 측정 신호를 생성한다.
단계 c)에서는 센서 유닛의 측정 신호를 기반으로 작업편을 위치시키기 위해 로봇 암을 제어한다. 작업편의 위치결정은 작업편의 작업편 축과 척 축 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 수행된다. 예컨대, 작업편은 적어도 단면 원통형 작업편일 수 있으며, 여기서 작업편 축은 적어도 하나의 원통형 섹션의 길이방향 축을 형성한다. 작업편의 위치는 척 축으로부터 작업편 축까지의 거리와 척 축에 대한 작업편 축의 기울기로 한정된다. 작업편 축이 척 축을 따라 연장되도록 작업편 축이 가능한 한 척 축과 일치하도록 척 축에 대해 작업편을 위치시키는 것이 목표이다.
이 단계 c)에서 측정 디바이스를 갖는 척은 척 축을 중심으로 한 제 1 회전 위치에 있다. 제 1 회전 위치는 척에 측정 디바이스를 배열한 후 척 또는 공작 기계의 제어에 의해 조정될 수 있거나, 측정 디바이스는 척 축을 중심으로 한 척의 후속 회전이 생략할 수 있도록 제 1 회전 위치에서 척에 부착될 수 있다.
단계 c)에서 작업편을 제 1 회전 위치에 위치시킨 후, 제어 디바이스는 척 축을 중심으로 한 제 2 회전 위치에서 척의 회전을 시작하기 위해 공작 기계 또는 척을 제어한다[단계 d)]. 제 2 회전 위치는 제 1 회전 위치에서 벗어난다. 바람직하게는 척의 약 90 ° 회전이 제 1 회전 위치와 제 2 회전 위치 사이에서 수행된다. 일 실시예에서, 센서 유닛은 척 축에 대해 방사상으로 배향된 제 1 평면의 제 1 회전 위치에서 측정하고 척 축에 대해 방사상으로 배향된 제 2 평면의 제 2 회전 위치에서 측정한다. 제 1 평면은 수평면일 수 있고 제 2 평면은 수직면일 수 있으며 그 반대의 경우도 마찬가지이다.
제 2 회전 위치에서 제어 디바이스는 작업편 축과 척 축 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있는지를 상기 측정 신호들을 기반으로 상기 작업편의 위치를 통해 체크하고, 상기 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있지 않다면, 상기 제어 디바이스는 척 축에 대한 오차 범위 내에서 측정 신호를 기반으로 작업편을 위치시키기 위해 로봇 암을 제어한다[단계 e)]. 이 단계 e)의 위치결정은 단계 c)의 위치결정과 유사하게 수행된다. 또한 단계 e)에서 작업편 축과 척 축 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 작업편을 위치시킨다. 오차 범위는 바람직하게는 단계 c) 및 단계 e)에서 동일할 수 있다.
척 또는 측정 디바이스의 2개의 상이한 회전 위치들에 작업편을 위치시키기 때문에, 후속적으로 척 축을 따라 작업편과 척 사이의 상대 이동을 통해 작업편을 척에 충돌없이 삽입할 수 있도록, 척에 인접한 그립 디바이스에 의해서 작업편을 위치시키기 위한 반복 가능한 정확도를 얻을 수 있다. 그렇게 할 때, 바람직하게는 척만 이동되고 작업편은 공작 기계의 고정 좌표계와 관련하여 그 위치에 유지된다. 로봇 암 또는 그립 디바이스의 조정이 작업 중 작업편이 삽입되는 위치에서 수행되기 때문에, 로봇 암의 위치결정의 부정확도를 고려한다. 로봇 암은 척 축에 대해 높은 정확도로 척에 직접 인접하게 조정되어, 비록 작업편과 척 사이에 삽입을 위해 이용가능한 작은 유격만 남아도, 척 축에 대해 작업편의 반복 가능한 위치결정의 정확도를 달성하고 척에 작업편을 삽입하는 동안 충돌을 방지할 수 있다.
척으로부터 가공된 작업편을 제거하는 동안, 그립 디바이스의 위치가 부정확 한 경우 척에서 작업편이 클램핑될 수 있다. 클램핑 위치에서 가공된 작업편은 척 축을 따라 정확하게 정렬되고 로봇 암은 그립 디바이스로 가공된 작업편을 파지할 수 있다. 그 후, 가공된 작업편은 그립 디바이스와 척 사이의 척 축을 따른 상대적인 이동에 의해, 바람직하게는 척의 이동에 의해서만 척으로부터 제거될 수 있다.
