SE525235C2

SE525235C2 - An arrangement and method for producing a three-dimensional object from a series of scanned values

Info

Publication number: SE525235C2
Application number: SE0200070A
Authority: SE
Inventors: Anders Reyier
Original assignee: Anders Reyier
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2005-01-11
Also published as: WO2003058360A1; AU2003201940A1; SE0200070D0; SE0200070L

Abstract

An assembly for producing a three-dimensional object based on a series of values, each value corresponding to the position of a point on the object's surface. The assembly comprises a machining tool (5) adapted for machining a work-piece (6) and an industrial robot (2) having at least five axes, a transforming means (10) for transforming said series of values to position instructions for the axes of the robot, the robot being arranged for performing the movements in accordance with the position instructions and performing said machining of the work-piece in cooperation with the machining tool (5) based on said series of values, so that the three-dimensional object is produced. A method for producing a three-dimensional object based on a series of values, each value corresponding to the position of a point on the object's surface. The method comprises transforming the series of values to position instructions to an industrial robot having at least five axes, wherein the movement of the robot is controlled in accordance with the position instructions, so that the robot in cooperation with a machining tool performs a machining of a work-piece, by which the three-dimensional object is produced.

Description

0 ocean 10 15 20 25 30 35 5 2 5 2 5 5 ' A0 o A 0 I OI 2 len och skapandet av ett program som styr en bearbetningsbana. 0 ocean 10 15 20 25 30 35 5 2 5 2 5 5 'A0 o A 0 I OI 2 len and the creation of a program that controls a processing path.

I ett sista steg används det skapade programmet för att styra en fräsmaskin som fräser ut en tandmodell med önskad form ur ett arbetsstycke. Den fräsmaskin som visas innefattar ett vertikalt anordnat fräsverktyg som kan röra sig i tre frihetsgrader, nämli- gen i x-, y- och z-led. Arbetsstycket som ska bearbetas anordnas under verktyget som bearbetar arbetsstycket ovanifrån. l den amerikanska patentskriften US 5,003,484 visas ett arrange- mang för att dubblera ett tredimensionellt objekt. Data för objek- tet erhålls genom att scanna detsamma. Data erhållna från scan- nern digitaliseras och lagras. Därefter transformeras data till en NC-maskin för framställning av objektet. Utgående från transfor- merade data skapas ett antal parallella fräslinjer som tillsam- mans utgör den rörelsebana som ett fräsverktyg ska följa för att forma objektet. NC-maskinen guidar verktyget enligt den fram- tagna rörelsebanan som i sin tur bestäms av inscannade tredi- mensionella data. På samma sätt som i EP 0 756 852 är fräs- verktyget anordnat vertikalt i en fräsmaskin som kan röra verkty- get i tre frihetsgrader, nämligen x-, y- och z-led. Arbetsstycket som ska bearbetas anordnas under verktyget som bearbetar ar- betsstycket ovanifrån.In a final step, the created program is used to control a milling machine that mills a tooth model of the desired shape out of a workpiece. The milling machine shown comprises a vertically arranged milling tool which can move in three degrees of freedom, namely in the x-, y- and z-directions. The workpiece to be machined is arranged under the tool which machins the workpiece from above. U.S. Patent No. 5,003,484 discloses an arrangement for doubling a three-dimensional object. Data for the object is obtained by scanning the same. Data obtained from the scanner is digitized and stored. The data is then transformed into an NC machine for producing the object. Based on transformed data, a number of parallel milling lines are created which together constitute the path of movement that a milling tool must follow in order to shape the object. The NC machine guides the tool according to the produced trajectory, which in turn is determined by scanned three-dimensional data. In the same way as in EP 0 756 852, the milling tool is arranged vertically in a milling machine which can move the tool in three degrees of freedom, namely x-, y- and z-joints. The workpiece to be machined is arranged under the tool that machins the workpiece from above.

Nackdelen med den metod som visas i EP O 756 852 och detQar-A rangemang som visas i US 5,003,484 är att det bara är möjligt att komma ät att bearbeta arbetsstycket från ett håll, d.v.s. ovan- ifrån. lbland vill man forma fler sidor av arbetsstycket och inte bara den övre sidan. För att detta ska åstadkommas med de kän- da arrangemangen måste arbetsstycket vändas manuellt och sät- tas fast på nytt. Detta förfarande kräver stor exakthet när arbets- stycket sätts fast pà nytt så att förskjutningar vid bearbetningen av de olika sidorna inte uppstår. En annan nackdel med de kända arrangemangen är att verktyges vinkel i förhållande till arbets- styckets varierar beroende på lutningen pà arbetsstyckets yta.The disadvantage of the method shown in EP 0 756 852 and the Qar-A arrangement shown in US 5,003,484 is that it is only possible to come to work the workpiece from one direction, i.e. from above. Sometimes you want to shape more sides of the workpiece and not just the top. In order for this to be achieved with the known arrangements, the workpiece must be turned manually and reattached. This procedure requires great precision when reattaching the workpiece so that displacements do not occur during machining of the various sides. Another disadvantage of the known arrangements is that the angle of the tool in relation to the workpiece varies depending on the inclination of the workpiece surface.

