SE509505C2 - Positioneringsmetod och positioneringsanordning f ör ett produktionssystem - Google Patents

Description

lO l5 20 l\) UI 30 35 509 505 UPPFINNINGENS SYFTE: Syftet med uppfinningen är att styra robot- eller andra system som nämnts ovan, med en anordning och pà ett sätt som inte uppvisar de ovan angivna nackdelarna i befintliga system, för olika uppgifter med elektro-optiska system såsom 3D-visionsys- tem, laserföljarsystem, interferrometersystem mm. Speciellt för föreliggande uppfinningen är styrningen av ett positioneringshu- vud i relation till ett arbetsobjekt.

Styrningen åstadkommes genom ett fundamentalt lokaliseringsmät- system som en del av uppfinningen vilket möjliggör en bestämm- ning av rymdkoordinaterna för mälpunkter med mycket hög nog- grannhet och som kan beräkna rymdläget av andra mekaniska ele- ment anslutna till en stel kropp försedd med mälpunkter.

Ett i föreliggande uppfinning ingående reglerdatasystem kan bestämma förskjutningar mellan ett positioneringshuvuds verkliga läge och dess inställda läge för att uppdatera styrprogrammet och kan dessutom styra positioneringshuvudet på ett nödvändigt sätt för att kompensera för sådana förskjutningar.

Registreringsdon är härvid anordnade för att bestämma det rela- tiva läget mellan positioneringshuvudet och arbetsobjektet vilka registreringsdon exempelvis använder fotogrammetri och/eller 3D- vision tekniker för att kallibrera positioneringshuvudets läge.

Ett ytterligare syfte med uppfinningen är att styra en robot av den typ som framgår av den svenska patentansökningen 8502327-3 enligt den metod och med den anordning som framgår av förelig- gande uppfinning.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN: Uppfinningen visar en metod och en anordning för, i ett produk- tionssystem, positionering av ett positioneringshuvuds läge i 10 15 20 25 30 35 509 505 3 förhållande till ett arbetsobjekt som innefattar ett positione- ringsorgan, exv. en robot eller en verktygsmaskin, en för posi- tioneringsorganet anordnad positioneringsstyrenhet, samt ett reglerdatasystem för positioneringsstyrenheten, där reglerdata- systemet kommunicerar med ett tredimentionellt lokaliseringsmät- system som innefattar minst ett registreringsdon som mäter in och korrigerar positioneringshuvudets läge i rymden.

Vidare visar uppfinningen en metod och en anordning enligt ovan där dessutom registreringsdonet samtidigt kan registrera och mäta in positioneringshuvudets läge och arbetsobjektets läge i rymden.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGARNA: Uppfinningen kommer nu med hänvisningsbeteckningar i anslutning till följande ritningsfigurer att närmare beskrivas.

Figur l visar ett produktionspositioneringssystem enligt före- liggande uppfinning.

Figur 2 visar ett produktionspositioneringssystem enligt före- liggande uppfinning avsett för en robot.

Figur 3 visar en perspektivvy av en robot enligt figur 2.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN: Positioneringsanordningen innefattar ett positioneringsorgan L som är anordnat med ett positioneringshuvud 2 vilket organ och huvud är genom en positioneringsstyrenhet 3 anordnad att styras upprepbart till ett valfritt läge i en given arbetsvolym. Vidare innefattar positioneringsanordningen en för kommunikation med positioneringsstyrenheten 3 anordnat reglerdatasystem 4. Mellan reglerdatasystemet 4 och positioneringsstyrenheten 3 förekommer dubbelriktad kommunikation vilket indikeras i fig. l med dubbel- riktade kommunikationspilar.

Positioneringsorganet l, positioneringshuvudet 2, positione- lO 20 l\) UI 30 35 509 505 4 ringsstyrenheten 3 och reglerdatasystemet 4 utgör pá känt sätt en konventionell NC-maskin eller en konventionell industrirobot.

Vidare uppvisar positioneringsanordningen enligt den i figur 1 visade utföringsformen enligt föreliggande uppfinning ett CAD- system 5 som direkt kan förse reglerdatasystemet 4 med styrdata.

Reglerdatasystemet 4 kan erhålla styrdata som indata pà en mängd andra sätt än genom ett som här visat CAD-system.

