WO2004106149A1 - Palpation system for insertion of windows in vehicles - Google Patents

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WO2004106149A1
WO2004106149A1 PCT/ES2004/000248 ES2004000248W WO2004106149A1 WO 2004106149 A1 WO2004106149 A1 WO 2004106149A1 ES 2004000248 W ES2004000248 W ES 2004000248W WO 2004106149 A1 WO2004106149 A1 WO 2004106149A1
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WO
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robot
probe
points
tool
base
Prior art date
Application number
PCT/ES2004/000248
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Spanish (es)
French (fr)
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WO2004106149A8 (en
Inventor
José Julio MOYA GARCIA
Albert Redo Sanchez
Original Assignee
Asm-Dimatec Ingenieria, S.A.
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 Asm-Dimatec Ingenieria, S.A. filed Critical Asm-Dimatec Ingenieria, S.A.
Publication of WO2004106149A1 publication Critical patent/WO2004106149A1/en
Publication of WO2004106149A8 publication Critical patent/WO2004106149A8/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D65/00Designing, manufacturing, e.g. assembling, facilitating disassembly, or structurally modifying motor vehicles or trailers, not otherwise provided for
    • B62D65/02Joining sub-units or components to, or positioning sub-units or components with respect to, body shell or other sub-units or components
    • B62D65/06Joining sub-units or components to, or positioning sub-units or components with respect to, body shell or other sub-units or components the sub-units or components being doors, windows, openable roofs, lids, bonnets, or weather strips or seals therefor
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/16Programme controls
    • B25J9/1679Programme controls characterised by the tasks executed

Definitions

  • the objective is to obtain a system that is able to determine the position of insertion of the crystals and make corrections in position and orientation with respect to a reference position.
  • This position determination should be done by measuring the position of the edges of the insertion zone with a mechanical system that will be called a probe.
  • This probe must go to certain positions and measure the deviation of the edge from the position determined as a pattern. According to this deviation, the system must be able to generate a correction so that the robot correctly inserts the glass with a maximum overall error of 0.5mm.
  • the probes are mounted on the flange of a 6-axis robot.
  • a 6-axis robot is constituted by an articulated mechanical structure with a support base to hold the robot to the ground and a flange at the end on which a tool can be mounted.
  • Each of the 6 joints, or axles, is controlled by a servomotor.
  • the set of servomotors, control input / output signals and Power is controlled by a specific electrical cabinet for each type of robot, in which the control unit for programming it also resides.
  • Contact positioning systems are widely used for the determination of position in 2 dimensions and angle of rotation in what is known as 2 and a half dimensions correction.
  • FIG. 1 shows the conversion of the positioning of the 6 axes (right) to a Cartesian coordinate system (left) using the control unit (center).
  • FIG. 3 shows the displacement of the reference R 'to position R ". To maintain the same relative position between R' and Z, the latter reference must be moved to position Q.
  • FIG. 4 schematically shows the definition of the insertion tool or TCPI using the calibration table.
  • FIG. 7 shows the transformation of the readings of the probes to the coordinate system of the TCPI and from this, through the position and orientation of the point, they are transformed to the coordinate system of the insertion base.
  • FIG. 8 shows a perspective view of the probe assembly, where reference is made to the detector support, the rack axis, the gear shaft, the detection cam, the guide, the arm plate as well as the upper and lower plates and the motherboard of the probe set.
  • FIG. 9 schematically shows the approach of the probe of the second preferred embodiment, in which the detection movement is intended to be directly associated with the movement of the encoder in order to eliminate hysteresis.
  • FIG. 10 shows the measurement model of the probe of FIG. 9.
  • FIG. 11 has two views (front and top) of the probe used in the second preferred embodiment of the present invention in the resting state.
  • FIG. 12 is a flow chart of the program that runs on the CPU and it shows the measurement process as a succession of more basic processes.
  • the robot takes the initiative and the PC, or is in a waiting state, or responds to the robot's requests confirming it conveniently.
  • FIG. 13 is a flow chart of the program running on the CPU and it shows the process of selecting a base. If the previous processes are correct, the PC responds to the robot's new requests, otherwise the robot reaches a maximum timing and the general process must be restarted from the beginning.
  • the palpation system consists of a six-axis robot, probes and specific software that, through algorithms and transformation functions, is able to determine the position of the insertion of the crystals and perform the correction in position and orientation with respect to a previously predetermined reference position.
  • a 6-axis robot is constituted by an articulated mechanical structure with a support base to hold the robot to the ground and a flange at the end on which a tool can be mounted.
  • Each of the 6 joints, or axles, is controlled by a servomotor.
  • the set of servomotors, control input / output signals and power is controlled by a specific electrical cabinet for each type of robot, in which the control unit for programming it also resides.
  • the movement is done by synchronizing the rotation regime of each of the six axes that make up the robot.
  • These six axes form a set of independent parameters, within the mechanical limitations, that allow to position and orient an object subject to the robot's flange and that correspond to the 6 parameters that determine the orientation (Euler's angles) and position (translation ) in a Cartesian reference system.
  • the robot performs, through the control unit, the conversion between one type of reference and the other.
  • FIG. 1 there is a correspondence between the parameters of the robot (A1, A2, A3, A4, A5, A6) and the definition of a point in a Cartesian system with the parameters of position (x, y, z) and rotation (A , B, C).
  • the function of a robot is to move a tool attached to it in a defined path by means of specific points referenced with respect to a base. Consequently, the basic elements of a robot, as far as movement parameters are concerned, are bases, tools and points. The bases, tools and points store information about the position and orientation allowing the joint operation of the three elements in the programming of the trajectories.
  • Universal coordinate system it is a fixed and unique coordinate system in one place (it does not move with the movement of the robot), and it serves as a generic coordinate system for an installation (robot, tool for receiving a piece, tool , etc.). In this way, it serves as a common Cartesian coordinate system for both the robot system and also for the peripherals of the installation. This system is also often called the robot world.
  • Robot coordinate system it is a unique coordinate system that is located at the base of the robot and serves as a reference coordinate system for the mechanical structure of the robot. This reference system cannot be redefined and is determined by the manufacturer. Normally this system matches the universal coordinate system.
  • the tool coordinate system is a coordinate system that moves with the robot as it is defined fixed to the robot flange.
  • This reference system is also often called TCP (from the English tool center poinf).
  • TCP from the English tool center poinf
  • At least the flange itself is defined, which cannot be changed and is determined at the factory. From it you can define more depending on the number of tools to handle.
  • the position and orientation parameters of the tools that are programmed refer to the TCP of the flange.
  • the paths are made by interpolation between previously programmed points.
  • This interpolation can be of different types, the most common being the point-to-point, linear and circular interpolation.
  • the information saved by a point is the position and orientation of a particular tool with respect to a specific base, that is, each point has a TCP and a base associated. It does not make sense to define points in the space if it is not specified which tool will be positioned and from which base this position and orientation will be taken.
  • the object of the present invention is to provide a system capable of determining the position of the body of a car during the automatic glass bonding process by performing the correction in position and orientation with respect to a reference position.
  • Mathematical algorithms allow these corrections to be made by relating the position of different points in space through formulas since the points in space can be defined in position and rotation with respect to different reference systems.
  • a reference system with three points that are not aligned can be determined. For this it is necessary to first have an initial reference system on which to reference these points.
  • a reference system is determined from three non-aligned points P1, P2 and P3 that we could associate with the above mentioned standard points with respect to an initial reference system Z that we define as the insertion base.
  • FIG. 3 has the orientation and position of a system R 'with respect to Z, or what is the same the standard measurement points with respect to a predetermined reference system that we have called the insertion base.
  • the palpation system of the invention will provide the robot with the vector c and the orientation (A, B, C) of Q with respect to Z, so that it can be applied on the insertion base and thus correct the insertion path that had been predetermined in the event that points P1, P2 and P3 did not have displacement.
  • the palpation system of the invention consists of the following parts: • Reference and calibration tool.
  • the reference tool is very important as it allows defining the parameters of the insertion tool (or TCPI) that will be used in a repeatable way. This is necessary in the case where the work tool suffers a collision or breakage and a new one must be installed if the current one cannot be repaired. It is also useful to periodically verify that the tool maintains the geometry since there may be cases of mismatches due to the loosening of screws and fasteners over time. In some way this tool is like a negative mold of what the manipulation, measurement and insertion tool or spider has to be.
  • the TCPI is defined to ensure that the insertion is always performed with the same relative position between spider and crystal.
  • a reference base is defined on the calibration table, as shown in FIG. 4, which will always be the same for subsequent recalibrations.
  • the calibration process of the insertion tool or TCPI can be started. What is intended is to define position and orientation of the reference base such as the position and orientation of the TCPI when it is calibrated, that is, it will be forced that the position and orientation of the TCPI with respect to the base of the robot or the world is the same as that of the base of reference, or in other words, that the TCPI and the reference base coincide in the reference position.
  • position and orientation of the reference base such as the position and orientation of the TCPI when it is calibrated, that is, it will be forced that the position and orientation of the TCPI with respect to the base of the robot or the world is the same as that of the base of reference, or in other words, that the TCPI and the reference base coincide in the reference position.
  • TCP which we call TCPI.
  • the TCPI is linked to the robot's flange but cannot be "touched", it is a virtual tool. Unlike the coordinate system associated with the probe, it can be touched since it is associated with the geometry and directions of movement of the probe.
  • the arrow indicates the movement of the robot from the calibration position, in which the TCPI and the reference base overlap.
  • the probe position and orientation are programmed as if it were a robot tool, so the position and orientation parameters will be referenced with respect to the robot flange.
  • the tool may have more than one probe, in which case the position of each one must be calibrated.
  • W TCPI and S TCP I being the position and orientation of the TCPI determined as discussed above.
  • the insertion base and measurement points must be defined. Although it is not necessary, it is advisable to define a base on the framework to be corrected in order to facilitate the identification of the measurement points and better interpret the corrections provided by the system, which will be given with respect to this base.
  • the bases are always defined with respect to the world of the robot.
  • the TCPI is referenced with respect to the world and moves to the position that is considered a standard or zero position.
  • the parameters (X, Y, Z) and (A, B, C) obtained must be memorized by the robot and by the calculation application.
  • the program automatically retrieves these parameters from the robot if it is in calibration mode, as shown in FIG. 6.
  • at least three measurement points must be defined in order to apply the above and related to FIGS. 2 and 3. More points could be defined to make a better position adjustment by means of optimal adjustment algorithms, but this would be recommended for parts that deviate greatly from the flat geometry.
  • the measurement process can be carried out, which serves both to define the standard position and for the successive measurements of the deviations from it.
  • the process is the following:
  • the TCPl is moved to the position and orientation defined by the measurement point / ' . > 2.
  • the probe reading ü 'referenced with respect to the probe's own coordinate system is obtained.
  • the insertion path must always be referenced using the corresponding insertion base and the TCPl as a tool. Once this path is defined on this base, it will remain linked to it, so if the base moves, the path will move with it. This is precisely what the correction will do: it will move the base as necessary for the insertion of the crystals to adjust to the new position of the body. For this, what the system will do is follow the position of the TCPC, always measuring on the defined measurement bases.