Om vinkeln mellan fräsverktyget och ytan som ska bearbetas är för liten, blir bearbetningen ineffektiv och svår att kontrollera.If the angle between the milling tool and the surface to be machined is too small, machining becomes inefficient and difficult to control.

Ytterligare en nackdel med kända metoder och arrangemang är 00000 10 15 20 25 30 35 525 3 att de för vissa tillämpningar kräver stora specialbyggda bear- betningsmaskiner för att objekten ska kunna framställas.Another disadvantage of known methods and arrangements is that for certain applications they require large specially built processing machines in order for the objects to be produced.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förfarande för att framställa ett tredimensionellt objekt utifrån en serie av värden som vart och ett motsvarar positionen hos en punkt på objektets yta och som övervinner ovan nämnda nack- delar. l synnerhet eftersträves ett förfarande som är enkelt och flexibelt och ger en hög kvalitet på det framställda objektet.DISCLOSURE OF THE INVENTION The object of the present invention is to provide a method for producing a three-dimensional object from a series of values which each correspond to the position of a point on the surface of the object and which overcomes the above-mentioned disadvantages. In particular, a method is sought which is simple and flexible and gives a high quality of the object produced.

Detta ändamål uppnås med den inledningsvis avgivna anordning- en som kännetecknas av att den innefattar att serien av värden transformeras till lägesinstruktioner för en industrirobot med åt- minstone fem axlar, varvid robotens rörelser styrs i enlighet med lägesinstruktionerna så att roboten i samverkan med ett bearbet- ningsverktyg utför en bearbetning av ett arbetsstycke, varvid det tredimensionella objektet framställs. Med fördel scannas ytan hos ett föremål med en form som åtminstone delvis motsvarar formen hos nämnda objekt och nämnda serie av värden fram- ställs utgående från data erhållna från scanningen.This object is achieved with the initial device which is characterized in that it comprises transforming the series of values into position instructions for an industrial robot with at least five axes, the movements of the robot being controlled in accordance with the position instructions so that the robot in cooperation with a machiner tool performs a machining of a workpiece, producing the three-dimensional object. Advantageously, the surface of an object is scanned with a shape which at least partially corresponds to the shape of said object and said series of values are produced on the basis of data obtained from the scan.

Tack vare att roboten har åtminstone fem axlar är den rörlig i åt- minstone fem frihetsgrader, vilket innebär att det inte bara är möjligt att styra fräsverktygets position relativt arbetsstycket utan att det också är möjligt att styra verktygets vinkel relativt arbets- stycket. Således är det möjligt att komma åt att bearbeta arbets- stycket från olika håll och att bearbeta olika sidor hos arbets- stycket. Robotens stora flexibilitet innebär att dyra specialbyggda bearbetningsmaskiner inte behövs. l vissa tillämpningar blir såle- des ett förfarande enligt uppfinningen billigare.Thanks to the robot having at least five axes, it is movable in at least five degrees of freedom, which means that it is not only possible to control the position of the milling tool relative to the workpiece but it is also possible to control the angle of the tool relative to the workpiece. Thus, it is possible to access the workpiece from different directions and to machine different sides of the workpiece. The robot's great flexibility means that expensive custom-built processing machines are not needed. Thus, in some applications, a method according to the invention becomes cheaper.

En industrirobot som ska utföra en arbetsuppgift, såsom bear- betning av ett arbetsstycke, lär sig vanligtvis uppgiften genom att en operatör manuellt kör roboten längs den bana som ingår i ar- betsuppgiften. Under upplärningen utför roboten de rörelser som u OOOIO C I 10 15 20 25 30 35 525 235 4 den senare ska göra när den ska utföra sin arbetsuppgift. Denna upplärning av roboten är både tidskrävande och oexakt. I ett för- farande enligt uppfinningen behöver inte operatören lära roboten dess arbetsuppgifter genom att manuellt köra roboten. Istället omvandlas värdena direkt till lägesinstruktioner för roboten.An industrial robot that is to perform a task, such as machining a workpiece, usually learns the task by having an operator manually drive the robot along the path included in the task. During the training, the robot performs the movements that the latter must perform when performing its task. This training of the robot is both time consuming and inaccurate. In a method according to the invention, the operator does not have to teach the robot its tasks by manually running the robot. Instead, the values are converted directly to position instructions for the robot.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen beräknas för åtminstone huvuddelen av punkterna en vektor som motsvarar en optimal vinkel mellan bearbetningsverktyget och arbetsstycket under bearbetningen och serien av värden tillsammans med nämnda vektorer transformeras till lägesinstruktioner för roboten.According to a preferred embodiment of the invention, for at least the majority of the points, a vector corresponding to an optimal angle between the machining tool and the workpiece is calculated during machining and the series of values together with said vectors are transformed into position instructions for the robot.