Till reglerdatasystemet 4 är för dubbelriktad kommunikation ett tredimentionellt lokaliseringsmätsystem 6 kopplat med vilket menas att systemet har möjlighet att genom registreringsdon registrera mätpunkter för att sedan genom bearbetning av regi- streringen bestämma punkternas rymdkoordinater. Lokaliserings- mätsystemet används just för dess förmåga att registrera och bestämma läget för en mätpunkt i rymden. Förutsättningen för mätsystemet är väl inmätbara placerade måldon på arbetsobjektet och/eller pá eller i fast närhet till positioneringshuvudet 2.

Màldonen kan vara vilken typ av måldon som helst som kan inmätas av en elektro-optisk anordning. Exempelvis kan màldonen vara àterreflekterande màlytor, ljusdioder, prismor, verktygshål, sfärer etc. Med hjälp av dessa mäldon kan lokaliseringsmätsyste- met registrera och beräkna rymdkoordinater för måldonens läge i en viss given arbetsvolym för att kunna skicka dessa uppgifter vidare till reglerdatasystemet 4 som i sin tur kommunicerar med positioneringsstyrenheten 3 för styrning av positioneringshuvu- det 2.

För inmätning av máldonens rymdkoordinater är ett eller flera registreringsdon 7 anslutna till lokaliseringsmätsystemet 6.

Dessa registreringsdon 7 kan utgöras av elektro-optiska anord- ningar vilka är direktkopplade till lokaliseringsmätsystemet för vidare beräkning av rymdkoordinaterna. Registreringsdonen 7 registrerar härvid måldonens läge med vissa bestämda tidsin- tervall för nämnda vidare beräkning. Härvid kan dessutom lokali- seringsmätsystemet 6 eller reglerdatasystemet 4 även beräkna differensen mellan två konsekutiva registrerings- och inmät- 10 l5 20 25 30 35 509 505 5 ningstillfällen och med hjälp av positioneringsstyrenheten 3 korrigera positioneringshuvudet 2 för denna differens. Det betyder att en förändring av arbetsobjektets läge, exv. på grund av temperaturpàverkan, i förhållande till positioneringshuvudets 2 läge korrigeras av positioneringsanordningen i realtid, dvs under pågående arbetsoperation.

I den visade utföringsformen i fig. 1 är en objektidentifierare 8 kopplad till positioneringsstyrenheten 3 för att direkt mot arbetsobjektet söka av dess yta, innan positioneringshuvudet 2 kommer till detta läge, för att vid avvikelser i ytans läge direkt via positioneringsstyrenheten 3 korrigera positionerings- huvudet 2 för avvikelsen. Objektidentifieraren 8 är således ett i systemet kompletterande korrektionsorgan.

Således är lokaliseringsmätsystemet 6 ett elektro-optiskt system för att bestämma det relativa läget av positioneringshuvudet 2 i förhållande till ett arbetsstycke eller ett annat referenskoor- dinatsystem.

Vidare utgör positioneringsanordningen ett kontrollsystem som förser positioneringsorganet och dess positioneringshuvud med korrektioner för dess bana och/eller vilket direkt beräknar uppdaterade lägen baserade på begärda lägen och observerade lägen.

Positioneringsmetoden enligt föreliggande uppfinning kan be- skrivas i följande steg.

Steg l: Måldon sättes fast vid ett arbetsobjekt och/eller en detalj som håller arbetsobjektet i ett fast, relativt rymdläge.

Steg 2: Rymdkoordinaterna från dessa måldon bestämmes genom användning av någon registreringsanordning. Denna anordning kan utgöras av samma elektro-optiska anordning som beskrivits ovan eller någon annan mätanordning såsom en koordinatmätmaskin, teodolit, laserspårare, etc. 10 15 20 {\J UI 30 35 509 505 6 Steg 3: Måldonen fastsättes vid de organ som skall positioneras och/eller till adaptrar som har ett fixt förhållande till orga- net som skall positioneras. Vid till exempel en borroperation kan máldonen sättas fast vid borrspindeln eller vid adaptrar med fixt förhållande till spindelhållaren.

Steg 4: Förhållandet mellan máldonen på organen, exv. änden av en borrspindel, eller en adapter som skall positioneras bestäm- mes antingen genom en extern mätanordning eller genom att an- vända det ovan beskrivna elektro-optiska systemet medelst speci- ella rutiner.

Steg 5: En elektro-optisk anordning, exv. ett 3D-vision system som i nuvarande implementering använder måldonen som fastsättes enligt steg 1 och steg 3 för att bestämma rymdläget av posi- tioneringshuvudet 2 i något koordinatsystem. Andra anordningar är dock möjliga. Detta koordinatsystem kan vara ett koordinat- system för en arbetscell, ett koordinatsystem till en fixtur, ett koordinatsystem till ett objekt, dvs. koordinatsystemet till arbetsobjektet i relation till vilket positioneringssystemet skall placeras, eller något annat koordinatsystem.