  • a probe is generically described as a device that is capable of determining a position by physical contact with the object to be positioned.
  • the position of the edge it is necessary to determine the position of the edge to be measured in a coordinate system of at least 2 dimensions. This coordinate system must be associated in some way with the geometry of the probe movement.
  • the first system that can occur to one is an XY system in which the two axes of motion correspond to the coordinate pair.
  • this XY system one of the axes slides over the other with a relative rotation of 90 °. Both have a linear movement that determines the measurement range.
  • Each of these axes is associated with one of the XY coordinate axes.
  • FIG. 8 shows the probe used in a first preferred embodiment where a support plate (1) can be seen where the probe is attached to the robot's flange, the two longitudinal carriages (2, 4) mounting one above the other at 90 ° by the displacement mechanism (3) and the encoder (10) associated with the longitudinal carriage (2) having a cylindrical shape.
  • the other longitudinal carriage has another encoder associated.
  • These encoders are rotary and have 2500 pulses per turn, so that linear movements are converted to rotary movements by means of a rack system.
  • the pulses of the encoder movements are sent to the Control Unit to calculate the position of the point being measured.
  • the measurement process is initiated by the robot, which, through its flange conveniently attached to the probe, moves the contact cam (6) until it touches the predetermined point.
  • the contact cam (6) is made of plastic so as not to damage the body, but in addition the probe has a damage protection system based on an inductive sensor (11) associated with a stopper tongue (12) and an inductive sensor (7 ) associated with another hidden tab (not shown in the figure).
  • the function of these inductors is to detect metal objects at a certain distance, and if the minimum threshold distance has been reached, the movement is stopped by sending a signal to the control unit.
  • the robot takes said cam (6) to the standard position of that point since said position is obtained and memorized when the calibration process was performed.
  • This last movement is transmitted from the cam (6) to the aluminum extender (5), and from this to the longitudinal carriages (2) and (4).
  • the movement of the carriage (2) is transmitted by the toothed guide (8) to the axis (9) of the encoder (10) which will send the appropriate impulses to the Control Unit.
  • the movement of the carriage (4) is transmitted by a toothed guide (not shown) to the axis (not shown) of its corresponding encoder (not shown) by sending said encoder the appropriate impulses to the Control Unit.
  • FIGS. 9 and 10 show a second preferred embodiment of the probe, in which the detection movement is directly associated with the movement of the encoder with the aim of eliminating the hysteresis produced by the zipper of the probe of the first embodiment.
  • FIG. 9 shows the approach of the second preferred embodiment of the probe As already stated the objective of this design is to eliminate hysteresis of the rack system and also reduce the dependence of the volume on the path.
  • This set consists essentially of:
  • FIG. 10 shows the measurement model of this second probe design in which points (Ti) are determined in the plane and the direction of the edges (Wi) with respect to the reference points (Pi).
  • the points W1, W2 and W3 determine a plane ⁇ P and the points Ti belong to said plane and are the points that are located on the edge of the frame to be positioned; therefore, these points will be the ones that will be used to determine the reference to follow.
  • the coordinates of these points must be passed to a common reference for all of them, since the parameters of the probes are given in their own coordinate system. To measure these parameters, the origin O of the probe will be placed on the points Pi.
  • both the equation of the plane ⁇ P and the equations of the lines that pass through the points Pi and Ti can be calculated.
  • the points Ti are at the intersection of said plane with said lines, we will easily have the coordinates of the three points Ti and once these points Ti can be determined the standard reference and the specific reference in a given position of insertion.
  • the palpation system of the invention will provide the robot with this data to apply the appropriate corrections on the insertion base and thus correct the insertion path that had been predetermined in the event that the T ⁇ points T 2 and T 3 had no displacement.
  • FIG. 11 shows the front and top views of the probe of the second preferred embodiment that makes measurement possible according to the theory set forth in the preceding paragraphs and related to FIGS. 9 and 10.
  • the contact rod (22) moves over the car body by means of a wheel (23) and rotates on the axle (24) to transmit its movement to the encoder (25).
  • the vertical movement of the measuring rod (26) is done so as not to damage the car body by exerting slight pressure with the spring (27), which is held by the head of the spring (28).
  • the rotation movement is done when it reaches the edge of the body and transmits it via the axis (29) to the encoder (30).
  • the probe of the second preferred embodiment has protective mechanisms such as induction detectors (31) and (32), located in the detector holder (33), and the cams of position (34) and (35) of induction detectors.
  • the speed with which the measurement and insertion process is carried out is an important factor since productivity depends on it.
  • the measurement data is sent from the robot to a control unit integrated in a PC in which, using specific software, the appropriate corrective calculations are performed. Once these calculations are ready, the PC sends the appropriate commands to the robot to correct the insertion path.
  • the robot-PC communication procedure will be described below.
  • the robot acts as a master and the slave PC, that is, the robot is the one who takes the initiative and tells the PC what to do. This is done by sending service request messages or SROs which are answered with acknowledgment messages or ACK.
  • SROs service request messages
  • ACK acknowledgment messages
  • the robot waits for this confirmation for a limited time or timing after which it considers that there is an error if no response has been received.
  • the messages involved are: • SRQ: request • ACK: recognition
  • the flow chart shown in FIG. 12 shows the general process that includes a series of chained procedures. These procedures will be described in more detail in the following figures.
  • the robot When the robot is above the measurement start point, it sends the request request for measurement (SRQ_STM) to the PC, which is in the waiting state.
  • the PC must answer before a certain time that it has received the measurement start request, responding with the ACK_STM command in which it will include data on the basis and points to be measured; otherwise, if the timing expires, the robot interprets that the PC is busy and must start the process again.
  • the robot performs the actions of Base selection, measurement of programmed points and after the measurement of the last programmed point it will request the PC to correct the trajectory. Meanwhile, the PC has been in the waiting state to receive the data from the robot each time one of the sequential operations it performs is completed. If, on the other hand, the PC does not answer before the timing that it has received the measurement start request with the ACK_STM command, an interrupt appears that indicates to the robot that the request has not been answered SRQ_NOK generating a new command to the PC ACK_NOK which puts it on hold.
  • the flow chart of FIG. 13 shows the process of selecting a base. If the previous processes are correct, the PC responds to the robot's new requests, otherwise if the timing expires, the general process must be restarted from the beginning.
  • the diagram shows that when the PC responds with the recognition command to the request of the measuring start robot, the robot then makes the request for parameters of a certain base B (SRO_BSI), and as we saw before, if the timing does not expire, the PC will send the appropriate parameters with the ACK_STM command so that the robot is positioned at measuring point # 1, and if the timing expires, as we saw before, a interruption that indicates to the robot that the request has not been answered SRQ_NOK generating a new command to the PC ACK_NOK that puts it in a waiting state.
  • SRO_BSI base B
  • the flow chart of FIG. 14, shows the process of measuring a point P of the base B.
  • the flow chart of FIG. 15, shows the request process by the robot of the correction generated by the PC based on the readings of the probes on the measuring points. If all the programmed points have been measured without any incident, the robot sends the correction request command ⁇ SRO_COR> to the PC, which produces the correction calculation in the PC by applying the appropriate mathematical formulas to the data acquired during the process. Once the PC has calculated the correction, it returns the correction recognition command ⁇ ACK_COR>, which includes the parameters for position correction X, Y, Z and rotation correction A, B, C. From here the robot saves the data that it will use in the insertion, generates the command of end of transmission to the PC ⁇ SRQ_EOT> and is in the state of end of measurement.
  • the PC when receiving the end of transmission command is in the waiting state. If during the entire correction request process the timing ends, the SRQ_NOK command that produces the ACK_NOK command to the PC which puts the PC in standby state and the robot itself in the end of measurement state will be generated as previously seen .

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Abstract

The invention relates to a palpation system which can be used to determine precisely the position of the body of a car during an automatic window-mounting process in order to optimise the insertion of said windows. According to the invention, the theoretical position of the edges of the insertion zone is pre-determined. The palpation system employs a mechanical sensing device in order to detect the real position of the window insertion zone, measure the deviation between the edge of the real position and the pre-determined theoretical position, and generate correction instructions such that a robot can insert the window correctly. In addition to the insertion of windows, the inventive system can also be used to perform other processes in the assembly line such as, for example, centring the windows, positioning the cab, seats, hub-caps, etc. The invention can also be used in aeronautical and other assembly lines, and to position parts, examine contours and check components.

Description

SISTEMA DE PALPACIÓN PARA INSERCIÓN DE CRISTALES EN VEHÍCULOS PALPATION SYSTEM FOR INSERTING CRYSTALS IN VEHICLES
Objeto de la invenciónObject of the invention
El objeto de la presente invención es un sistema de palpación capaz de determinar la posición de la carrocería de un coche durante el proceso automático de pegado de cristales con el fin de realizar una inserción óptima de dichos cristales, realizando para ello la corrección en posición y orientación respecto a una posición de referencia predeterminada.The object of the present invention is a palpation system capable of determining the position of the body of a car during the automatic glass bonding process in order to perform an optimal insertion of said crystals, thereby performing the correction in position and orientation with respect to a predetermined reference position.
Esta determinación de la posición se realiza mediante una primera medición patrón de la posición de los bordes de la zona de inserción a través de un sistema mecánico, conocido como palpador. Este palpador va a una o unas posiciones determinadas y mide la desviación del borde con respecto a la posición de la medición patrón. Según esta desviación el sistema es capaz de generar una corrección para que un robot inserte correctamente el cristal. Por lo que se podría decir que este sistema dota de cierta capacidad de " visión " al robot para colocar los cristales.This position determination is made by a first standard measurement of the position of the edges of the insertion zone through a mechanical system, known as a probe. This probe goes to one or certain positions and measures the deviation of the edge with respect to the position of the standard measurement. According to this deviation, the system is capable of generating a correction so that a robot correctly inserts the glass. So it could be said that this system provides a certain ability to "see" the robot to place the crystals.
El sistema de palpación de la invención puede aplicarse no sólo a la inserción de cristales sino también a otros procesos dentro de la cadena de montaje como, por ejemplo, el centrado de los cristales, colocación de cabina, asientos, embellecedores, etc. También puede ser usado en otros mercados (por ejemplo el aeronáutico) para posicionar piezas, reconocer contornos y verificar componentes.The palpation system of the invention can be applied not only to the insertion of crystals but also to other processes within the assembly line such as, for example, the centering of the crystals, cab placement, seats, trim, etc. It can also be used in other markets (for example aeronautics) to position parts, recognize contours and verify components.
Antecedentes de la invención.Background of the invention.
La creciente automatización de los procesos de montaje en las líneas de producción de la industria del automóvil obliga a la introducción de sistemas cada vez más "inteligentes". Ya no se quiere solamente que el proceso sea lo más reproducible y controlado posible sino que también sea capaz de adaptarse a las desviaciones del entorno que puedan presentarse durante el proceso de montaje.The increasing automation of assembly processes in the production lines of the automobile industry forces the introduction of increasingly "intelligent" systems. It is no longer only wanted that the process be as reproducible and controlled as possible but also be able to adapt to the deviations of the environment that may arise during the assembly process.