제어 디바이스가 단계 e) 이후에 다음 단계 즉, 단계 f) : 제 1 회전 위치의 제 2 회전 위치 밖으로 척과 그 위에 배열된 측정 디바이스를 회전시키기 위해 공작 기계 또는 척을 제어하는 단계, 및 단계 g) : 작업편 축)과 척 축 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있는지를 측정 신호들을 기반으로 상기 작업편의 위치를 통해 체크하고, 상기 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있지 않다면, 상기 작업편 축과 상기 척 축 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 상기 작업편을 위치시키기 위한 로봇 암의 제어 단계로서, 상기 척 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스는 상기 척 축을 중심으로 한 제 1 회전 위치에 있는, 상기 로봇 암의 제어 단계를 실행하도록 구성된 경우에 유리하다.
이후에 단계 d) 내지 g) 중 하나 이상이 반복될 수 있다. 단계 d) 내지 g) 중 하나 이상의 반복은 양자의 회전 위치에서 사전 한정된 오차 범위를 준수할 때까지 자주 실행된다. 이 반복은 한 회전 위치에 있는 작업편 위치로 인해 각각 다른 회전 위치에 있는 작업편의 위치에도 영향을 미치기 때문에 필요할 수 있다. 따라서, 단계 e) 이후에 제 1 회전 위치를 다시 조정하고, 제 1 회전 위치 또는 제 2 회전 위치에서 척의 회전 후에 더 이상 작업편의 위치 변경이 필요하지 않다면, 상기 방법을 지속하는 것이 유리하다.
또한, 먼저 작업편 축이 사전 한정된 오차 범위 내에서 상기 척 축에 평행하게 배향되도록 상기 단계 c), e) 및 g)에서 상기 작업편을 위치시키는 동안 상기 로봇 암을 제어하고 이어서 상기 작업편 축과 상기 척 축 사이의 거리가 양자의 측정 위치들에서 오차 범위 내에 있을 때까지, 제어 디바이스는 상기 작업편 축에 직교하게 상기 작업편의 이동을 수행하도록 구성되는 경우가 또한 유리하다. 다시 말해서, 작업편은 먼저 상기 단계 c), e) 및 g)에서 척 축에 대해 기울어지게 정렬되고 이어서 척 축에 평행하게 이동하고 중심맞추어진다. 따라서, 상기 단계 c), e) 및 g)에서 작업편의 위치결정은 바람직하게는 이중 스테이지이다.
제어 디바이스가 작업편에서 작업편 직경 및/또는 그립 디바이스의 그립 위치에 따라 작업편을 위치시키기 위해 로봇 암을 제어하도록 구성된 경우에 바람직한다. 작업편 직경 및/또는 그립 위치는 직접적으로 예컨대 공작 기계의 사용자 인터페이스를 통해 또는 간접적으로 하나 이상의 다른 파라미터에 의해 제어 디바이스에 직접 사전 한정될 수 있다. 적어도 하나의 파라미터는 수동으로 입력되거나 자동으로 검출될 수 있다. 그립 위치는 특히 그립 디바이스가 작업편과 맞물리는 위치와 작업편의 한쪽 또는 양쪽 자유 단부 사이의 거리를 설명한다.
센서 유닛은 촉각 작동 센서 유닛으로 구성될 수 있으며, 예컨대 각각의 다이얼 게이지로 형성될 수 있다. 대안적으로, 또한 비접촉식 작동 센서 유닛, 예컨대 광학 및/또는 전자기 거리 센서가 사용될 수 있다.
본 발명의 방법은 전술한 구성의 실시예 중 하나를 사용하여 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 하나 이상의 단계가 또한 대안 수단 또는 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 본 발명의 방법은 다음 단계를 포함한다:
먼저, 측정 디바이스를 척에 부착하여 센서 유닛이 척 축을 따라 상이한 측정 위치들에서 측정할 수 있도록 한다. 측정 디바이스는 척에 부착되어 측정 디바이스가 척 축을 중심으로 척과 함께 회전할 수 있도록 한다. 측정 디바이스의 부착은 척의 제 1 회전 위치에서 수행될 수 있거나, 척은 측정 디바이스의 부착 후에 척 축을 중심으로 제 1 회전 위치에서 회전될 수 있다.
로봇 암 또는 그립 디바이스에 의해 작업편을 파지한다. 로봇 암은 그립 디바이스가 척에 인접한 센서 유닛의 측정 위치 범위에 작업편을 위치시켜서 각각의 센서 유닛이 각각의 측정 위치에서 측정 값을 검출할 수 있도록 이동한다. 그런 다음 작업편은 센서 유닛의 측정 신호에 따라 그립 디바이스 또는 로봇 암을 이동시킴으로써 위치된다. 위치되는 동안 척 축에 대한 작업편 축의 기울기와 척 축으로부터 작업편 축의 거리는 사전 한정된 오차 범위를 준수하도록 조정된다.