Med fördel beräknas nämnda vektor för en punkt utgående från värdet motsvarande punktens position och värden motsvarande positionerna för åtminstone två omgivande punkter. För att er- hålla en optimal bearbetning av objektet är det betydelsefullt vil- ken vinkel verktyget har i förhållande till ytan som ska bearbetas.Advantageously, said vector for a point is calculated from the value corresponding to the position of the point and values corresponding to the positions of at least two surrounding points. In order to obtain an optimal machining of the object, it is important which angle the tool has in relation to the surface to be machined.

För de flesta tillämpningar är den optimala vinkeln mellan verkty- get och ytan 90°. Om det objekt som ska tillverkas har en yta med varierande lutning, måste vektygets vinkel relativt lodlinjen vara olika beroende på vilken punkt på ytan som ska bearbetas för att en optimal bearbetning ska erhållas. Enligt denna utfö- ringsform av uppfinningen erhålles en optimal bearbetning i varje punkt på objektets yta.For most applications, the optimal angle between the tool and the surface is 90 °. If the object to be manufactured has a surface with varying inclination, the angle of the tool relative to the vertical must be different depending on which point on the surface is to be machined in order to obtain an optimal machining. According to this embodiment of the invention, an optimal machining is obtained at each point on the surface of the object.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av uppfinningen monteras arbetsstycket på roboten och bearbetningsverktyget anordnas stationärt, varvid arbetsstyckets position och vinkel i förhållande till det stationära bearbetningsverktyget styrs av ro- botens rörelser. Detta arrangemang är fördelaktigt om objektet har en vikt som är låg i förhållande till verktygets vikt. Detta ar- rangemang möjliggör också vidare bearbetning och hantering av objektet medelst roboten utan att roboten behöver lämna ifrån sig objektet.According to a further preferred embodiment of the invention, the workpiece is mounted on the robot and the machining tool is arranged stationary, the position and angle of the workpiece in relation to the stationary machining tool being controlled by the movements of the robot. This arrangement is advantageous if the object has a weight which is low in relation to the weight of the tool. This arrangement also enables further processing and handling of the object by means of the robot without the robot having to leave the object.

Enligt ytterligare en föredragen utföringsform av uppfinningen an- ordnas ett andra bearbetningsverktyg av en annan typ än det för- sta bearbetningsverktyget stationärt i förhållande till roboten och 10 15 20 25 30 35 525 235 5 robotens rörelser styrs i enlighet med lägesinstruktionerna så att arbetsstycket bearbetas först i samverkan med det första arbets- verktyget och sedan i samverkan med det andra arbetsverktyget, varvid det tredimensionella objektet framställs. På så sätt kan ett antal arbetsstationer byggas upp inom robotens arbetsområde för exempelvis fräsning, slipning, borrning och målning av objektet.According to a further preferred embodiment of the invention, a second machining tool of a different type than the first machining tool is arranged stationary in relation to the robot and the movements of the robot are controlled in accordance with the position instructions so that the workpiece is machined first. in collaboration with the first work tool and then in collaboration with the second work tool, whereby the three-dimensional object is produced. In this way, a number of workstations can be built up within the robot's work area for, for example, milling, grinding, drilling and painting of the object.

Samma serie av värden motsvarande positioner hos punkter på objektets yta kan således utnyttjas för att ta fram instruktioner till roboten för att sekventiellt utföra flera olika typer av bearbet- ningar av objektet. Tack vare att roboten håller i objektet och att bearbetningsstationerna finns stationärt uppbyggda kring robo- ten, behöver inte några verktyg skiftas utan hela kedjan av bear- betningar kan ske automatiskt.The same series of values corresponding to positions of points on the surface of the object can thus be used to produce instructions for the robot to sequentially perform several different types of machining of the object. Thanks to the fact that the robot holds the object and that the machining stations are stationary around the robot, no tools need to be changed, but the entire chain of machining can take place automatically.

Ytterligare att ändamål med uppfinningen är att tillhandahålla ett arrangemang för att framställa ett tredimensionellt objekt utifrån en serie av värden som vart och ett motsvarar positionen för en punkt på objektets yta som inte uppvisar ovan nämnda nackdelar med känd teknik.It is a further object of the invention to provide an arrangement for producing a three-dimensional object from a series of values each corresponding to the position of a point on the surface of the object which does not have the above-mentioned disadvantages of the prior art.