Un ejemplo de esta tendencia es el control de la posición de la carrocería del coche en el proceso automático de pegado de cristales. En este proceso se requiere que el cristal se coloque sobre el marco de la carrocería con errores inferiores al milímetro. El problema es que la carrocería no siempre se encuentra en la misma posición debido a las tolerancias y holguras de la línea de transporte, tolerancias y defectos de soldadura de la carrocería, errores en el ensamblaje de la carrocería, piezas estampadas defectuosas, etc. Estos factores pueden generar una desviación de la posición de unos 10 mm.An example of this trend is the control of the position of the car body in the automatic glass bonding process. In this process it is required that the glass be placed on the body frame with errors less than a millimeter. The problem is that the bodywork is not always in the same position due to the tolerances and clearances of the transport line, tolerances and welding defects of the bodywork, errors in the assembly of the bodywork, defective stamped parts, etc. These factors can generate a position deviation of about 10 mm.
Con una desviación de esta magnitud, el proceso no es automatizable en el sentido clásico de la palabra, esto es, mediante la programación con un robot de una serie de movimientos repetitivos y programados, por lo que el proceso de inserción se realiza todavía mayoritariamente de forma manual o sem ¡automática. Esto es así porque estos milímetros de desviación pueden suponer que el cristal, que en un proceso automático clásico sería siempre colocado por el robot, no se asiente bien dentro del marco de la carrocería.With a deviation of this magnitude, the process is not automatable in the classical sense of the word, that is, by programming with a robot a series of repetitive and programmed movements, so the insertion process is still carried out mostly manual or semi automatic. This is because these millimeters of deviation can assume that the glass, which in a classic automatic process would always be placed by the robot, does not sit well within the frame of the body.
Una automatización capaz de corregir dichas discrepancias supondría una reducción en los errores que se producen con el método manual y una reducción de costes y de tiempo de fabricación. Empiezan a existir productos y tecnologías que permiten a los robots "saber" dónde está exactamente la carrocería y poder hacer así las correcciones pertinentes para insertar los cristales en la posición óptima, corrigiendo los posibles errores de posicionamiento de la línea y de la tolerancia de la soldadura.An automation capable of correcting these discrepancies would mean a reduction in errors that occur with the manual method and a reduction in costs and manufacturing time. Products and technologies begin to exist that allow the robots to "know" exactly where the body is and thus be able to make the pertinent corrections to insert the crystals in the optimal position, correcting the possible errors of positioning of the line and the tolerance of the welding.
Se han propuesto soluciones "inteligentes" basadas en visión artificial que permiten al robot "ver" dónde está el coche y evaluar cuánto se ha desplazado la carrocería respecto de su posición de referencia. Estas soluciones basadas en la visión artificial se han concentrado principalmente en la visión estereoscópica."Smart" solutions based on artificial vision have been proposed that allow the robot to "see" where the car is and assess how much the body has moved relative to its reference position. These solutions based on artificial vision have mainly focused on stereoscopic vision.
La visión artificial con iluminación con focos especiales de patrones tiene el punto débil en que es un sistema muy sensible a la luz ambiental, ya que uno de las tareas de las cámaras es reconocer el patrón de luz aplicado sobre la carrocería y localizarlo sobre la carrocería. Este patrón de luz puede ser difuminado por la luz ambiental, que es muy difícil de controlar ya que está formada por luz natural, que depende del tiempo, de la estación y de la hora de día, y de sistemas de iluminación generales tales como fluorescentes, focos de posición, etc., que pueden estar o no encendidos. El resultado es que estos sistemas van bien si las condiciones lumínicas ambientales son favorables y controlables, pero en otro caso son sistemas que no dan los resultados esperados en cuanto a fiabilidad se refiere.Artificial vision with lighting with special spotlights of patterns has the weak point in that it is a system very sensitive to ambient light, since one of the tasks of the cameras is to recognize the pattern of light applied on the body and locate it on the body . This light pattern can be blurred by ambient light, which is very difficult to control since it is formed by natural light, which depends on the weather, the season and the time of day, and general lighting systems such as fluorescent , spotlights, etc., which may or may not be on. The result is that these systems are going well if the ambient lighting conditions they are favorable and controllable, but in another case they are systems that do not give the expected results as far as reliability is concerned.
Otros sistemas de visión artificial se basan en sistemas de iluminación con fuentes láser, con lo que se reduce el problema de la interferencia de la luz ambiental. El problema de estos sistemas es su alto coste y su eventual peligrosidad para el personal de mantenimiento en la manipulación inadecuada de los rayos láser.Other artificial vision systems are based on lighting systems with laser sources, which reduces the problem of interference from ambient light. The problem with these systems is their high cost and their eventual danger to maintenance personnel in the inadequate handling of laser beams.
Existen numerosos y variados dispositivos comerciales capaces de detectar desplazamientos con una resolución y precisión excelente, pero tienen la limitación de detectar estos movimientos sólo en una dirección longitudinal o en una dirección angular.There are numerous and varied commercial devices capable of detecting displacements with excellent resolution and precision, but they have the limitation of detecting these movements only in a longitudinal direction or in an angular direction.
En definitiva, los sistemas empleados actualmente no son capaces de generar una corrección fiable cuando se produce una desviación en la posición de la carrocería, lo que se soluciona con la presente invención, que se basa en la utilización de dispositivos que permitan determinar la posición y orientación de un punto en el espacio a partir de la medición de diversos puntos en su plano de medición.In short, the systems currently used are not capable of generating a reliable correction when there is a deviation in the body position, which is solved with the present invention, which is based on the use of devices that allow determining the position and orientation of a point in space from the measurement of various points in its measurement plane.
Descripción básica de la invención.Basic description of the invention.
El objetivo es obtener un sistema que sea capaz de determinar la posición de inserción de los cristales y realizar correcciones en posición y orientación respecto de una posición de referencia. Esta determinación de la posición se debe realizar mediante la medición de la posición de los bordes de la zona de inserción con un sistema mecánico que se llamará palpador. Este palpador deberá ir a unas posiciones determinadas y medir la desviación del borde respecto a la posición que se determine como patrón. Según esta desviación el sistema deberá ser capaz de generar una corrección para que el robot inserte correctamente el cristal con un error global máximo de 0.5mm.The objective is to obtain a system that is able to determine the position of insertion of the crystals and make corrections in position and orientation with respect to a reference position. This position determination should be done by measuring the position of the edges of the insertion zone with a mechanical system that will be called a probe. This probe must go to certain positions and measure the deviation of the edge from the position determined as a pattern. According to this deviation, the system must be able to generate a correction so that the robot correctly inserts the glass with a maximum overall error of 0.5mm.
Los palpadores se montan en la brida de un robot de 6 ejes. Un robot de 6 ejes está constituido por una estructura mecánica articulada con una base de apoyo para sujetar el robot al suelo y una brida al final en la que se puede montar una herramienta. Cada una de las 6 articulaciones, o ejes, está controlada por un servomotor. El conjunto de servomotores, señales de entrada / salida de control y alimentación se controla mediante un armario eléctrico específico para cada tipo de robot, en el que también reside la unidad de control para la programación del mismo.The probes are mounted on the flange of a 6-axis robot. A 6-axis robot is constituted by an articulated mechanical structure with a support base to hold the robot to the ground and a flange at the end on which a tool can be mounted. Each of the 6 joints, or axles, is controlled by a servomotor. The set of servomotors, control input / output signals and Power is controlled by a specific electrical cabinet for each type of robot, in which the control unit for programming it also resides.
Los sistemas de posicionamiento por contacto se utilizan mucho para la determinación de posición en 2 dimensiones y ángulo de giro en lo que se conoce como corrección de 2 dimensiones y media.Contact positioning systems are widely used for the determination of position in 2 dimensions and angle of rotation in what is known as 2 and a half dimensions correction.
Para determinar el ángulo de giro se utilizan codificadores. Un codificador es un dispositivo con un eje rotatorio que incorpora un sistema electrónico que genera impulsos a medida que el eje gira. Estos impulsos son contados por una tarjeta de adquisición especial y se puede determinar así el ángulo de giro a partir de los impulsos por vuelta del palpador, lo cual es un parámetro del dispositivo. Típicamente, los impulsos por vuelta de un codificador pueden ir desde 500 hasta 15000, dependiendo de la resolución de ángulo que se precise.Encoders are used to determine the angle of rotation. An encoder is a device with a rotating shaft that incorporates an electronic system that generates pulses as the shaft rotates. These pulses are counted by a special acquisition card and thus the rotation angle can be determined from the pulses per turn of the probe, which is a parameter of the device. Typically, the pulses per turn of an encoder can range from 500 to 15,000, depending on the required angle resolution.
Un palpador es un concepto mecánico que consiste en un dispositivo de medición bidimensional capaz de determinar la posición y orientación de un punto en el espacio a partir de la medición de diversos puntos en su plano de medición.A probe is a mechanical concept that consists of a two-dimensional measuring device capable of determining the position and orientation of a point in space from the measurement of various points in its measurement plane.
El palpador se sitúa sobre una estructura mecánica sujeta a un robot que lo lleva a una posición predefinida en la que entra en contacto con el contorno del marco a posicionar. En función de la desviación de, como mínimo, tres puntos del borde del marco respecto a una posición patrón, se puede recalcular la nueva posición y orientación del marco. Estas correcciones se transmiten al robot que realiza la inserción teniendo en cuenta esta nueva posición.The probe is placed on a mechanical structure attached to a robot that takes it to a predefined position where it comes into contact with the contour of the frame to be positioned. Depending on the deviation of at least three points of the edge of the frame from a standard position, the new position and orientation of the frame can be recalculated. These corrections are transmitted to the robot that performs the insertion taking into account this new position.
Básicamente se desarrolla un software de cálculo, control y medición en 3D, en el que se incorporan algoritmos de reconstrucción de bordes en 3D y algoritmos de generación de correcciones y optimización de posición. Los algoritmos se basan en el teorema matemático según el cual todo cambio de sistema de referencia se puede expresar como la composición de una translación más una rotación. Ahora bien, este teorema se debe particularizar para el sistema de palpación.Basically, a 3D calculation, control and measurement software is developed, in which 3D edge reconstruction algorithms and correction and position optimization algorithms are incorporated. The algorithms are based on the mathematical theorem according to which any change of reference system can be expressed as the composition of a translation plus a rotation. Now, this theorem must be particularized for the palpation system.
Para el control también se desarrolla un protocolo de comunicación específico con el robot, el cual mediante los algoritmos anteriormente dichos generará las correcciones apropiadas. Este protocolo incluye un terminal que incluye pantalla y teclado de ordenador lo cual hace fácil y sencillo el manejo de las operaciones pertinentes, tales como la definición de la herramienta de inserción o "TCPI", la calibración de la herramienta de medición o "TCPM", la definición de la base de inserción, la definición de la trayectoria de medición y la definición y corrección de la trayectoria de inserción. Todas ellas se verán en detalle en la descripción preferente de la invención.A specific communication protocol with the robot is also developed for the control, which by means of the aforementioned algorithms will generate the appropriate corrections. This protocol includes a terminal that includes a screen and keyboard computer which makes it easy and simple to handle the relevant operations, such as the definition of the insertion tool or "TCPI", the calibration of the measuring tool or "TCPM", the definition of the insertion base, the definition of the measurement path and the definition and correction of the insertion path. All of them will be seen in detail in the preferred description of the invention.