Stêg 6: Procedur 1: Steg 5 genomförs vid ett flertal lägen och korrek- tioner i form av en medeldifferens beräknas mellan positione- ringshuvudets 2 lägen, dvs. de lägen roboten "tror" det är, oc: de uppmätta lägena. Dessa korrektioner används för att styra positioneringshuvudet 2 i arbetsvolymen definierad genom dessa lägen men inte begränsad genom dem för att korrigera rymdlägena.

För detta syfte kan robot- och/eller maskinkontrollprogrammet uppdateras och korrektionsvärden kan skickas till roboten och/eller maskinen.

Procedur 2: Positioneringshuvudet styrs till dess exakta läge genom att använda en återkopplingsslinga i vilken ett elektro- optiskt system enligt ovan åstadkommer mätningar i realtid för att styra positioneringshuvudet 2. 10 15 20 30 35 509 505 7 Således sker en registrering, en inmätning och en korrektion, dvs. en koordinatbestâmning följd av en korrektion av positione- ringshuvudets 2 och arbetsobjektets läge i rymden.

Lokaliseringsmätsystemet 6 enligt ovan kan vara ett flerhuvuds interferrometersystem som placeras i ett fixt läge och som positionerar produktionshuvudet eller som tidigare angivits, positioneringshuvudet 2.

En specifik utföringsform av föreliggande uppfinning visas i figur 2, där positioneringsorganet utgörs av en robot 11 av den typ som framgår av den inledningsvis nämnda svenska patentansök- ningen 8502327-3. positioneringsmetoden identisk med vad som ovan beskrivits.

I övrigt är positioneringsanordningen och Just den i figur två visade roboten 11 med dess robotpositionerings- huvud 12 i kombination med föreliggande uppfinning utgör ett robotstyrsystem med hög precision.

Den i fig. 2 som positioneringsorgan använda roboten 11, se fig. 3, innefattar tre ställdon 21, vilka vart och ett är utfört som en kolv 22 som förskjuts i en cylinder 23. Kolven 22 förskjuts inuti cylindern 23 med hjälp av konventionella icke visade drivorgan, vilka exempelvis kan vara hydrauliska eller pneuma- tiska eller utgörs av en skruv- och muttermekanism eller av hydraulfluid. Varje cylinderände är via en led 24 fixerad i ett fast stativ eller stomme 25. Leden 24, som gör att cylindern 23 och kolven 22 kan svängas i alla riktningar relativt stommen 25 är här ritad som en kardanknut men kan utgöras av vilken lämplig universalled som helst. Via en liknande led 26 är varje kolv 22 förbunden med ett robotpositioneringshuvud 27. Ställdonen 21 är anordnade längs sidokanterna av en tänkt triangulär pyramid och genom att man förskjuter kolvarna 22 i respektive cylindrar 23 ställer man exakt in robotpositioneringshuvudet 27 i önskat läge, eftersom ställdonens 21 verksamma längd entydigt bestämmer robotpositioneringshuvudets 27 läge. Roboten inbegriper ovan nämnda positioneringsstyrenhet 3 som avger signaler till ställ- donen 21 vilka får robotpositionerinshuvudet att förflytta sig F; UI 20 l\) Uï 30 35 509 505 till önskat läge.

En arm 28, bestående av en hylsa 210 och en i hylsan 210 lagrad, ej visad, axel sträcker sig fràn robotpositioneringshuvudet 27 symmetriskt mellan ställdonen 21. Hylsan 210 är stelt förbunden med robotpositioneringshuvudet 27 och innefattar två lager, som är anordnade vid vardera hylsändan, varvid axeln är vridbart lagrad i dessa. En universalled 211 är fast förbunden med stom- men 25 i ett omràde beläget längs den tänkta pyramidens symmet- riaxel. Universalleden 211 har en centrumöppning, vars tvärsnitt är nàgot större än hylsans 210 ytterdiameter. Hylsan 210 sträck- er sig genom ledens centrumöppning och kan förskjutas i sin axialriktning relativt stommen 25 och leden 24, samtidigt som den kan ställas in i en valfri vinkel relativt stommen 25, varvid hylsan 210 styrs radiellt och är vridningssäkrad i leden 24. Hylsan 210 har en längd som är tillräcklig för att den inom robotpositioneringshuvudets 27 totala rörelseområde alltid skall befinna sig i universalledens 211 centrumöppning.