Detta ändamål uppnås med det inledningsvis avgivna arrange- manget som kännetecknas av att nämnda manöverorgan inne- fattar en industrirobot med åtminstone fem axlar och medel för att transformera nämnda serie av värden till lägesinstruktioner för robotens axlar, varvid roboten är anordnad att utföra rörelser i enlighet med lägesinstruktionerna och att i samverkan med bear- betningsverktyget utföra nämnda bearbetning av arbetsstycket.This object is achieved with the initial arrangement characterized in that said actuator comprises an industrial robot with at least five axes and means for transforming said series of values into position instructions for the axes of the robot, the robot being arranged to perform movements in accordance with the position instructions and to carry out the said machining of the workpiece in collaboration with the machining tool.

FlGURBESKRlVNlNG Föreliggande uppfinning ska nu förklaras med hjälp av en såsom exempel beskriven utföringsform och med hänvisning till den bi- fogade ritningen.DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention will now be explained by means of an exemplary embodiment and with reference to the accompanying drawing.

Figur 1 visar ett arrangemang för att framställa ett tredimensio- nellt objekt enligt en utföringsform av uppfinningen. 00 00 00 00 0 0000 n I 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I I 0 0 0 I I 0 0 I 0 0 OO OOII O 10 15 20 25 30 35 525 235 6 BESKRIVNING AV UTFÖRINGSFORMER Figur 1 visar ett arrangemang enligt en utföringsform av uppfin- ningen vilket innefattar enscanner 1, en industrirobot 2, ett da- tabehandlingsmedel 3 som behandlar data fràn scannern 1 och överför behandlade data till roboten, ett 'bearbetningsverktyg 5 anpassat för att bearbeta ett arbetsstycke 6. Scannern 1 är an- ordnad att scanna in värden motsvarande positionen hos ett stort antal punkter på ytan av ett föremål 8. Från scannern erhålls sä- ledes en serie' av värden som innehåller tredimensionella posi- tioner i form av koordinater (x, y, z) för punkter på föremålets yta. Denna serie av värden överförs sedan till databehandlings- medlet 3, där den behandlas.Figure 1 shows an arrangement for producing a three-dimensional object according to an embodiment of the invention. 00 00 00 00 0 0000 n I 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 II 0 0 0 II 0 0 I 0 0 OO OOII O 10 15 20 25 30 35 525 235 6 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Figure 1 shows an arrangement according to an embodiment of the invention which comprises a single scanner 1, an industrial robot 2, a data processing means 3 which processes data from the scanner 1 and transmits processed data to the robot, a processing tool 5 adapted to process a workpiece 6. The scanner 1 is arranged to scan in values corresponding to the position of a large number of points on the surface of an object 8. From the scanner a series of values is thus obtained which contain three-dimensional positions in the form of coordinates (x, y , z) for points on the surface of the object. This series of values is then transferred to the data processing means 3, where it is processed.

Databehandlingsmedlet 3 innefattar nödvändig utrustning, såsom en eller flera processor och minnen, för att kunna ta emot, be- handla och skicka data vidare. I databehandlingsmedlet 3 skapas en bana för bearbetning av arbetsstycket genom att man gruppe- rar och ordnar punkterna så att de bildar en lämplig bana för verktyget under bearbetningen av arbetsstycket. Ordningen på punkterna väljs så att en optimal bearbetning kan erhållas. l da- tabehandlingsmedlet 3 beräknas också för varje punkt en vektor som motsvarar den optimala vinkeln mellan bearbetningsverkty- get och arbetsstycket under bearbetningen. För de flesta typer av bearbetningar, såsom fräsning och borrning, är denna vinkel 90°.The data processing means 3 comprises necessary equipment, such as one or more processors and memories, in order to be able to receive, process and forward data. In the data processing means 3, a path for machining the workpiece is created by grouping and arranging the points so that they form a suitable path for the tool during the machining of the workpiece. The order of the points is chosen so that an optimal processing can be obtained. In the data processing means 3, a vector corresponding to the optimal angle between the machining tool and the workpiece during machining is also calculated for each point. For most types of machining, such as milling and drilling, this angle is 90 °.

Ovan nämnda vektor beräknas genom att man för en punkt väljer ut åtminstone två näraliggande punkter och med användning av värdena för positionen för punkten och de utvalda näraliggande punkterna beräknar ytans normalvektor i punkten. Om den opti- mala verktygsvinkeln är 90°, används normalvektorn, annars räk- nas någon annan vektor fram som motsvarar denoptimala vin- keln. Till värdet på positionen läggs ytterligare koordinater som tillsammans med positionskoordinaterna ger önskad riktning hos verktyget vid bearbetning i punkten. För varje punkt erhålls såle- des ett värde som innehåller sex koordinater (x1,y1,z1,x2,y2,z2).The above-mentioned vector is calculated by selecting at least two adjacent points for a point and using the values of the position of the point and the selected adjacent points, the normal vector of the surface in the point is calculated. If the optimal tool angle is 90 °, the normal vector is used, otherwise another vector corresponding to the optimal angle is calculated. To the value of the position are added additional coordinates which together with the position coordinates give the desired direction of the tool when machining at the point. For each point, a value is thus obtained that contains six coordinates (x1, y1, z1, x2, y2, z2).