Breve descripción de los dibujos.Brief description of the drawings.
La FIG. 1 muestra la conversión del posicionamiento de los 6 ejes (derecha) a un sistema de coordenadas cartesianas (izquierda) mediante la unidad de control (centro).FIG. 1 shows the conversion of the positioning of the 6 axes (right) to a Cartesian coordinate system (left) using the control unit (center).
La FIG. 2 muestra la generación de una referencia R' a partir de los puntos P1 , P2 y P3, en donde P0 es el origen de R'.FIG. 2 shows the generation of a reference R 'from points P1, P2 and P3, where P0 is the origin of R'.
La FIG. 3 muestra el desplazamiento de la referencia R' a la posición R". Para mantener la misma posición relativa entre R' y Z, ésta última referencia debe desplazarse hasta la posición Q.FIG. 3 shows the displacement of the reference R 'to position R ". To maintain the same relative position between R' and Z, the latter reference must be moved to position Q.
La FIG. 4 muestra de forma esquemática la definición de la herramienta de inserción o TCPI mediante la mesa de calibración.FIG. 4 schematically shows the definition of the insertion tool or TCPI using the calibration table.
La FIG. 5 muestra la calibración del palpador como herramienta del robot, y en ella se ve que el TCPI queda ligado a la brida del robot pero no se puede "tocar", es una herramienta virtual. El sistema coordenado asociado al palpador sí que se puede tocar ya que está asociado a la geometría y direcciones de movimiento propias del palpador. La flecha indica el desplazamiento del robot desde la posición de calibración, en la que el TCPI y la base de referenciación se superponen.FIG. 5 shows the calibration of the probe as a robot tool, and it shows that the TCPI is linked to the robot's flange but cannot be "touched", it is a virtual tool. The coordinate system associated with the probe can be touched since it is associated with the geometry and directions of movement of the probe. The arrow indicates the movement of the robot from the calibration position, in which the TCPI and the reference base overlap.
La FIG. 6 muestra de forma esquemática la definición de la base de inserciónFIG. 6 schematically shows the definition of the insertion base
La FIG. 7 muestra la transformación de las lecturas de los palpadores al sistema coordenado del TCPI y de éste, mediante la posición y orientación del punto, se transforman al sistema coordenado de la base de inserción. La FIG. 8 muestra una vista en perspectiva del conjunto palpador, donde se hace referencia al soporte detector, al eje cremallera, al eje de engranaje, a la leva de detección, a la guía, a la pletina brazo así como a las placas superior e inferior y la placa base del conjunto palpador.FIG. 7 shows the transformation of the readings of the probes to the coordinate system of the TCPI and from this, through the position and orientation of the point, they are transformed to the coordinate system of the insertion base. FIG. 8 shows a perspective view of the probe assembly, where reference is made to the detector support, the rack axis, the gear shaft, the detection cam, the guide, the arm plate as well as the upper and lower plates and the motherboard of the probe set.
La FIG. 9 muestra esquemáticamente el planteamiento del palpador de la segunda realización preferida, en el que se intenta que el movimiento de detección se asocie directamente con el movimiento del codificador con el objetivo de eliminar la histéresis.FIG. 9 schematically shows the approach of the probe of the second preferred embodiment, in which the detection movement is intended to be directly associated with the movement of the encoder in order to eliminate hysteresis.
La FIG. 10 muestra el modelo de medición del palpador de la FIG. 9.FIG. 10 shows the measurement model of the probe of FIG. 9.
La FIG. 11 presenta dos vistas (frontal y superior) del palpador utilizado en la segunda realización preferida de la presente invención en estado de reposo.FIG. 11 has two views (front and top) of the probe used in the second preferred embodiment of the present invention in the resting state.
La FIG. 12 es un diagrama de flujo del programa que se ejecuta en la CPU y en ella se muestra el proceso de medición como una sucesión de procesos más básicos. El robot lleva la iniciativa y el PC, o bien se encuentra en estado de espera, o bien responde a las peticiones del robot confirmándolo convenientemente.FIG. 12 is a flow chart of the program that runs on the CPU and it shows the measurement process as a succession of more basic processes. The robot takes the initiative and the PC, or is in a waiting state, or responds to the robot's requests confirming it conveniently.
La FIG. 13 es un diagrama de flujo del programa que se ejecuta en la CPU y en ella se muestra el proceso de selección de una base. Si los procesos anteriores son correctos el PC responde a las nuevas peticiones del robot, en caso contrario el robot llega a una temporización máxima y se debe reiniciar otra vez el proceso general desde el inicio.FIG. 13 is a flow chart of the program running on the CPU and it shows the process of selecting a base. If the previous processes are correct, the PC responds to the robot's new requests, otherwise the robot reaches a maximum timing and the general process must be restarted from the beginning.
La FIG. 14 es un diagrama de flujo del programa que se ejecuta en la CPU y en ella se muestra el proceso de medición de un punto. Hay que tener presente si el punto que se ha medido es el último o no, ya que en caso de ser el último hay que salir del bucle de medición y realizar la petición de corrección.FIG. 14 is a flow chart of the program running on the CPU and it shows the process of measuring a point. It is necessary to keep in mind if the point that has been measured is the last one or not, since in case of being the last one it is necessary to leave the measurement loop and make the correction request.
La FIG. 15 es un diagrama de flujo del programa que se ejecuta en la CPU y en ella se muestra la petición del robot de la corrección generado por el PC en función de las lecturas de los palpadores sobre los puntos de medición. Realización preferente de la invención.FIG. 15 is a flow chart of the program running on the CPU and it shows the request of the correction robot generated by the PC based on the probe readings on the measurement points. Preferred embodiment of the invention.
El sistema de palpación se compone de un robot de seis ejes, palpadores y un software específico que, mediante algoritmos y funciones de transformación, es capaz de determinar la posición de la inserción de los cristales y realizar la corrección en posición y orientación con respecto de una posición de referencia anteriormente predeterminada.The palpation system consists of a six-axis robot, probes and specific software that, through algorithms and transformation functions, is able to determine the position of the insertion of the crystals and perform the correction in position and orientation with respect to a previously predetermined reference position.
Para mejor comprensión de la presente invención se describirán a continuación unos conceptos básicos sobre los movimientos de un robot en el que mediante la unidad de control se produce una conversión del posicionamiento de sus 6 ejes a un sistema de coordenadas cartesiano.For a better understanding of the present invention, basic concepts about the movements of a robot will be described below, in which, by means of the control unit, a conversion of the positioning of its 6 axes to a Cartesian coordinate system takes place.
Un robot de 6 ejes está constituido por una estructura mecánica articulada con una base de apoyo para sujetar el robot al suelo y una brida al final en la que se puede montar una herramienta. Cada una de las 6 articulaciones, o ejes, está controlada por un servomotor. El conjunto de servomotores, señales de entrada / salida de control y alimentación está controlado por un armario eléctrico específico para cada tipo de robot, en el que también reside la unidad de control para la programación del mismo.A 6-axis robot is constituted by an articulated mechanical structure with a support base to hold the robot to the ground and a flange at the end on which a tool can be mounted. Each of the 6 joints, or axles, is controlled by a servomotor. The set of servomotors, control input / output signals and power is controlled by a specific electrical cabinet for each type of robot, in which the control unit for programming it also resides.
El movimiento se realiza mediante la sincronización del régimen de giro de cada uno de los seis ejes que conforman el robot. Estos seis ejes forman un conjunto de parámetros independientes, dentro de las limitaciones mecánicas, que permiten posicionar y orientar un objeto sujeto a la brida del robot y que se corresponden a los 6 parámetros que determinan la orientación (ángulos de Euler) y posición (translación) en un sistema de referencia cartesiano. El robot realiza, mediante la unidad de control, la conversión entre un tipo de referencia y la otra. Según podemos ver en la FIG. 1 existe una correspondencia entre los parámetros del robot ( A1 , A2, A3, A4, A5, A6) y la definición de un punto en un sistema .cartesiano con los parámetros de posición ( x, y, z) y de rotación ( A, B, C).The movement is done by synchronizing the rotation regime of each of the six axes that make up the robot. These six axes form a set of independent parameters, within the mechanical limitations, that allow to position and orient an object subject to the robot's flange and that correspond to the 6 parameters that determine the orientation (Euler's angles) and position (translation ) in a Cartesian reference system. The robot performs, through the control unit, the conversion between one type of reference and the other. As we can see in FIG. 1 there is a correspondence between the parameters of the robot (A1, A2, A3, A4, A5, A6) and the definition of a point in a Cartesian system with the parameters of position (x, y, z) and rotation (A , B, C).
Básicamente, la función de un robot es mover una herramienta sujeta a él en una trayectoria definida mediante unos puntos concretos referenciados respecto de una base. En consecuencia, los elementos básicos de un robot, en cuanto a parámetros de movimiento se refiere, son bases, herramientas y puntos. Las bases, herramientas y puntos guardan información acerca de la posición y orientación permitiendo la operación conjunta de los tres elementos en la programación de las trayectorias.Basically, the function of a robot is to move a tool attached to it in a defined path by means of specific points referenced with respect to a base. Consequently, the basic elements of a robot, as far as movement parameters are concerned, are bases, tools and points. The bases, tools and points store information about the position and orientation allowing the joint operation of the three elements in the programming of the trajectories.
Una base es un sistema de referencia cartesiano que, una vez definido, permanece fijo en el espacio independientemente de los movimientos del robot. Básicamente, todo robot tiene tres tipos de bases:A base is a Cartesian reference system that, once defined, remains fixed in space regardless of the robot's movements. Basically, every robot has three types of bases:
• Sistema de coordenadas universal: es un sistema de coordenadas fijo y único en un lugar (no se mueve con el movimiento del robot), y que sirve como sistema de coordenadas genérico para una instalación (robot, útil de recepción de una pieza, herramienta, etc.). De este modo, sirve de sistema de coordenadas cartesiano común tanto para el sistema robot como también para los periféricos de la instalación. A este sistema se le suele llamar también el world del robot.• Universal coordinate system: it is a fixed and unique coordinate system in one place (it does not move with the movement of the robot), and it serves as a generic coordinate system for an installation (robot, tool for receiving a piece, tool , etc.). In this way, it serves as a common Cartesian coordinate system for both the robot system and also for the peripherals of the installation. This system is also often called the robot world.
• Sistema de coordenadas del robot: es sistema de coordenadas único que se encuentra en la base del robot y sirve como sistema de coordenadas de referencia para la estructura mecánica del robot. Este sistema de referencia no puede redefinirse y viene determinado por el fabricante. Normalmente este sistema coincide con el sistema de coordenadas universal.• Robot coordinate system: it is a unique coordinate system that is located at the base of the robot and serves as a reference coordinate system for the mechanical structure of the robot. This reference system cannot be redefined and is determined by the manufacturer. Normally this system matches the universal coordinate system.