그 후, 척은 제 2 회전 위치, 바람직하게는 약 90 °에서 제 1 회전 위치 밖으로 이동된다. 제 2 회전 위치에서 작업편의 위치는 작업편 축과 척 축 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있는지 체크되고, 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있지 않은 경우, 제 1 회전 위치의 프로세스와 유사하게 작업편은 작업편 축이 사전 한정된 오차 범위(기울기 및 거리) 내에서 척 축에 대해 위치결정되도록 위치된다.
제 2 회전 위치의 제 1 회전 위치 내에서 작업편의 체크 및 필요한 위치결정은 이어서 오차 범위를 준수하기 위해 더 이상 작업편의 위치를 변경할 필요가 없는 제 2 회전 위치의 제 1 회전 위치로부터 또는 제 1 회전 위치의 제 2 회전 위치로부터 척의 회전이 결정될 때까지 반복적으로 수행될 수 있다.
본 발명의 유리한 실시예는 종속항, 명세서 및 도면으로부터 도출된다. 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면에 기초하여 상세하게 설명된다.
도 1은 공작 기계, 측정 디바이스, 로봇 암 및 제어 디바이스를 포함하는 장치의 실시예의 블록도이다.
도 2는 그 위에 배열된 측정 디바이스를 구비한 도 1의 공작 기계의 척의 예시를 도시한 도면다.
도 3은 척에 클램핑된 작업편에 의한 도 2의 측정 디바이스의 센서 유닛의 조정을 도시한 도면이다.
도 4 및 도 5는 제 1 회전 위치에서 그 위에 배열된 측정 디바이스를 구비한 척을 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 8은 척의 척 축에 대해 척에 인접한 도 1의 로봇 암의 그립 디바이스에 의해 유지되는 작업편의 위치결정을 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 척 축을 중심으로 한 제 2 회전 위치에서 그 위에 배열된 측정 디바이스를 구비한 척을 도시한 도면이다.
도 1에서, 장치(15)의 실시예의 블록도가 매우 개략적으로 도시되어 있다. 척 축(S)을 중심으로 회전 가능한 척(17)을 갖는 공작 기계(16)는 장치(15)의 일부이다. 척 축(S)은 예에 따라 수평으로 배향되지만 또한 수직 또는 다른 임의의 배향을 가질 수 있다. 척(17)은 가공될 작업편(18)을 클램핑하도록 구성된다. 작업편(18)은 특히 적어도 원통형 단면일 수 있는 로드형 작업편이다. 이후에 설명되는 방법에 대해 일정한 직경을 갖는 원형 원통형 작업편이 작업편(18)으로서 사용된다.
공작 기계(16)는 작업편(18)을 가공하기 위한 공구(19)를 갖는다. 예에 따르면, 공작 기계(16)는 연삭기, 침식기 또는 복합 연삭 침식기이다. 따라서 공구(19)는 연삭 공구 및/또는 침식 공구이다.
공작 기계의 기계 축(20)에 의해, 공구(19)와 척(17)이 서로에 대해 이동하고 위치결정될 수 있다. 기계 축 장치(20)의 선형축 및/또는 회전 축의 수는 변할 수 있다. 제 1 회전축(21)은 척 축(S)을 중심으로 척(17)을 회전 구동하는 역할을 한다. 제 2 회전축(22)은 예에 따라 척 축(S)에 직교하게 배향된 회전축(R)을 중심으로 척(17)을 선회 또는 회전시키는 역할을 한다. 또한, 예시적인 공작 기계(16)에서, 기계 베이스(24) 또는 기계 프레임에 대해 x-방향으로 척(17)을 이동시키기 위한 제 1 선형축(23), 기계 베이스(24) 또는 기계 프레임에 대해 y-방향으로 공구(19)를 이동시키기 위한 제 2 선형축(25) 뿐만 아니라 기계 프레임의 기계 베이스(24)에 대해 z-방향으로 공구(19)를 이동시키기 위한 제 3 선형축(26)이 제공된다. 기계 축 장치(20)의 기계 축의 수 및 적층은 가변될 수 있고 기계 공구에 따라 선택될 수 있다.
기계 축 장치(20)는 제어 디바이스(30)에 의해 제어된다.