Q OI I I IC I OO OO 'O OI II OO II 'DOG I O O O O O I Û I Û O O I O Ü I I 0 I 0 l I n» I IQ IOÛC OC .I 10 15 20 25 30 35 525 235 7 där koordinaterna x1,y1,z1 är punktens position och koordinaterna x2,y2,z2 ger normalvektorns riktning i förhållande till punkten.Q OI II IC I OO OO 'O OI II OO II' DOG IOOOOOI Û I Û OOIO Ü II 0 I 0 l I n »I IQ IOÛC OC .I 10 15 20 25 30 35 525 235 7 where the coordinates x1, y1, z1 is the position of the point and the coordinates x2, y2, z2 give the direction of the normal vector in relation to the point.

En typisk industrirobot innefattar ett antal i förhållande till var- andra vrldbara robotarmar och en med ett verktygsfäste försedd robothand. Robothanden är vridbar i två eller flera frihetsgrader relativt den arm som uppbär handen. Roboten är försedd med ett styrsystem som styr läge och orientering hos robotarmen. Den i figur 1 visade roboten 2 har sex axlar A1-A6 och ett styrsystem 10. Styrsystemet innefattar både hård- och mjukvara för att styra robotens rörelser. Roboten 2 är monterad på ett basstativ 12 och har en första arm 13 som är vridbart anordnad i förhållande till basstativet 12 runt en vertikal axel A1. l den övre änden av den första armen 13 är en andra arm 14 anordnad roterbar i förhåll- ande till den första armen 13 runt en andra axel A2. l den yttre änden av den andra armen 14 är en tredje arm 15 anordnad ro- terbar i förhållande till den andra armen 14 runt en tredje axel A3.A typical industrial robot comprises a number in relation to each other violent robot arms and a robot hand equipped with a tool holder. The robot hand is rotatable in two or more degrees of freedom relative to the arm that supports the hand. The robot is equipped with a control system that controls the position and orientation of the robot arm. The robot 2 shown in figure 1 has six axes A1-A6 and a control system 10. The control system includes both hardware and software for controlling the movements of the robot. The robot 2 is mounted on a base frame 12 and has a first arm 13 which is rotatably arranged relative to the base frame 12 about a vertical axis A1. At the upper end of the first arm 13, a second arm 14 is arranged rotatably relative to the first arm 13 about a second axis A2. At the outer end of the second arm 14, a third arm 15 is arranged rotatably relative to the second arm 14 about a third axis A3.

Den tredje robotarmen innefattar två delar 15a och 15b, varvid den yttre delen 15b är roterbar i förhållande till den inre delen 15a runt en fjärde axel A4 som sammanfaller med armens 15 längdaxel. l sin yttre ände uppbär den tredje armen 15 en fjärde arm 16 som är roterbar runt en rotationsaxel A5 som är vinkelrät mot den tredje armens 15 längdaxel. Den yttre änden av den fjärde axeln 16 består av ett fäste 17 avsett för att fästa ett verktyg eller ett arbetsstycke. Fästet 17 är roterbart i förhållande till den fjärde armen 16 kring en axel A6. I denna utföringsform är arbetsstycket 6 monterat på fästet 17. Den fjärde armen 17 hos roboten benämns vanligtvis robotens hand.The third robot arm comprises two parts 15a and 15b, the outer part 15b being rotatable relative to the inner part 15a about a fourth axis A4 which coincides with the longitudinal axis of the arm 15. At its outer end, the third arm 15 carries a fourth arm 16 which is rotatable about an axis of rotation A5 which is perpendicular to the longitudinal axis of the third arm 15. The outer end of the fourth shaft 16 consists of a bracket 17 intended for attaching a tool or a workpiece. The bracket 17 is rotatable relative to the fourth arm 16 about an axis A6. In this embodiment, the workpiece 6 is mounted on the bracket 17. The fourth arm 17 of the robot is usually called the hand of the robot.

För varje inscannad punkt överförs värdena för position och rit- ning (x1,y1,z1,x2,y2,z2) från databehandlingsmedlet 3 till robotens styrsystem 10. l styrsystemet 10 bestäms vilken konfiguration ro- boten ska ha för att arbetsstycket ska erhålla den önskade posi- ^ tionen och riktningen i förhållande till verktyget. Ett problem som uppstår när konfigurationen ska bestämmas är att det oftast finns 10 15 20 25 30 35 .525-235 o oo oss 8 flera möjliga konfigurationer som roboten kan inta för att man ska erhålla den önskade positionen och riktningen. Det gäller således att på ett enkelt sätt välja en optimal konfiguration för roboten.For each scanned point, the position and drawing values (x1, y1, z1, x2, y2, z2) are transferred from the data processing means 3 to the robot control system 10. In the control system 10 it is determined what configuration the robot must have in order for the workpiece to obtain it. desired position and direction relative to the tool. A problem that arises when the configuration is to be determined is that there are usually several possible configurations that the robot can assume in order to obtain the desired position and direction. It is thus important to choose an optimal configuration for the robot in a simple way.