• Sistema de coordenadas base: se define sobre una estación de trabajo fija en la instalación y se utiliza como sistema de referencia para la descripción de la posición de la pieza a trabajar. Los parámetros de posición y orientación de esta base están referenciados sobre el sistema de coordenadas universal. Esto permite asociar una trayectoria a una base de este tipo y procesar varias piezas iguales a trabajar en diferentes lugares, con el mismo programa, moviendo la base a la posición de referencia de la estación de trabajo de la pieza. Se pueden definir varios sistemas de este tipo.• Base coordinate system: defined on a fixed workstation in the installation and used as a reference system for the description of the position of the workpiece. The position and orientation parameters of this base are referenced on the universal coordinate system. This makes it possible to associate a trajectory with a base of this type and process several identical pieces to work in different places, with the same program, moving the base to the reference position of the work station of the piece. Several systems of this type can be defined.
El sistema de coordenadas de herramienta es un sistema coordenado que se mueve con el robot ya que se define fijo a la brida del robot. A este sistema de referencia también se le suele llamar TCP (del inglés tool center poinf). Como mínimo está definido el propio de la brida, que no puede cambiarse y que viene determinado de fábrica. A partir de él se pueden definir más en función del número de herramientas a manipular. Los parámetros de posición y orientación de las herramientas que se programan están referidos al TCP de la brida.The tool coordinate system is a coordinate system that moves with the robot as it is defined fixed to the robot flange. This reference system is also often called TCP (from the English tool center poinf). At least the flange itself is defined, which cannot be changed and is determined at the factory. From it you can define more depending on the number of tools to handle. The position and orientation parameters of the tools that are programmed refer to the TCP of the flange.
Las trayectorias se realizan mediante la interpolación entre puntos programados previamente. Esta interpolación puede ser de diferentes tipos, siendo las más comunes la interpolación punto a punto, lineal y la circular. La información que guarda un punto es la posición y orientación de una herramienta determinada respecto de una base concreta, es decir, cada punto tiene asociado un TCP y una base. No tiene sentido definir puntos en el espacio si no se especifica qué herramienta va a posicionarse y desde qué base se tomará dicha posición y orientación.The paths are made by interpolation between previously programmed points. This interpolation can be of different types, the most common being the point-to-point, linear and circular interpolation. The information saved by a point is the position and orientation of a particular tool with respect to a specific base, that is, each point has a TCP and a base associated. It does not make sense to define points in the space if it is not specified which tool will be positioned and from which base this position and orientation will be taken.
Según se ha dicho anteriormente, el objeto de la presente invención es disponer un sistema capaz de determinar la posición de la carrocería de un coche durante el proceso automático de pegado de cristales realizando para ello la corrección en posición y orientación respecto a una posición de referencia predeterminada.As stated above, the object of the present invention is to provide a system capable of determining the position of the body of a car during the automatic glass bonding process by performing the correction in position and orientation with respect to a reference position. default
Algoritmos matemáticos permiten realizar dichas correcciones al relacionar mediante formulas la posición de diferentes puntos en el espacio ya que los puntos en el espacio pueden estar definidos en posición y rotación respecto a distintos sistemas de referencia.Mathematical algorithms allow these corrections to be made by relating the position of different points in space through formulas since the points in space can be defined in position and rotation with respect to different reference systems.
Matemáticamente se puede determinar un sistema de referencia con tres puntos que no estén alineados. Para ello es necesario disponer primero de un sistema de referencia inicial sobre el cual referenciar estos puntos. En la FIG. 2 se determina un sistema de referencia a partir de tres puntos no alineados P1 , P2 y P3 que podríamos asociar a los anteriormente dichos puntos patrón respecto de un sistema de referencia inicial Z que definimos como base de inserción.Mathematically, a reference system with three points that are not aligned can be determined. For this it is necessary to first have an initial reference system on which to reference these points. In FIG. 2 a reference system is determined from three non-aligned points P1, P2 and P3 that we could associate with the above mentioned standard points with respect to an initial reference system Z that we define as the insertion base.
Supóngase ahora, véase la FIG. 3, que se tiene la orientación y posición de un sistema R ' respecto Z, o lo que es lo mismo los puntos de medición patrón respecto a un sistema de referencia predeterminado que hemos llamado base de inserción. Considérese ahora que cada uno de los tres puntos que determinan el sistema R' sufre un desplazamiento que es medido por las herramientas del sistema o palpadores, y que forman un nuevo conjunto de tres puntos. Estos tres nuevos puntos determinan otra referencia R ' '. El objetivo es determinar una nueva referencia Q tal que la posición y orientación relativa de R" sea la misma que la existente entre R'y Z. El sistema de palpación de la invención proporcionará al robot el vector c y la orientación ( A, B, C) de Q respecto de Z, para que la aplique sobre la base de inserción y se corrija así la trayectoria de inserción que había sido predeterminada en el supuesto de que los puntos P1, P2 y P3 no tuvieran desplazamiento.Suppose now, see FIG. 3, which has the orientation and position of a system R 'with respect to Z, or what is the same the standard measurement points with respect to a predetermined reference system that we have called the insertion base. Consider now that each of the three points that determine the R 'system undergoes a displacement that is measured by the system tools or probes, and that they form a new set of three points. These three new points determine another reference R ''. The objective is to determine a new reference Q such that the position and relative orientation of R "is the same as that between R'and Z. The palpation system of the invention will provide the robot with the vector c and the orientation (A, B, C) of Q with respect to Z, so that it can be applied on the insertion base and thus correct the insertion path that had been predetermined in the event that points P1, P2 and P3 did not have displacement.
Una vez descritos los conceptos básicos sobre los movimientos de un robot, los sistemas de coordenadas sobre los que se referencia las trayectorias de los movimientos de su brida y la determinación de la base de referencia acorde a la desviación de los puntos de medición, se definen a continuación las partes que hacen posible que esas mediciones sean fiables y rápidas.Once the basic concepts on the movements of a robot have been described, the coordinate systems on which the trajectories of the movements of its flange are referenced and the determination of the reference base according to the deviation of the measurement points, are defined then the parts that make it possible for these measurements to be reliable and fast.
El sistema de palpación de la invención está formado por las siguientes partes: • Útil de referenciación y calibración.The palpation system of the invention consists of the following parts: • Reference and calibration tool.
• Una serie de procedimientos de ajuste y calibración del robot.• A series of robot adjustment and calibration procedures.
• Un palpador o dispositivo mecánico de posicionamiento 2d.• A probe or mechanical positioning device 2d.
• Aplicación de control y comunicación con el robot.• Control application and communication with the robot.
El útil de referenciación es muy importante ya que permite definir los parámetros de la herramienta de inserción (o TCPI) que se va a utilizar de una forma repetible. Esto es necesario para el caso en que la herramienta de trabajo sufra una colisión o rotura y deba instalarse una nueva si no puede repararse la actual. También es útil para verificar periódicamente que la herramienta mantiene la geometría ya que pueden darse casos de desajustes debidos al aflojamiento de tornillos y sujeciones con el tiempo. De alguna forma este útil viene a ser como un molde en negativo de lo que tiene que ser la herramienta o araña de manipulación, medición e inserción.The reference tool is very important as it allows defining the parameters of the insertion tool (or TCPI) that will be used in a repeatable way. This is necessary in the case where the work tool suffers a collision or breakage and a new one must be installed if the current one cannot be repaired. It is also useful to periodically verify that the tool maintains the geometry since there may be cases of mismatches due to the loosening of screws and fasteners over time. In some way this tool is like a negative mold of what the manipulation, measurement and insertion tool or spider has to be.
Según se ha dicho, el TCPI se define para asegurar que la inserción se realiza siempre con la misma posición relativa entre araña y cristal. Para ello se define una base de referenciación sobre la mesa de calibración, según se muestra en la FIG. 4, que será siempre la misma para posteriores recalibraciones.As stated, the TCPI is defined to ensure that the insertion is always performed with the same relative position between spider and crystal. For this, a reference base is defined on the calibration table, as shown in FIG. 4, which will always be the same for subsequent recalibrations.
Una vez definida está base de referenciación se puede iniciar el proceso de calibración de la herramienta de inserción o TCPI. Lo que se pretende es definir posición y orientación de la base de referenciación como la posición y orientación del TCPI cuando éste se encuentra calibrado, esto es, se forzará a que la posición y orientación del TCPI respecto la base del robot o del world sea la misma que la de la base de referenciación, o dicho en otras palabras, que el TCPI y la base de referenciación coincidan en la posición de referenciación. Los pasos a seguir son:Once this reference base is defined, the calibration process of the insertion tool or TCPI can be started. What is intended is to define position and orientation of the reference base such as the position and orientation of the TCPI when it is calibrated, that is, it will be forced that the position and orientation of the TCPI with respect to the base of the robot or the world is the same as that of the base of reference, or in other words, that the TCPI and the reference base coincide in the reference position. The steps to follow are:
a) Se sitúa la herramienta de tal forma que la posición de sus ventosas de sujeción quede establecida sobre la posición determinada por la mesa de calibración. b) Una vez situada la herramienta en la posición correcta sobre la mesa de calibración se visualizará la posición y orientación de la herramienta respecto la base de referenciación. c) Una vez disponibles estas coordenadas se aplicarán las ecuaciones matemáticas correspondientes para obtener las coordenadas de la base de referenciación respecto a la herramienta, con lo que se estará definiendo una) The tool is positioned in such a way that the position of its clamping cups is established above the position determined by the calibration table. b) Once the tool is placed in the correct position on the calibration table, the position and orientation of the tool with respect to the reference base will be displayed. c) Once these coordinates are available, the corresponding mathematical equations will be applied to obtain the coordinates of the reference base with respect to the tool, which will define a
"TCP ", que llamamos TCPI."TCP", which we call TCPI.
Como se puede ver en la FIG. 5, el TCPI queda ligado a la brida del robot pero no se puede "tocar", es una herramienta virtual. Al contrario que el sistema coordenado asociado al palpador sí que se puede tocar ya que está asociado a la geometría y direcciones de movimiento propias del palpador. La flecha indica el desplazamiento del robot desde la posición de calibración, en la que el TCPI y la base de referenciación se superponen.As you can see in FIG. 5, the TCPI is linked to the robot's flange but cannot be "touched", it is a virtual tool. Unlike the coordinate system associated with the probe, it can be touched since it is associated with the geometry and directions of movement of the probe. The arrow indicates the movement of the robot from the calibration position, in which the TCPI and the reference base overlap.
Una vez definido el TCPI se procede a programar la posición y orientación del palpador como si fuera una herramienta de robot, por lo que los parámetros de posición y orientación estarán referenciados respecto la brida del robot. Puede que la herramienta tenga más de un palpador, en cuyo caso debe calibrarse la posición de cada uno.Once the TCPI is defined, the probe position and orientation are programmed as if it were a robot tool, so the position and orientation parameters will be referenced with respect to the robot flange. The tool may have more than one probe, in which case the position of each one must be calibrated.