로봇 암(31)은 적어도 하나의 그립 디바이스(32)가 제공되는 자유 단부에 있는 장치(15)의 일부이다. 도 1에 예시된 실시예에서, 로봇 암(31)은 가공될 작업편(18)뿐만 아니라 완전히 가공된 작업편(18a)이 동시에 파지될 수 있도록 2 개의 그립 디바이스(32)를 갖는다. 예컨대, 로봇 암(31)은 팔레트로부터 여전히 가공될 작업편(18)을 취하여 척(17)으로 운반하고, 먼저 이전에 가공된 작업편(18a)을 제거하고 가공될 후속 작업편(18)을 삽입하도록 구성된다. 그 후 제거된 완전히 가공된 작업편(18a)은 추가 팔레트에 저장될 수 있다. 그렇게 할 때, 로봇 암(31)은 자동 작업편의 교환을 실행할 수 있다. 자동 작업편의 교환 동안, 삽입될 작업편(18)은 척 축을 따라 위치되거나 클램핑된 가공된 작업편(18a)이 파지된다. 삽입 또는 제거 동안 척(17)과 작업편(18, 18a) 사이의 상대적인 이동은 예에 따라 척(17)에 의해서만 실행되는 반면, 로봇 암(31)의 그립 디바이스(32)는 능동적인 자체 이동없이 작업편(18, 18a)을 보유한다. 로봇 암(31)은 본 예에 따른 제어 디바이스(30)에 의해 제어된다. 따라서, 제어 디바이스(30)는 공작 기계(16) 및 로봇 암(31)에 대한 상위 제어부일 수 있다. 제어 디바이스(30)는 로봇 암(31) 및/또는 공작 기계(16)의 제어에서 하드웨어 및/또는 소프트웨어로서 통합될 수 있다.
장치(15)는 측정 디바이스(36)를 더 포함한다. 측정 디바이스(36)는 측정 디바이스(36)가 척(17)에 부착될 수 있는 유지 디바이스(37)를 갖는다. 척(17)에서의 유지 디바이스(37)의 부착 상태에서, 측정 디바이스(36)는 제 1 회전 축(21)이 구동되는 것처럼 척(17)과 함께 척 축을 중심으로 공통적으로 회전한다. 예에 따르면, 유지 디바이스(37)는 척(27)의 섹션을 둘러싸는 링(38)을 가지며, 해제 가능한 연결, 특히 나사 연결에 의해 척에 고정될 수 있다. 유지 디바이스(37)가 척(17)에 부착된 경우, 유지 디바이스(37)의 캔틸레버(39)는 척 축(S)에 실질적으로 평행하게 연장되는 섹션(40)을 포함하는 링(38)으로부터 연장된다.
캔틸레버(39)에는 유지 디바이스(37)의 섹션(40)의 예에 따라, 2 개의 센서 유닛(41)이 배열된다. 각각의 센서 유닛(41)은 척 축(S)으로부터 센서 유닛(41)을 향하는 작업편 표면의 거리를 특성화하는 각각 할당된 측정 위치(M1, M2)(도 2)에서 측정 신호를 검출하도록 구성된다. 본 실시예에서 센서 유닛(41)은 촉각 감지 센서 유닛으로 구성되고 다이얼 게이지(42)에 의해 예에 따라 각각 형성된다. 각각의 다이얼 게이지(42)의 스타일러스 또는 촉각 몸체는 작업편(18)의 측정 중에 작업편 외부 표면에서 접하고 각각의 측정 값을 제공한다. 각각의 센서 유닛(41)은 제어 디바이스(30)와 통신 가능하게 연결된다. 할당된 측정 위치(M1, M2)에서 검출된 측정 값에 따라, 각각의 센서 유닛(41)은 제어 디바이스(30)로 전송되는 측정 신호(S1 또는 S2)를 각각 생성한다(도 1). 본 실시예에서 센서 유닛(41)은 제어 디바이스(30)와 무선으로 통신 가능하게 결합된다. 통신 연결은 대안적으로 섹션으로 또는 완전히 유선일 수 있다.
도 1에 추가로 개략적으로 예시된 바와 같이, 장치(15) 및 바람직하게는 공작 기계(16)는 사용자 인터페이스(45)를 포함한다. 사용자 인터페이스(45)를 통해 사용자는 정보를 입력할 수 있거나 제어 디바이스(30)는 사용자를 위한 정보를 출력할 수 있다. 사용자 인터페이스(45)는 일반적으로 알려진 수단 예컨대, 모니터, 키보드, 터치 감응성 스크린, 터치 감응성 영역, 컴퓨터 마우스 등을 포함할 수 있다.