Ett sätt att optimera på är att välja konfigurationer som tar så li- ten plats som möjligt. Det kan exempelvis vara önskvärt att ro- boten ska kunna arbeta inom ett begränsat utrymme. Det kan också vara bra att välja konfigurationer som inte kräver stora omorienteringar av axlarna.One way to optimize is to choose configurations that take up as little space as possible. For example, it may be desirable for the robot to be able to work within a limited space. It can also be a good idea to choose configurations that do not require major reorientations of the axes.

Ett sätt att lösa detta problem är att sätta som villkor att någon eller några av robotens axlar ska röra sig så litet som möjligt. På detta sätt kan stora omorienteringar av axlarna undvikas och platskrävande konfigurationer prioriteras bort. Företrädesvis väl- jer man konfigurationer som kräver omorientering av axlarna A5 och A6 framför konfigurationer som kräver omorientering av ax- larna A1-A4. Således bestäms i förväg vilken eller vilka axlar som ska prioriteras, d.v.s. vilka axlar som ska röra sig så litet som möjligt. Exempelvis kan axel A4 prioriteras. För varje punkt beräknas, utgående från de till styrsystemet överförda värdena för position och riktning, alla möjliga konfigurationer som roboten kan inta för att klara av denna position och riktning. Robotens konfiguration beräknas på känt sätt med invers kinematik. Där- efter tar man för varje möjlig konfiguration reda på hur mycket den eller de prioriterade axlarna måste röra sig för att roboten ska kunna inta nästa konfiguration. Därefter väljs den konfigura- tion som kräver den minsta rörelsen av den eller de prioriterade axlarna. Således erhålles en optimering av den valda konfigura- tionen med avseende pà en eller flera i förväg utvalda axlar. När konfigurationen är bestämd, beräknas arbetsstyckets orientering utgående från de till styrsystemet överförda värdena för position och riktning. Nu är robotens konfiguration, orientering och posi- tion känd och en robotinstruktion som får roboten att inta den önskade konfigurationen, orienteringen och positionen kan tas fram på känt sätt.One way to solve this problem is to make it a condition that one or more of the robot's shafts move as little as possible. In this way, major reorientations of the axes can be avoided and space-consuming configurations are prioritized away. Preferably, configurations that require reorientation of the axes A5 and A6 are chosen over configurations that require reorientation of the axes A1-A4. Thus, it is determined in advance which axis or axes are to be prioritized, i.e. which axles should move as little as possible. For example, axis A4 can be prioritized. For each point, based on the values of position and direction transmitted to the control system, all possible configurations that the robot can assume to cope with this position and direction are calculated. The configuration of the robot is calculated in a known manner with inverse kinematics. Then, for each possible configuration, you find out how much the priority axis or axes must move in order for the robot to be able to assume the next configuration. Then select the configuration that requires the least movement of the priority axis or axes. Thus, an optimization of the selected configuration is obtained with respect to one or more preselected axes. Once the configuration is determined, the orientation of the workpiece is calculated based on the values of position and direction transmitted to the control system. The robot's configuration, orientation and position are now known and a robot instruction that causes the robot to assume the desired configuration, orientation and position can be produced in a known manner.

Ett annat sätt att lösa problemet med flera möjliga konfiguratio- ner är att släppa på kravet att verktyget alltid ska vara exakt vin- 10 15 20 25 30 35 525 235 9 kelrätt mot arbetstycket under bearbetningen. Detta sätt bygger pà antagandet att objekten som ska framställas har en form som liknar varandra och att denna form huvudsakligen är känd. Med avseende pà riktningsvektorerna delas objektets yta upp i ett an- tal delytor. Varje delyta har riktningsvektorer som ligger inom ett intervall som huvudsakligen är unikt för just den delytan. Varje delyta tilldelas en verktygsriktning som ska användas för alla punkter inom denna delyta, oberoende av riktningsvektorn i punkten. Den tilldelade verktygsriktningen är exempelvis ett me- delvärde av alla riktningsvektorer inom delytan.Another way to solve the problem with several possible configurations is to drop the requirement that the tool must always be exactly perpendicular to the workpiece during machining. This method is based on the assumption that the objects to be produced have a shape similar to each other and that this shape is mainly known. With regard to the direction vectors, the surface of the object is divided into a number of sub-surfaces. Each sub-area has direction vectors that are within a range that is mainly unique to that particular sub-area. Each sub-area is assigned a tool direction to be used for all points within this sub-area, regardless of the direction vector in the point. The assigned tool direction is, for example, an average value of all direction vectors within the sub-surface.