Hylsan 210 uppbär en icke visad vridmotor, vars vridrörelser medelst en lämplig transmission bibringar axeln en önskad vrid- ningsrörelse.

Axeländen, som skjuter ut genom robotpositioneringshuvudet 27 uppbär ett lämpligt hanteringsdon, vilket kan bestå av ei: motormanövrerat gripdon 29. Gripdonets griprörelse kan exempel- vis styras med hjälp av manöverstänger axiellt och roterbart löpande inuti hylsan 210 och som sticker ut över hylsans 210 övre ände och anslutna till lämpligt manöverdon.

I fig. 3 utgörs den mellan ställdonen 21 anordnade armen 28 av en axel- och hylsenhet, men de kan även bestå av endast en enda axel, som är lagrad i universalleden 211 och i robotposi- tioneringshuvudet 27. Antalet ställdon kan vara flera än de tre som visas på ritningarna. De behöver inte heller vara symmet- riskt anordnade kring armen 28. Axeln kan vidare vara förskjut- bart anordnad i hylsan 210.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 509 505 PATENTKRAV

1. Positioneringsmetod för ett produktionssystem för positionering av ett positioneringshuvuds (2,l2,27) läge i förhållande till ett arbetsobjekt innefattande ett positio- neringsorgan (l,ll), exv. en robot eller en verktygsmaskin, en för positioneringsorganet (l,ll) anordnad positionerings- styrenhet (3), samt ett reglerdatasystem (4) för positione- ringsstyrenheten (3), varvid reglerdatasystemet (4) kommuni- cerar med ett tredimensionellt lokaliseringsmätsystem (6) innefattande minst ett registreringsdon (7) som mäter in och korrigerar positioneringshuvudets (2,l2,27) läge i rymden, kännetecknad av att registreringsdonet (7) registrerar och mäter in rymdläget av positioneringshuvudet (2,l2,27) i för- hållande till arbetsobjektet med hjälp av väl inmätbara måldon placerade både på arbetsobjektet och/eller objekt som har ett bestämt och fast förhållande till arbetsobjektet, såväl som på positioneringshuvudet och/eller anordningar vilka har ett känt förhållande till positioneringshuvudet.

2. Positioneringsanordning för ett produktionssystem för positionering av ett positioneringshuvuds (2,l2,27) läge i förhållande till ett arbetsobjekt innefattande ett positio- neringsorgan (l,ll), exv. en robot eller en verktygsmaskin, en för positioneringsorganet (l,ll) anordnad positionerings- styrenhet (3), samt ett reglerdatasystem (4) för positione- ringsstyrenheten (3), varvid reglerdatasystemet (4) är anord- nat att kommunicera med ett tredimensionellt lokaliserings- mätsystem (6) innefattande minst ett registreringsdon (7) för inmätning och korrigering av positioneringshuvudets (2,l2,27) läge i rymden, kännetecknad av att registreringsdonet (7) är anordnat att registrera och mäta in rymdläget av positione- ringshuvudet (2,l2,27) i förhållande till arbetsobjektet med hjälp av väl inmätbara måldon placerade både på arbetsobjek- tet och/eller objekt som har ett bestämt och fast förhållande till arbetsobjektet, såväl som på positioneringshuvudet och/eller anordningar vilka har ett känt förhållande till positioneringshuvudet. 10 15 20 509 505 10

3. Positioneringsanordning enligt kravet 2, kännetecknad av att registreringsdonet (7) utgörs av ett elektro-optiskt registreringsdon, exv. ett 3D-visionsystem eller en laser- följare.

4. Positioneringsanordning enligt kravet 3, kännetecknad av att registreringsdonet (7) utgörs av ett flerhuvuds interferrometersystem.

5. Positioneringsanordning enligt kravet 3, kännetecknad av att ett eller flera elektro-optiska registreringsdon (7) är anordnade i positioneringsorganets (l,l1) närhet för att lokaliseringsmätsystemet (6) genom triangulering skall registrera positioneringsorganets (1,ll) och arbetsobjektets läge i rymden.

6. Positioneringsanordning enligt något av ovan angivna krav, kännetecknad av att en objektidentifierare (8) är ansluten till positioneringsstyrenheten (3).

7. Positioneringsanordning enligt något av ovan angivna krav, kännetecknad av att registreringsdonet (7) är anordnat att samtidigt registrera positioneringshuvudets (2,l2,27) och arbetsobjektets läge i rymden.