척(17)이 작업편의 교환 위치에 있는 경우, 측정 디바이스(36)에 의해 로봇 암(31)이 척(17)에 대해 조정된다. 이 작업편의 교환 위치에서, 가공될 새로운 작업편(18)의 삽입을 위해 구성되거나 사용되는 그립 디바이스(32)는 가공될 작업편(18)이 충돌없이 척(17)에 삽입될 수 있도록 척 축(S)에 대해 위치되거나 조정된다. 로봇 암(31)의 조정은 제어 디바이스(30)에 의해 실질적으로 자동으로 실행될 수 있는 후속 설명된 방법으로 수행된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 측정 디바이스(36)가 척(17)에 부착된다. 2 개의 센서 유닛(41)의 제 1 측정 위치(M1)와 제 2 측정 위치(M2)는 척 축(S)을 따라 서로 거리를 두고 배열된다. 2 개의 센서 유닛(41) 또는 다이얼 게이지(42)는 척 축(S)에 대해 직교하게 또는 방사상으로 측정된다. 로봇 암(31)의 조정 방법을 준비하기 위해, 센서 유닛(41)은 작업편(18)이 따라서 척 축(S)에 대해 이상적인 배향을 갖는 척(17)에 클램핑된다는 점에서 조정 또는 교정된다. 센서 유닛(41) 또는 다이얼 게이지(42)는 기준 값 예컨대 0으로 각각 조정된다. 제 1 측정 위치(M1)의 측정 값은 제 1 측정 신호(S1)에 의해 특성화되고, 제 2 측정 위치(M2)의 측정 값은 제 2 측정 신호(S2)에 의해 특성화되며, 측정 신호(S1, S2)는 사용자 인터페이스(45)를 통해 측정 값을 출력할 수 있는 제어 디바이스(30)로 전송된다. 측정 디바이스(36)의 이 교정 또는 초기화는 도 3에 예시되어 있다. 옵션 척(17)은 센서 유닛(41)의 교정된 기준 값이 적어도 허용 편차까지 상이한 회전 위치에서 유지될 수 있는지 여부를 체크하기 위해 척 축(S)에 대한 하나 이상의 회전 위치에서 측정 디바이스(36)와 함께 배열될 수 있다.
측정 디바이스(36)의 교정 후에 작업편(18)이 척(17)에서 제거되고 후속 방법은 제어 디바이스(30)에 의해 수동 또는 자동으로 수행될 수 있다.
먼저, 척(17)은 도 4 내지 도 8에 도시된 제 1 회전 위치(A)에서 측정 디바이스(36)와 공동으로 이동한다. 제 1 회전 위치(A)에서, 센서 유닛(41)은 예에 따라 실질적으로 수평으로 배향된 척 축(S)에 대해 방사상으로 제 1 평면(E1)에서 측정한다.
척 축(S)을 중심으로 한 척(17) 및 측정 디바이스(36)의 제 1 회전 위치(A)에서, 그때 로봇 암(31)에 의해 그립 디바이스(32)에 의해 유지된 작업편(18)이 측정 위치(M1, M2)의 영역에 위치하고 예에 따라서 다이얼 게이지(42)의 촉각 몸체 또는 스타일러스와 접촉하게 된다. 사전 한정된 오차 범위가 준수되도록 척 축(S)을 따라 가능한 한 정확하게 원통 원통형 작업편의 경우에 길이방향 축에 대응하는 작업편 축(W)을 배열하는 것이 작업편(18)의 위치결정의 목표이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 2 개의 센서 유닛(41)은 각각의 측정 신호들(S1, S2)을 제어 디바이스(30)로 전송한다. 제어 디바이스(30)는 작업편(18)의 원하는 위치결정에 도달하기 위해 측정 신호들(S1, S2)을 평가하고 그립 디바이스(32)로 로봇 암(31)을 제어한다. 먼저, 그립 디바이스(32) 및 이에 따른 작업편(18) 및 작업편 축(W)은 작업편 축(W)이 척 축(S)과 평행한 허용 오차 범위 내에서 배향되도록 배향된다(도 7). 양자의 센서 유닛들(41)이 실질적으로 동일한 측정 값을 검출하면, 작업편(18)이 예에 따라 원형 원통형이기 때문에, 작업편 축(W)과 척 축(S) 사이의 충분한 평행성이 달성된다. 2 개의 센서 유닛들(41) 사이의 측정 값은 허용 오차 범위 내에서만 서로 벗어나야 한다.
작업편 축(W)과 척 축(S)의 평행 정렬에 따라, 작업편(18)은 작업편 축(W)이 척 축(S)과 가능한 멀리 일치할 때까지 척 축(S)에 직교하게 이동하며, 여기서 허용 오차 범위를 준수한다면, 또한 여기서도 충분하다. 그립 디바이스(32)에 의해 유지된 작업편(18)이 측정 디바이스(36)의 교정에 사용된 작업편(18)과 동일한 치수 및 특히 동일한 직경을 포함하는 경우(도 3), 2개의 측정 위치(M1, M2)에서 각각의 측정 값은 이상적인 경우 교정된 기준 값에 해당한다. 그립 디바이스(32)에 의해 유지된 작업편(18)의 작업편 직경이 작업편(18)의 직경에서 벗어나면, 현재 사용되는 작업편(18)의 직경은 작업편 축(W)이 척 축(S)(도 8)을 따라 위치되는 경우에 센서 유닛(41)이 검출해야 하는 측정 값이 계산될 수 있도록 제어 디바이스(30)에 대해 사전 한정될 수 있다.