Varje delyta tilldelas också en lämplig konfiguration som roboten ska ha när delytan bearbetas. Optimala konfigurationer väljs ut i förväg och tilldelas delytorna. För varje mottagen punkt bestäms vilken delyta den tillhör dels genom att punktens riktningsvektor jämförs med intervallerna för delytorna och dels med hjälp av po- sitionskoordinaten i x-led. När delytan är bestämd är positionen, orienteringen och konfigurationen känd och därmed kan en ro- botinstruktionen för bearbetning av punkten skapas. En fördel med denna lösning är att antalet omorienteringar av objektet re- lativt verktyget och antalet omkonfigureringar av hela roboten minskar.Each sub-surface is also assigned a suitable configuration that the robot must have when the sub-surface is machined. Optimal configurations are selected in advance and assigned to the sub-surfaces. For each point received, the sub-area to which it belongs is determined partly by comparing the direction vector of the point with the intervals for the sub-areas and partly by means of the position coordinates in the x-direction. When the sub-surface is determined, the position, orientation and configuration are known and thus a robot instruction for machining the point can be created. An advantage of this solution is that the number of reorientations of the object relative to the tool and the number of reconfigurations of the entire robot is reduced.

Uppfinningen är inte begränsad till de visade utföringsformerna utan kan varieras och modifieras inom ramen för de efterföljande kraven. Exempelvis är bearbetningsverktyget i ovanstående utfö- ringsexempel ett fräsverktyg, men bearbetningsverktyget kan gi- vetvis vara något annat verktyg i en annan tillämpning.The invention is not limited to the embodiments shown but can be varied and modified within the scope of the appended claims. For example, the machining tool in the above embodiment is a milling tool, but the machining tool can of course be some other tool in another application.

Det är även möjligt att sätta upp flera stationära verktyg för att bearbeta arbetstycket i flera steg fram till det färdiga objektet.It is also possible to set up several stationary tools for machining the workpiece in several steps up to the finished object.

Exempelvis kan det förutom fräsverktyget finnas uppbyggda sta- tioner med verktyg för slipning, borrning och målning av objektet. l en sådan tillämpning lagras värdena från databehandlingsmed- let 3 i robotens styrsystem och används för att ta fram lägesin- struktioner för att kunna styra roboten och därmed bearbetningen av objektet vid varje station. Bearbetningen i den första stationen 10 15 20 25 30 525 235 10 sker huvudsakligen on-line, d.v.s. samtidigt som värdena matas från databehandlingsmedlet 3 till robotens styrsystem. Vid bear- betningen av arbetsstycket vid de andra stationerna används samma värden, varvid dessa värden hämtas från robotens styr- system istället.For example, in addition to the milling tool, there may be built-up stations with tools for grinding, drilling and painting the object. In such an application, the values from the data processing means 3 are stored in the robot's control system and are used to produce position instructions in order to be able to control the robot and thus the processing of the object at each station. The processing in the first station 10 15 20 25 30 525 235 10 takes place mainly on-line, i.e. at the same time as the values are fed from the data processing means 3 to the robot's control system. When machining the workpiece at the other stations, the same values are used, whereby these values are retrieved from the robot's control system instead.

Objektet som önskas skapas behöver inte nödvändigtvis vara en direkt kopia av det inscannande föremålet, utan objekt kan ex- empelvis innefatta en yta som ska motsvara någon yta hos det inscannade föremålet. En tillämpning där det uppfinningsenliga arrangemanget lämpar sig särskilt väl är i samband med skapan- det av individuella objekt där varje objekt är unikt. Exempelvis i samband med tillämpningar där det inscannade objektet är en del av människokroppen och det skapade objektet är avsett för att användas av just den person, vars kroppsdel har scannats in.The object that is desired to be created does not necessarily have to be a direct copy of the scanned object, but objects may, for example, comprise a surface that is to correspond to some surface of the scanned object. An application where the arrangement according to the invention is particularly well suited is in connection with the creation of individual objects where each object is unique. For example, in connection with applications where the scanned object is part of the human body and the created object is intended for use by the person whose body part has been scanned.

Det skapade föremålet erhåller därmed en form som är specifikt anpassad till just den personen. En sådan tillämpning ställer ännu högre krav på flexibilitet än en tillämpning där en stor serie av exakt lika objekt ska framställas.The created object thus acquires a shape that is specifically adapted to that particular person. Such an application places even higher demands on flexibility than an application where a large series of exactly the same objects are to be produced.

I ett annat utföringsexempel kan bearbetningsverktyget monteras på roboten och arbetsstycket anordnas stationärt i förhållande till roboten, varvid bearbetningsverktygets position och vinkel i för- hållande till arbetsstycket styrs av robotens rörelser. Detta ut- förande är fördelaktigt om arbetsstycket är tungt för roboten att hantera och verktyget har en väsentligt lägre vikt än arbetsstyck- et.In another embodiment, the machining tool can be mounted on the robot and the workpiece is arranged stationary in relation to the robot, the position and angle of the machining tool in relation to the workpiece being controlled by the movements of the robot. This design is advantageous if the workpiece is heavy for the robot to handle and the tool has a significantly lower weight than the workpiece.