Un palpador es un sistema de medición 2d por lo que hay que definir muy bien la orientación de sus ejes propios de medición X-Y respecto los ejes de la brida del robot así como también un origen adecuado. Teniendo la posición = ( xp, yp, zp) y la orientación ( Ap, Bp, Cp) del palpador respecto la brida del robot, puede transformarse cualquier lectura de desplazamiento referenciada desde el palpador al sistema coordenado de la brida mediante la expresión: ü - t +S Υü' P PA probe is a 2d measuring system, so it is necessary to define very well the orientation of its own XY measurement axes with respect to the robot flange axes as well as a suitable origin. Having the position = (x p , y p , z p ) and the orientation (A p , B p , C p ) of the probe with respect to the robot flange, any displacement reading referenced from the probe to the coordinate system of the flange by expression: ü - t + S Υü 'PP
Siendo ü' la lectura del palpador desde su propio sistema coordenado, ü la correspondiente al sistema coordenado de la brida y S es la matriz de rotación del sistema coordenado del palpador respecto el sistema coordenado de la brida.Being ü 'the probe reading from its own coordinate system, ü that corresponding to the coordinate system of the flange and S is the rotation matrix of the coordinate system of the probe relative to the coordinate system of the flange.
Una vez se tengan las lecturas desde la brida del robot, estas pueden transformarse a lecturas desde el TCPI mediante la expresión: υ tcpí == S t„cpí (β-F** Once the readings are taken from the robot's flange, they can be transformed to readings from the TCPI by the expression: υ tcpí == S t „cpí ( β - F * *
Siendo w TCPI y STCPI la posición y orientación del TCPI determinada según se expuso anteriormente.W TCPI and S TCP I being the position and orientation of the TCPI determined as discussed above.
De esta forma pueden referirse todas las lecturas de un mismo palpador (o de los diferentes palpadores que pudiera haber) a un mismo sistema coordenado: el del TCPI.In this way, all the readings of the same probe (or of the different probes that there might be) can be referred to the same coordinate system: that of the TCPI.
Una vez que se ha definido el TCPI y se ha calibrado la herramienta de medición, se debe definir la base de inserción y los puntos de medición. Aunque no es necesario, es recomendable definir una base sobre el marco a corregir con el objetivo de facilitar así la identificación de los puntos de medición e interpretar mejor las correcciones proporcionadas por el sistema, que se darán respecto a esta base.Once the TCPI has been defined and the measurement tool has been calibrated, the insertion base and measurement points must be defined. Although it is not necessary, it is advisable to define a base on the framework to be corrected in order to facilitate the identification of the measurement points and better interpret the corrections provided by the system, which will be given with respect to this base.
Las bases se definen siempre respecto el world del robot. Para definir la base de inserción, (también se puede llamar patrón de inserción o cero de inserción), se referencia el TCPI respecto del world y se desplaza a la posición que se considere posición patrón o cero. Los parámetros ( X, Y, Z ) y ( A,B,C) obtenidos deberán ser memorizados por el robot y por la aplicación de cálculo. El programa recupera automáticamente estos parámetros del robot si éste se encuentra en modo calibración, según se muestra en la FIG. 6. Sobre esta base hay que definir, como mínimo, tres puntos de medición para poder aplicar lo expuesto anteriormente y relacionado con las FIGS. 2 y 3. Podrían definirse más puntos para hacer un mejor ajuste de la posición mediante algoritmos de ajuste óptimo, pero esto sería recomendable para piezas que se apartasen mucho de la geometría plana.The bases are always defined with respect to the world of the robot. To define the insertion base, (it can also be called insertion or zero insertion pattern), the TCPI is referenced with respect to the world and moves to the position that is considered a standard or zero position. The parameters (X, Y, Z) and (A, B, C) obtained must be memorized by the robot and by the calculation application. The program automatically retrieves these parameters from the robot if it is in calibration mode, as shown in FIG. 6. On this basis, at least three measurement points must be defined in order to apply the above and related to FIGS. 2 and 3. More points could be defined to make a better position adjustment by means of optimal adjustment algorithms, but this would be recommended for parts that deviate greatly from the flat geometry.
La posición y orientación de estos puntos se referenciará respecto la base de inserción y se corresponderán con la posición y orientación que tomará el TCPl en cada uno de ellos. Para programarlos, se deberá llevar el palpador a cada uno de los puntos que se quiera medir y anotar la posición y orientación del TCPl respecto de la base de inserción.The position and orientation of these points will be referenced with respect to the insertion base and will correspond to the position and orientation that the TCPl will take in each of them. To program them, the probe must be taken to each of the points to be measured and note the position and orientation of the TCPl with respect to the insertion base.
Una vez definidos la base de inserción y el TCPl se puede realizar el proceso de medición, que sirve tanto para definir la posición patrón como para las sucesivas mediciones de las desviaciones respecto de esta.Once the insertion base and the TCPl have been defined, the measurement process can be carried out, which serves both to define the standard position and for the successive measurements of the deviations from it.
El proceso es el siguiente:The process is the following:
1. Se desplaza el TCPl a la posición y orientación definido por el punto de medición /'. > 2. Se obtiene la lectura del palpador ü' referenciada respecto el sistema coordenado propio del palpador.1. The TCPl is moved to the position and orientation defined by the measurement point / ' . > 2. The probe reading ü 'referenced with respect to the probe's own coordinate system is obtained.
3. Se transforma esta lectura al sistema de referencia del TCPl y ésta se transforma a la de la base de inserción ( véase FIG. 7) mediante los parámetros de posición y orientación correspondientes al punto de medición (tal y como se han definido en el apartado anterior). Matemáticamente esto se expresa con la siguiente relación: m(,i) m(rj irU ^ tcpl p p t pt ) donde p m(¡) es la posición indicada por la lectura del palpador sobre el punto de medición /' respecto la base de inserción, ϊ m(i) y S m(i) la posición y orientación del punto de medición respecto de la base de inserción y el resto de parámetros ya se han definido anteriormente.3. This reading is transformed to the TCPl reference system and it is transformed to that of the insertion base (see FIG. 7) by means of the position and orientation parameters corresponding to the measurement point (as defined in the previous section). Mathematically this is expressed with the following relation: m (, i) m (rj irU ^ tcpl ppt pt) where p m (¡) is the position indicated by the probe reading on the measuring point / ' with respect to the insertion base , ϊ m (i) and S m (i) the position and orientation of the measuring point with respect to the insertion base and the other parameters have already been defined above.
4. Una vez se tienen, como mínimo, las posiciones de tres puntos cada uno según lo descrito en el párrafo anterior, es posible aplicar lo expuesto en los puntos relativos a las FIGS. 2 y 3 y encontrar la referencia Z y Q de las mediciones patrón y mediciones de inserción respectivamente. Al sistema correspondiente a la medición de la posición cero se le llama TCPC4. Once you have at least the positions of three points each as described in the previous paragraph, it is possible to apply the above in the points related to FIGS. 2 and 3 and find the reference Z and Q of the standard measurements and insertion measurements respectively. The system corresponding to the zero position measurement is called TCPC
Una vez determinada la posición patrón, es posible determinar las desviaciones de las sucesivas posiciones tomando como lectura de referencia las lecturas del palpador sobre los puntos de medición y aplicando las correcciones generadas sobre la base de inserción.Once the standard position has been determined, it is possible to determine the deviations of the successive positions by taking the probe readings on the measurement points as reference reading and applying the corrections generated on the insertion base.
La trayectoria de inserción debe referenciarse siempre utilizando la base de inserción correspondiente y el TCPl como herramienta. Una vez definida esta trayectoria sobre esta base, permanecerá ligada a ella, con lo cual, si se mueve la base la trayectoria se moverá con ella. Esto es precisamente lo que hará la corrección: moverá la base lo necesario para que la inserción de los cristales se ajuste a la nueva posición de la carrocería. Para ello lo que hará el sistema es seguir la posición del TCPC, midiendo siempre sobre las bases de medición definidas.The insertion path must always be referenced using the corresponding insertion base and the TCPl as a tool. Once this path is defined on this base, it will remain linked to it, so if the base moves, the path will move with it. This is precisely what the correction will do: it will move the base as necessary for the insertion of the crystals to adjust to the new position of the body. For this, what the system will do is follow the position of the TCPC, always measuring on the defined measurement bases.
Una vez que han sido descritos los fundamentos matemáticos, y el método de calibración y medición de la herramienta, así como la definición y corrección de la trayectoria de inserción vamos a profundizar sobre la herramienta o palpadores utilizados en la presente invención para determinar la posición de los puntos a medir.Once the mathematical fundamentals have been described, and the tool calibration and measurement method, as well as the definition and correction of the insertion path, we will go deeper into the tool or probes used in the present invention to determine the position of The points to measure.
Como ya se ha dicho al principio, un palpador se describe genéricamente como un dispositivo que es capaz de determinar una posición mediante el contacto físico con el objeto a posicionar. Para el sistema que aquí se expone es necesario determinar la posición del borde a medir en un sistema coordenado de como mínimo 2 dimensiones. Este sistema coordenado debe estar asociado de alguna manera a la geometría del movimiento del palpador.As mentioned earlier, a probe is generically described as a device that is capable of determining a position by physical contact with the object to be positioned. For the system described here it is necessary to determine the position of the edge to be measured in a coordinate system of at least 2 dimensions. This coordinate system must be associated in some way with the geometry of the probe movement.
El primer sistema que a uno se le puede ocurrir es un sistema X-Y en que los dos ejes de movimiento se corresponden con el par coordenado. En este sistema X-Y, uno de los ejes se desliza sobre el otro con una rotación relativa de 90°. Ambos tienen un movimiento lineal que determina el rango de medición. Cada uno de estos ejes se asocia a uno de los ejes coordenados X-Y. El diseño concreto es el siguiente: La FIG. 8 muestra el palpador utilizado en una primera realización preferente en donde puede verse una placa de soporte (1) por donde se une el palpador a la brida del robot, los dos carros longitudinales (2, 4) montando uno sobre otro a 90° mediante el mecanismo de desplazamiento (3) y el codificador (10) asociado al carro longitudinal (2) que tiene una forma cilindrica. Aunque no está mostrado en la figura, por estar oculto, el otro carro longitudinal tiene asociado otro codificador. Estos codificadores son rotatorios y tienen 2500 impulsos por vuelta, de tal manera que los movimientos lineales son convertidos a movimientos rotatorios mediante un sistema de cremallera.The first system that can occur to one is an XY system in which the two axes of motion correspond to the coordinate pair. In this XY system, one of the axes slides over the other with a relative rotation of 90 °. Both have a linear movement that determines the measurement range. Each of these axes is associated with one of the XY coordinate axes. The concrete design is as follows: FIG. 8 shows the probe used in a first preferred embodiment where a support plate (1) can be seen where the probe is attached to the robot's flange, the two longitudinal carriages (2, 4) mounting one above the other at 90 ° by the displacement mechanism (3) and the encoder (10) associated with the longitudinal carriage (2) having a cylindrical shape. Although not shown in the figure, because it is hidden, the other longitudinal carriage has another encoder associated. These encoders are rotary and have 2500 pulses per turn, so that linear movements are converted to rotary movements by means of a rack system.
Los impulsos de los movimientos de los codificadores se mandan hacia la Unidad de control para que calcule la posición del punto que se está midiendo.The pulses of the encoder movements are sent to the Control Unit to calculate the position of the point being measured.