충분한 정확도로 제 1 회전 위치(A)에서 작업편(18)의 위치결정이 달성된 후, 제어 디바이스(30)는 도 9 및 도 10에 도시된 제 2 회전 위치(B)에서 척 축(S)을 중심으로 측정 디바이스(36)와 함께 척(17)의 회전을 개시한다. 로봇 암(31)의 그립 디바이스(32)에 의해 유지되는 작업편(18)은 이전에 제 1 회전 위치(A)에 도달한 위치에서 변경되지 않고 유지된다.
도 9 및 도 10에서 명백한 바와 같이, 제 1 회전 위치(A)와 제 2 회전 위치(B)는 서로에 대해 대략 90도 정도 오프셋되어 있다. 제 2 회전 위치(B)에서 센서 유닛(41)은 척 축(S)에 대해 방사상으로 배향되고 제 1 평면(E1)에 실질적으로 직교하게 배향되는 제 2 평면(E2)에서 측정한다. 제 2 평면(E2)은 예컨대 수직면일 수 있다.
제 2 회전 위치(B)에서, 센서 신호(S1, S2)에 의해 특성화되는 제 1 측정 위치(M1) 및 제 2 측정 위치(M2)의 센서 유닛(41)의 측정 값은 제어 디바이스(30)에 의해 평가된다. 작업편(18)이 척 축(S)을 기준으로 사전 한정된 오차 범위 내에 위치하지 않고, 예컨대 너무 큰 오프셋을 갖거나 또는 너무 큰 기울기를 갖는 경우, 제 2 회전 위치(B)의 측정 값이 사전 한정된 오차 범위 내에 있을 때까지 도 6 내지 도 8에 도시되고 제 1 회전 위치(A)를 참조하여 설명된 그립 디바이스(32)의 이동이 수행된다.
제 2 회전 위치(B)에서 작업편(18)의 위치가 다시 변경된 경우, 제어 디바이스(30)는 측정 디바이스(36)를 제 1 회전 위치(A)로 다시 이동시키고 측정 값은 제 1 회전 위치(A)에서 다시 평가된다. 필요하다면, 여기에서도 사전 한정된 오차 범위를 준수하기 위해 필요한 경우 작업편(18)이 이동되고 다시 위치된다.
측정 디바이스(36)가 제 1 회전 위치(A) 또는 제 2 회전 위치(B)에 있는 경우, 측정 디바이스(36)가 각각의 회전 위치(A 또는 B)에서 이동한 후에도 사전 한정된 오차 범위를 준수하기 위해 로봇 암(31)에 의한 작업편(18)의 이동이 더 이상 필요하지 않다고 결정되는 한, 작업편(18)의 위치결정은 계속된다. 그 후, 작업편(18)은 작업편 축(W)이 척 축(S)을 따라 충분한 정확도로 배열되도록 측정 디바이스(36)의 양 회전 위치(A, B)에 충분히 정확하게 위치된다. 그 다음 로봇 암(31)의 조정 방법이 완료된다.
로봇 암(31)이 자유 단부에서 2 개의 그립 디바이스(32)를 포함하면, 가공될 작업편(18)의 삽입에 사용되는 그립 디바이스(32)가 전술한 바와 같이 척 축(S)을 따라 조정되면, 척(17)이 작업편의 교환 위치에 있다면, 양자의 그립 디바이스(32)의 예에 따라, 하나의 작업편(18)이 각각 파지된다. 이렇게 할 때, 다른 부하 또는 하중 힘으로 인한 편차가 발생하는 것을 피할 수 있다. 먼저 완전히 가공된 작업편(18a)이 제 2 그립 디바이스에 의해 제거되고 이후에만 가공될 작업편(18)이 척(17)에 삽입되어 삽입 중에 각각의 더 높은 부하 또는 하중 힘이 로봇 암(31)의 자유 단부에 작용하고, 이는 그에 따라 조정 중에 자동으로 고려된다.
작업편의 하중이 서로 편차가 있다면, 하중이 더 높거나 낮은 다른 유형의 작업편에 대해 조정 방법을 다시 수행하거나 제어 디바이스(30)가 작업편의 하중 차이에 따라 교정 값을 계산하여, 척(17)에 작업편을 삽입하기 위한 위치는 상이한 하중의 상이한 유형의 작업편에 대해서도 충분한 정확도로 유지될 수 있다.
센서 유닛(41)은 제어 디바이스(30)와 통신 결합되어 각각의 측정 신호들(S1, S2)을 전송하기 때문에, 조정 방법을 자동으로 수행할 수 있다. 작업편(18)의 위치 및 측정 디바이스(36)의 제 1 회전 위치(A) 또는 제 2 회전 위치(B)가 충분한 정확도에 도달했으면, 사용자 인터페이스(45)를 통해 또는 센서 유닛(41)을 통해 직접 표시된다는 점에서 사용자가 수동으로 방법 단계를 실행할 수도 있다. 로봇 암(31)에 의한 작업편(18)의 위치는 각각의 사용자 입력에 의해 정정될 수 있다.