Framtagningen av robotinstruktioner behöver inte ske i robotens styrsystem utan kan även ske i en extern dator.The production of robot instructions does not have to take place in the robot's control system but can also take place in an external computer.

Claims

10 15 20 25 30 35 525 235 11 Patent application no. 0200070-1 New claims PATENT CLAIMS

A method of producing a three-dimensional object from a series of values each corresponding to the position of a point on the surface of the object, said series of values being derived from data obtained by scanning the surface of an object with a shape which at least partially corresponds to the shape of said object characterized by the method comprises transforming the series of values into position instructions for an industrial robot (2) with at least five axes, said transformation comprising determining the configuration of the robot, the movements of the robot is controlled in accordance with the position instructions so that the robot, in cooperation with a machining tool (5), performs a machining of a workpiece (6), whereby the three-dimensional object is produced.

Method according to claim 1, characterized in that the surface of the object is divided into a number of sub-surfaces, each sub-surface is assigned a pre-selected configuration and the configuration of the robot is determined depending on said pre-selected configurations.

Method according to claim 1, characterized in that the configuration of the robot is determined in dependence on a predetermined prioritization of one or more axes of the robot.

Method according to any one of the preceding claims, characterized in that for at least the majority of the points a vector is calculated which corresponds to an optimal angle between the machining tool (5) and the workpiece (6) during machining and that the series of values together with said vectors transformed into position instructions for the robot. 10 15 20 25 30 35 525 235 12

Method according to claim 4, characterized in that the optimal angle between the machining tool and the workpiece during machining is substantially 90 °.

Method according to claim 4 or 5, characterized in that said vector is calculated for a point based on the value corresponding to the position of the point and the values corresponding to the positions of at least two surrounding points.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (6) is mounted on the robot (2) and the machining tool (5) is arranged stationary, the position and angle of the workpiece in relation to the stationary machining tool being controlled by the robot. movements.

Method according to claim 7, characterized in that a second machining tool of a different type than the first machining tool is arranged stationary in relation to the robot and the movements of the robot are controlled in accordance with the position instructions so that the workpiece is machined first in cooperation with the first work tool and then in collaboration with the second work tool, whereby the three-dimensional object is produced.

Arrangement for producing a three-dimensional object from a series of values each corresponding to the position of a point on the surface of the object, the arrangement comprising a scanner (1) for producing the series of values from the three-dimensional object (8). surface, a machining tool (5) adapted to machin a workpiece (6) and actuators for maneuvering the machining of the workpiece by the tool in dependence on said series of values so that the three-dimensional object is produced, characterized in that said actuator comprises an industrial robot (2 ) with at least five axes (Ai-AG) and transforming means (10) for transforming said series of values into position instructions for the axes of the robot, the transforming means being arranged to determine the configuration of the robot, the robot being arranged for to perform movements in accordance with the family instructions and that in cooperation with the machining tool ( 5) perform said machining of the workpiece.

Arrangement according to claim 9, characterized in that the transforming means is designed so as to determine the configuration of the robot in dependence on predetermined surfaces of the object and preselected configurations for the partial surfaces.

Arrangement according to claim 9, characterized in that the transforming means is designed so as to determine the configuration of the robot in dependence on a predetermined prioritization of one or more axes of the robot.

Arrangement according to claim 9, characterized in that said actuator comprises calculating means (3) for calculating, for at least some of the values in the series, the direction which the machining tool must have in order for its angle relative to the surface of the workpiece to at the point should be optimal during processing, and that said transforming means (10) is arranged to transform said calculated directions together with said series of values into position instructions for the axes of the robot.

Arrangement according to claim 10, characterized in that said calculating means is arranged to calculate the direction which the machining tool must have so that its angle in relation to the surface of the workpiece at the point is substantially 90 °.

Arrangement according to claim 10, characterized in that said calculating means (3) is arranged to calculate said direction in dependence on the value corresponding to the position of the point and the values corresponding to the positions of at least two surrounding points.

Arrangement according to one of Claims 9 to 14, characterized in that the robot (2) is arranged to support the workpiece (6) and the machining tool (5) is arranged stationary in relation to the robot. 10 525 2335 14

Arrangement according to claim 15, characterized in that it comprises a number of different machining tools arranged stationary in relation to the robot and that the robot is arranged so that it in cooperation with each of the machining tools performs different types of machining of the workpiece, wherein it the three-dimensional object is produced.

Use of an industrial robot to produce a three-dimensional object from a series of values each corresponding to the position of a point on the surface of the object, the series of values being produced from data obtained by scanning the surface of a objects with a shape which at least partially corresponds to the shape of said object.