El proceso de medición se inicia por el robot, que a través de su brida sujetada convenientemente al palpador, mueve la leva de contacto (6) hasta que toque con el punto predeterminado. La leva de contacto (6) es de plástico para no dañar la carrocería, pero además el palpador tiene un sistema de protección contra daños basado en un detector inductivo (11) asociado a una lengüeta de tope (12) y un detector inductivo (7) asociado a otra lengüeta oculta (no mostrada en la figura). La función de estos inductores es la de detectar objetos metálicos a una distancia determinada, y en caso que se haya alcanzado la distancia umbral mínima se hace parar el movimiento mandando una señal hacia la unidad de control.The measurement process is initiated by the robot, which, through its flange conveniently attached to the probe, moves the contact cam (6) until it touches the predetermined point. The contact cam (6) is made of plastic so as not to damage the body, but in addition the probe has a damage protection system based on an inductive sensor (11) associated with a stopper tongue (12) and an inductive sensor (7 ) associated with another hidden tab (not shown in the figure). The function of these inductors is to detect metal objects at a certain distance, and if the minimum threshold distance has been reached, the movement is stopped by sending a signal to the control unit.
Una vez que la leva (6) ha contactado con la carrocería, el robot lleva dicha leva (6) a la posición patrón de ese punto ya que dicha posición la tiene obtenida y memorizada cuando se realizó el proceso de calibración. Este último movimiento se trasmite desde la leva (6) hacia el extensor de aluminio (5), y de éste a los carros longitudinales (2) y (4). El movimiento del carro (2) se transmite mediante la guía dentada (8) al eje (9) del codificador (10) el cual mandará los impulsos oportunos a la Unidad de Control. El movimiento del carro (4) se transmite mediante una guía dentada (no mostrada) al eje (no mostrado) de su codificador correspondiente (no mostrado) mandando dicho codificador los impulsos oportunos a la Unidad de Control.Once the cam (6) has contacted the body, the robot takes said cam (6) to the standard position of that point since said position is obtained and memorized when the calibration process was performed. This last movement is transmitted from the cam (6) to the aluminum extender (5), and from this to the longitudinal carriages (2) and (4). The movement of the carriage (2) is transmitted by the toothed guide (8) to the axis (9) of the encoder (10) which will send the appropriate impulses to the Control Unit. The movement of the carriage (4) is transmitted by a toothed guide (not shown) to the axis (not shown) of its corresponding encoder (not shown) by sending said encoder the appropriate impulses to the Control Unit.
Las FIGS. 9 y 10 muestran una segunda realización preferente del palpador, en el que el movimiento de detección se asocia directamente con el movimiento del codificador con el objetivo de eliminar la histéresis que produce la cremallera del palpador de la primera realización.FIGS. 9 and 10 show a second preferred embodiment of the probe, in which the detection movement is directly associated with the movement of the encoder with the aim of eliminating the hysteresis produced by the zipper of the probe of the first embodiment.
La FIG. 9 muestra el planteamiento de la segunda realización preferente del palpador Como ya se ha dicho el objetivo de este diseño es eliminar la histéresis del sistema de cremallera y además reducir la dependencia del volumen respecto del recorrido. Este conjunto consta fundamentalmente de:FIG. 9 shows the approach of the second preferred embodiment of the probe As already stated the objective of this design is to eliminate hysteresis of the rack system and also reduce the dependence of the volume on the path. This set consists essentially of:
• Una varilla de longitud L que determina la posición del punto W. Esta varilla gira en torno del eje O' un determinado ángulo Φ respecto el eje Y del sistema. • Una varilla que determina el ángulo del punto C y T respeto el eje OY. Este ángulo es Ψ.• A rod of length L that determines the position of point W. This rod revolves around the axis O 'a certain angle Φ with respect to the Y axis of the system. • A rod that determines the angle of point C and T respect the axis OY. This angle is Ψ.
• Un sistema de referencia O con el eje X alineado con los dos ejes de rotación correspondientes a las dos varillas posicionadoras. Estos ejes están separados una distancia D.• A reference system O with the X axis aligned with the two rotation axes corresponding to the two positioning rods. These axes are separated a distance D.
La FIG. 10 muestra el modelo de medición de este segundo diseño de palpador en el que se determinan unos puntos (Ti) en el plano y la dirección de los bordes (Wi) respecto los puntos de referencia (Pi). Los puntos W1 , W2 y W3 determinan un plano πP y los puntos Ti pertenecen a dicho plano y son los puntos que están situados sobre el borde del marco a posicionar; por lo tanto, estos puntos serán los que se utilizarán para determinar la referencia a seguir. Las coordenadas de estos puntos se deben pasar a una referencia común para todos ellos, ya que los parámetros de los palpadores se dan en su propio sistema de coordenadas. Para la medición de estos parámetros se situará el origen O del palpador sobre los puntos Pi.FIG. 10 shows the measurement model of this second probe design in which points (Ti) are determined in the plane and the direction of the edges (Wi) with respect to the reference points (Pi). The points W1, W2 and W3 determine a plane π P and the points Ti belong to said plane and are the points that are located on the edge of the frame to be positioned; therefore, these points will be the ones that will be used to determine the reference to follow. The coordinates of these points must be passed to a common reference for all of them, since the parameters of the probes are given in their own coordinate system. To measure these parameters, the origin O of the probe will be placed on the points Pi.
Matemáticamente se pueden calcular tanto la ecuación del plano πP como las ecuaciones de las rectas que pasan por los puntos Pi y Ti. Partiendo del hecho de que los puntos Ti están en la intersección de dicho plano con dichas rectas, tendremos fácilmente las coordenadas de los tres puntos Ti y una vez determinados dichos puntos Ti se puede determinar la referencia patrón y la referencia específica en una posición determinada de inserción. Según se ha dicho anteriormente, el sistema de palpación de la invención proporcionará al robot estos datos para que aplique las correcciones oportunas sobre la base de inserción y se corrija así la trayectoria de inserción que había sido predeterminada en el supuesto de que los puntos T^ T2 y T3 no tuvieran desplazamiento. La FIG. 11 muestra las vistas frontal y superior del palpador de la realización preferente segunda que hace posible la medición según la teoría expuesta en los párrafos precedentes y relacionado con las FIGS. 9 y 10. En ella se puede ver la placa de soporte (21) que sirve de unión con la brida del robot, la varilla de contacto (22), denominada L en la explicación teórica de la FIG. 9, la cual se desplaza por encima de la carrocería del coche mediante una ruedecilla (23) y que gira sobre el eje (24) para transmitir su movimiento al codificador (25). También se puede ver la varilla de medición (26), denominada T en la explicación teórica de la FIG.9, la cual tiene dos movimientos posibles, uno vertical y otro de rotación. El movimiento vertical de la varilla de medición (26) se realiza para no dañar la carrocería del coche ejerciendo una leve presión con el muelle (27), el cual está sujeto por la cabeza del muelle (28). El movimiento de rotación lo realiza al llegar al borde de la carrocería y lo transmite mediante el eje (29) al codificador (30). Al igual que el palpador de la realización preferente primera, el palpador de la realización preferente segunda tiene mecanismos de protección tales como los detectores de inducción (31) y (32), situados en el soporte de detectores (33), y las levas de posición (34) y (35) de los detectores de inducción.Mathematically, both the equation of the plane π P and the equations of the lines that pass through the points Pi and Ti can be calculated. Starting from the fact that the points Ti are at the intersection of said plane with said lines, we will easily have the coordinates of the three points Ti and once these points Ti can be determined the standard reference and the specific reference in a given position of insertion. As stated above, the palpation system of the invention will provide the robot with this data to apply the appropriate corrections on the insertion base and thus correct the insertion path that had been predetermined in the event that the T ^ points T 2 and T 3 had no displacement. FIG. 11 shows the front and top views of the probe of the second preferred embodiment that makes measurement possible according to the theory set forth in the preceding paragraphs and related to FIGS. 9 and 10. In it you can see the support plate (21) that serves as a connection with the robot's flange, the contact rod (22), called L in the theoretical explanation of FIG. 9, which moves over the car body by means of a wheel (23) and rotates on the axle (24) to transmit its movement to the encoder (25). You can also see the measuring rod (26), called T in the theoretical explanation of FIG. 9, which has two possible movements, one vertical and the other rotating. The vertical movement of the measuring rod (26) is done so as not to damage the car body by exerting slight pressure with the spring (27), which is held by the head of the spring (28). The rotation movement is done when it reaches the edge of the body and transmits it via the axis (29) to the encoder (30). Like the probe of the first preferred embodiment, the probe of the second preferred embodiment has protective mechanisms such as induction detectors (31) and (32), located in the detector holder (33), and the cams of position (34) and (35) of induction detectors.
La velocidad con que se lleva a efecto el proceso de medición e inserción es un factor importante ya que de él depende la productividad. Los datos de medición se mandan desde el robot a una unidad de control integrada en un PC en el cual, mediante un software especifico, se realizan los cálculos correctores oportunos. Una vez que dichos cálculos están listos el PC manda hacia el robot los comandos oportunos para corregir la trayectoria de inserción.The speed with which the measurement and insertion process is carried out is an important factor since productivity depends on it. The measurement data is sent from the robot to a control unit integrated in a PC in which, using specific software, the appropriate corrective calculations are performed. Once these calculations are ready, the PC sends the appropriate commands to the robot to correct the insertion path.
Sin entrar mucho en detalle, a continuación se describirá el procedimiento de comunicación robot-PC. En estos procesos el robot actúa de master y el PC de esclavo, esto es, el robot es quién lleva la iniciativa y le indica al PC lo que hay que hacer. Esto se hape mediante el envío de unos mensajes de solicitud de servicio o SRO los cuales son contestados con mensajes de reconocimiento o ACK. El robot espera esta confirmación durante un tiempo limitado o temporización después del cual considera que hay algún error si no se ha recibido respuesta. Los mensajes implicados son: • SRQ: solicitud • ACK: reconocimientoWithout going into much detail, the robot-PC communication procedure will be described below. In these processes the robot acts as a master and the slave PC, that is, the robot is the one who takes the initiative and tells the PC what to do. This is done by sending service request messages or SROs which are answered with acknowledgment messages or ACK. The robot waits for this confirmation for a limited time or timing after which it considers that there is an error if no response has been received. The messages involved are: • SRQ: request • ACK: recognition
• STM: inicio de medida de punto o de inicio de proceso.• STM: start of point measurement or process start.
• BSI: selección de base de inserción.• BSI: insertion base selection.
• COR: petición de corrección. • NOK: proceso no OK.• COR: correction request. • NOK: process not OK.