본 발명은 척(17)을 갖는 공작 기계(16), 측정 디바이스(36), 로봇 암(31) 뿐 아니라 제어 디바이스(30)를 포함하는 장치(15)에 관한 것이다. 척(17)은 척 축(S)을 중심으로 회전 가능하다. 로봇 암(31)은 작업편(18)을 수용하기 위한 그립 디바이스(32)를 자유 단부에서 운반한다. 측정 디바이스(36)는 2 개의 센서 유닛(41)을 갖는다. 측정 디바이스(36)는 척 축(S)을 중심으로 척(17)과 함께 회전할 수 있도록 척(17)에 부착되도록 구성된다. 센서 유닛(41)은 척 축(S)을 따라 상이한 측정 위치(M1, M2)에 할당되고, 척 축(S)으로부터 작업편(18)의 측정 위치(M1 또는 M2)에서 작업편 외부 표면의 거리를 측정할 수 있고 이 거리를 각각 기술하는 측정 신호(S1 또는 S2)를 생성하고 측정 신호(S1, S2)를 제어 디바이스(30)에 전송할 수 있다. 제어 디바이스(30)에 의해 자동 조정 방법이 수행될 수 있다. 먼저 로봇 암(31)이 작업편(18)을 파지하도록 제어되고 이어서 작업편(18)이 측정 위치(M1, M2)의 영역에 위치된다. 위치결정은 작업편 축(W)과 척 축(S) 사이의 기울기 및 오프셋의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있을 때까지 측정 신호(S1, S2)에 기초하여 로봇 암(31)을 제어함으로써 수행된다. 이 절차는 적어도 2 개의 다른 회전 위치(A, B)에서 수행되며 필요한 경우 반복된다.
15 장치
16 공작 기계
17 척
18 작업편
18a 완전히 가공된 작업편
19 공구
20 기계 축 장치
21 제 1 회전축
22 제 2 회전축
23 제 1 선형축
24 기계 베이스
25 제 2 선형축
26 제 3 선형축
30 제어 디바이스
31 로봇 암
32 그립 장치
36 측정 디바이스
37 유지 디바이스
38 링
39 캔틸레버
40 캔틸레버의 섹션
41 센서 유닛
42 다이얼 게이지
45 사용자 인터페이스
A 제 1 회전 위치
B 제 2 회전 위치
E1 제 1 평면
E2 제 2 평면
M1 제 1 측정 위치
M2 제 2 측정 위치
S 척 축
S1 측정 신호
S2 측정 신호
W 작업편 축

Claims (11)

  1. 척 축(S)을 중심으로 회전 가능한 척(17)을 갖는 공작 기계(16), 2 개의 센서 유닛들(41)을 갖는 측정 디바이스(36), 그립 디바이스(32)를 갖는 로봇 암(31) 및 제어 디바이스(30)를 갖는 장치(15)로서,
    상기 측정 디바이스(36)는 양자의 센서 유닛들(41)이 상기 척(17)의 척 축(S)을 따라 상이한 측정 위치들(M1, M2)에 할당되도록 상기 척(17)에 부착되도록 구성되고, 각각의 센서 유닛(41)은 상기 척 축(S)으로부터 작업편(18)의 작업편 외부 표면의 거리를 측정하고 이 거리를 특성화하는 측정 신호들(S1, S2)을 상기 제어 디바이스(30)로 전송하도록 구성되고,
    상기 제어 디바이스(30)는,
    a) 상기 작업편(18)을 파지하기 위한 상기 로봇 암(31)의 제어 단계,
    b) 상기 척(17)에 인접한 상기 센서 유닛들(41)의 측정 위치들(M1, M2) 범위에 상기 작업편(18)을 위치시키기 위한 상기 로봇 암(31)의 제어 단계,
    c) 상기 작업편(18)의 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록, 상기 측정 신호들(S1, S2)을 기반으로 상기 작업편(18)을 위치시키기 위한 상기 로봇 암(31)의 제어 단계로서, 상기 척(17) 및 그 위치에 부착된 상기 측정 디바이스(36)는 상기 척 축(S)을 중심으로 한 제 1 회전 위치(A)에 있는, 상기 로봇 암(31)의 제어 단계,
    d) 상기 제 1 회전 위치(A)와 상이한 제 2 회전 위치(B)에서 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)를 상기 척 축(S)을 중심으로 회전시키기 위한 상기 공작 기계(16)의 제어 단계, 및
    e) 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있는지를 상기 측정 신호들(S1, S2)을 기반으로 상기 작업편(18)의 위치를 통해 체크하고, 상기 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있지 않다면, 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 상기 작업편(18)을 위치시키기 위해 상기 로봇 암(31)을 제어하는 단계로서, 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)는 상기 척 축(S)을 중심으로 한 상기 제 2 회전 위치(B)에 있는, 상기 상기 로봇 암(31)을 제어하는 단계를 수행하도록 구성되는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(30)는 상기 단계 e) 이후에
    f) 상기 제 1 회전 위치(A)에서 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)를 상기 척 축(S)을 중심으로 회전시키기 위한 상기 공작 기계(16)의 제어 단계, 및
    g) 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 상기 사전 한정된 오차 범위 내에 있는지를 상기 측정 신호들(S1, S2)을 기반으로 상기 작업편(18)의 위치를 통해 체크하고, 상기 편차가 상기 사전 한정된 오차 범위 내에 있지 않다면, 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 상기 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 상기 작업편(18)을 위치시키기 위해 상기 로봇 암(31)을 제어하는 단계로서, 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)는 상기 척 축(S)을 중심으로 한 상기 제 1 회전 위치(A)에 있는, 상기 상기 로봇 암(31)을 제어하는 단계를 수행하도록 구성되는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 상기 제 1 회전 위치(A) 뿐 아니라 상기 제 2 회전 위치(B)에서 상기 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 상기 척 축(S)에 대한 상기 작업편(18)의 위치가 충분히 정확할 때까지, 상기 제어 디바이스(30)는 적어도 상기 단계 d) 내지 g)를 반복하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(30)는,
    먼저 상기 작업편 축(W)이 상기 사전 한정된 오차 범위 내에서 상기 척 축(S)에 평행하게 배향되도록 상기 단계 c), e) 및 g)에서 상기 작업편(18)을 위치시키는 동안 상기 로봇 암(31)을 제어하고 이어서 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 거리가 양자의 측정 위치들(M1, M2)에서 상기 오차 범위 내에 있을 때까지, 상기 제어 디바이스(30)는 상기 작업편(18)을 상기 척 축(S)에 직교하게 이동시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(30)는 상기 작업편(18)에서의 작업편 직경 및/또는 상기 그립 디바이스(32)의 그립 위치에 따라 상기 작업편(18)을 위치시키기 위해 상기 로봇 암(31)을 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 유닛들(41)은 촉각 작동 센서 유닛들(41)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 센서 유닛(41)은 다이얼 게이지(42)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 센서 유닛들(41)은 상기 제어 디바이스(30)와 무선으로 통신 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로봇 암(31)은 2 개의 그립 디바이스들(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 로봇 암(31)은 상기 단계 a)에서 각각 하나의 작업편(18, 18a)을 각각의 그립 디바이스(32)로 파지하는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 2 개의 센서 유닛들(41)을 갖는 측정 디바이스(36)를 사용하여 공작 기계(16)의 척 축(S)을 중심으로 회전 가능한 척(17)에 대해 그립 디바이스(32)로 로봇 암(31)을 조정하는 방법으로서,
    - 양자의 센서 유닛들(41)이 상기 척(17)의 척 축(S)을 따라 상이한 측정 위치들(M1, M2)에 할당되도록 상기 측정 디바이스(36)를 상기 척(17)에 부착하는 단계,
    - 상기 로봇 암(31)의 그립 디바이스(32)로 작업편(18)을 파지하는 단계,
    - 상기 작업편(18)이 상기 척(17)에 인접한 상기 센서 유닛들(41)의 측정 위치들(M1, M2)의 범위 내에 위치하도록 상기 로봇 암(31)을 이동시키는 단계,
    - 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 상기 센서 유닛들(41)의 측정 값들에 기반하여 상기 그립 디바이스(32)를 이동시킴으로써, 상기 작업편(18)을 위치시키는 단계로서, 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)는 상기 척 축(S)을 중심으로 한 제 1 회전 위치(A)에 있는, 상기 작업편(18)을 위치시키는 단계,
    - 상기 제 1 회전 위치(A)와 상이한 제 2 회전 위치(B)에서 상기 척 축(S)을 중심으로 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)를 회전시키는 단계, 및
    - 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있는지를 상기 센서 유닛들(41)의 측정 값들을 기반으로 상기 작업편(18)의 위치를 통해 체크하고, 상기 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있지 않다면, 상기 작업편 축(W)과 상기 척 축(S) 사이의 편차가 사전 한정된 오차 범위 내에 있도록 상기 작업편(18)을 위치시키는 단계로서, 상기 척(17) 및 그 위에 배열된 상기 측정 디바이스(36)는 상기 척 축(S)을 중심으로 한 상기 제 2 회전 위치(B)에 있는, 상기 작업편(18)을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
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