• EOT: fin de transmisión• EOT: end of transmission
El diagrama de flujo mostrado en la FIG. 12, muestra el proceso general que incluye una serie de procedimientos encadenados. Dichos procedimientos serán descritos con más detalle en las sucesivas figuras. Cuando el robot está sobre el punto de inicio de medición manda hacia el PC, que está en estado de espera, el comando solicitar inicio de medición (SRQ_STM). El PC debe contestar antes de un determinado tiempo que ha recibido la solicitud de inicio de medición, respondiendo con el comando ACK_STM en el cual incluirá datos sobre la base y puntos a medir; en caso contrario, si la temporización vence, el robot interpreta que el PC está ocupado y debe iniciar otra vez el proceso. Si el PC ha contestado con al anteriormente dicho comando ACK_STM, el robot realiza las acciones de Selección de base, medición de puntos programados y después de la medición del ultimo punto programado solicitará al PC la corrección de la trayectoria. Mientras tanto el PC ha estado en estado de espera para recibir los datos desde el robot cada vez que finaliza una de las operaciones secuenciales que realiza. Si por el contrario, el PC no contesta antes de la temporización que ha recibido la solicitud de inicio de medición con el comando ACK_STM, salta una interrupción que indica al robot que la petición no ha sido atendida SRQ_NOK generando un nuevo comando hacia el PC ACK_NOK que lo pone en estado de espera.The flow chart shown in FIG. 12, shows the general process that includes a series of chained procedures. These procedures will be described in more detail in the following figures. When the robot is above the measurement start point, it sends the request request for measurement (SRQ_STM) to the PC, which is in the waiting state. The PC must answer before a certain time that it has received the measurement start request, responding with the ACK_STM command in which it will include data on the basis and points to be measured; otherwise, if the timing expires, the robot interprets that the PC is busy and must start the process again. If the PC has responded with the above-mentioned ACK_STM command, the robot performs the actions of Base selection, measurement of programmed points and after the measurement of the last programmed point it will request the PC to correct the trajectory. Meanwhile, the PC has been in the waiting state to receive the data from the robot each time one of the sequential operations it performs is completed. If, on the other hand, the PC does not answer before the timing that it has received the measurement start request with the ACK_STM command, an interrupt appears that indicates to the robot that the request has not been answered SRQ_NOK generating a new command to the PC ACK_NOK which puts it on hold.
El diagrama de flujo de la FIG. 13 muestra el proceso de selección de una base. Si los procesos anteriores son correctos el PC responde a las nuevas peticiones del robot, en caso contrario si vence la temporización se debe reiniciar otra vez el proceso general desde el inicio. En el diagrama se aprecia que cuando el PC contesta con el comando de reconocimiento a la petición del robot de inicio de medición, el robot hace a continuación la petición de parámetros de una determinada base B (SRO_BSI), y como ya vimos antes, si no vence la temporización el PC mandará los parámetros oportunos con el comando ACK_STM para que el robot se posicione en el punto de medición #1 , y si la temporización venciese, como ya vimos antes salta una interrupción que indica al robot que la petición no ha sido atendida SRQ_NOK generando un nuevo comando hacia el PC ACK_NOK que lo pone en estado de espera.The flow chart of FIG. 13 shows the process of selecting a base. If the previous processes are correct, the PC responds to the robot's new requests, otherwise if the timing expires, the general process must be restarted from the beginning. The diagram shows that when the PC responds with the recognition command to the request of the measuring start robot, the robot then makes the request for parameters of a certain base B (SRO_BSI), and as we saw before, if the timing does not expire, the PC will send the appropriate parameters with the ACK_STM command so that the robot is positioned at measuring point # 1, and if the timing expires, as we saw before, a interruption that indicates to the robot that the request has not been answered SRQ_NOK generating a new command to the PC ACK_NOK that puts it in a waiting state.
El diagrama de flujo de la FIG. 14, muestra el proceso de medición de un punto P de la base B. Una vez que el PC ha contestado con los parámetros de base el robot entra en el proceso de medición de puntos, para lo cual manda hacia el PC el comando <SRQ_STM> B/P solicitud de medida del punto P de la base B, en el que manda hacia el PC la lectura de los palpadores realizada en dicho punto. Si no vence la temporización, el PC mandará el comando de recepción correcta de datos ACK_STM para que el robot continúe con todos los puntos programados hasta llegar al ultimo, en cuyo caso solicitará la corrección. Si durante todo el proceso de medición de puntos venciese la temporización, se generará como se ha visto anteriormente el comando SRQ_NOK que produce hacia el PC el comando ACK_NOK el cual pone al PC en estado de espera y al propio robot en estado de fin de medición.The flow chart of FIG. 14, shows the process of measuring a point P of the base B. Once the PC has responded with the base parameters the robot enters the process of measuring points, for which it sends the command <SRQ_STM to the PC > B / P request for measurement of point P of base B, in which it sends to the PC the reading of the probes made at that point. If the timing does not expire, the PC will send the correct ACK_STM data reception command so that the robot continues with all the programmed points until it reaches the last one, in which case it will request the correction. If during the whole point measurement process the timing expires, the SRQ_NOK command that produces the ACK_NOK command to the PC which puts the PC in standby state and the robot itself in the end of measurement state will be generated as previously seen .
El diagrama de flujo de la FIG. 15, muestra el proceso de petición por parte del robot de la corrección que ha generado el PC en función de las lecturas de los palpadores sobre los puntos de medición. Si se ha llegado a la medición de todos los puntos programados sin ninguna incidencia, el robot manda hacia el PC el comando de petición de corrección <SRO_COR>, lo cual produce en el PC el cálculo de corrección aplicando las formulas matemáticas oportunas a los datos adquiridos durante el proceso. Una vez que el PC ha calculado la corrección devuelve el comando de reconocimiento de corrección <ACK_COR> en el que incluye los parámetros de corrección de posición X,Y,Z y de corrección de giro A,B,C. A partir de aquí el robot guarda los datos que utilizará en la inserción, genera el comando de fin de transmisión hacia el PC <SRQ_EOT> y queda en estado de fin de medición. Por su parte el PC al recibir el comando de fin de transmisión queda en estado de espera. Si durante todo el proceso de petición de corrección terminase la temporización, se generará como se ha visto anteriormente el comando SRQ_NOK que produce hacia el PC el comando ACK_NOK el cual pone al PC en estado de espera y al propio robot en estado de fin de medición.The flow chart of FIG. 15, shows the request process by the robot of the correction generated by the PC based on the readings of the probes on the measuring points. If all the programmed points have been measured without any incident, the robot sends the correction request command <SRO_COR> to the PC, which produces the correction calculation in the PC by applying the appropriate mathematical formulas to the data acquired during the process. Once the PC has calculated the correction, it returns the correction recognition command <ACK_COR>, which includes the parameters for position correction X, Y, Z and rotation correction A, B, C. From here the robot saves the data that it will use in the insertion, generates the command of end of transmission to the PC <SRQ_EOT> and is in the state of end of measurement. On the other hand, the PC when receiving the end of transmission command is in the waiting state. If during the entire correction request process the timing ends, the SRQ_NOK command that produces the ACK_NOK command to the PC which puts the PC in standby state and the robot itself in the end of measurement state will be generated as previously seen .
Una vez descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como una realización preferente de la misma, sólo queda por añadir que tanto su forma como los materiales y ejecución de la misma, son susceptibles de modificaciones, siempre y cuando no afecten de forma substancial a las características que se reivindican a continuación. Having sufficiently described the nature of the present invention, as well as a preferred embodiment thereof, it remains only to add that both its form as the materials and execution of the same, they are susceptible to modifications, as long as they do not substantially affect the characteristics claimed below.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Sistema de palpación para inserción de cristales en vehículos, que es capaz de determinar la posición de inserción de los cristales sobre las estructuras de la carrocería de los vehículos de automoción, caracterizado por que dicho sistema está formado por:1.- Palpation system for the insertion of glass in vehicles, which is capable of determining the position of insertion of the crystals on the body structures of automotive vehicles, characterized in that said system is formed by:
- un útil de referenciación y calibración, que determina los parámetros de la herramienta de inserción que se va a utilizar de una forma repetible, permitiendo que el proceso no cambie aun cuando la herramienta de trabajo sufra una colisión o rotura y se deba instalar una nueva;- a reference and calibration tool, which determines the parameters of the insertion tool to be used in a repeatable way, allowing the process not to change even if the work tool suffers a collision or breakage and a new one must be installed ;
- un procedimiento de ajuste y calibración de un robot, que determina la posición y orientación del anteriormente dicho palpador que es una herramienta de dicho robot, por lo que los parámetros de posición y orientación de dicho palpador estarán referenciados respecto a una brida de dicho robot; un palpador o dispositivo mecánico de posicionamiento 2d, que mide la posición de unos puntos patrón sobre los que se define un sistema de referencia patrón, así como los puntos en los que está situada realmente la carrocería del vehículo para definir un sistema de referencia real ; y - una aplicación de control y comunicación con dicho robot, que recibe los datos de medición de los palpadores a través de dicho robot y calcula, aplicando algoritmos matemáticos, la modificación de la trayectoria de inserción patrón del cristal, la cual envía a dicho robot para que éste realice una inserción exacta del cristal aun cuando el vehículo no esté en una posición de referencia patrón.- a procedure for adjusting and calibrating a robot, which determines the position and orientation of the formerly said probe that is a tool of said robot, whereby the position and orientation parameters of said probe will be referenced with respect to a flange of said robot ; a probe or mechanical positioning device 2d, which measures the position of some standard points on which a standard reference system is defined, as well as the points at which the vehicle body is actually located to define a real reference system; and - a control and communication application with said robot, which receives the measurement data of the probes through said robot and calculates, applying mathematical algorithms, the modification of the pattern insertion path of the crystal, which it sends to said robot so that it makes an exact insertion of the glass even when the vehicle is not in a standard reference position.
2.- Sistema de palpación, según la reivindicación 1 , caracterizado por que dicho palpador está esencialmente formado por:2. Palpation system according to claim 1, characterized in that said probe is essentially formed by:
- una placa de soporte (1) que une el palpador a dicha brida de dicho robot;- a support plate (1) that joins the probe to said flange of said robot;
- un primer carro longitudinal (2) y un segundo carro longitudinal (4) montados uno sobre otro a 90° mediante un mecanismo de desplazamiento (3), con un primer codificador (10) asociado al carro longitudinal (2) mediante una primera guía dentada (8) y un segundo codificador asociado al carro longitudinal (4) mediante una segunda guía dentada, una leva de contacto (6) que en conjunción con un extensor de aluminio (5) transmite los datos de posición hacia dichos codificadores para que estos mediante impulsos den a conocer a una unidad de control dicha posición; y - un primer detector inductivo (11) asociado a una primera lengüeta de tope (12) y un segundo detector inductivo (7) asociado a una segunda lengüeta, permitiendo dichos detectores y lengüetas la protección de la carrocería de dichos vehículos de automoción.- a first longitudinal carriage (2) and a second longitudinal carriage (4) mounted one above the other at 90 ° by means of a movement mechanism (3), with a first encoder (10) associated to the longitudinal carriage (2) by a first guide toothed (8) and a second encoder associated with the longitudinal carriage (4) by means of a second toothed guide, a contact cam (6) which in conjunction with an aluminum extender (5) transmits the position data to said encoders so that these by means of impulses disclose said position to a control unit; and - a first inductive detector (11) associated with a first stopper tongue (12) and a second inductive detector (7) associated with a second tongue, said detectors and tongues allowing the protection of the bodywork of said automotive vehicles.
3.- Sistema de palpación, según la reivindicación 1 , caracterizado por que dicho palpador está esencialmente formado por:3. Palpation system according to claim 1, characterized in that said probe is essentially formed by:
- una placa de soporte (21) que sirve de unión con dicha brida de dicho robot; una varilla de contacto (22), la cual se desplaza por encima de la carrocería del coche mediante una ruedecilla (23) que gira sobre el eje (24) para transmitir su movimiento al codificador (25); una varilla de medición (26), la cual tiene dos movimientos posibles uno vertical y otro de rotación, estando permitido el movimiento vertical de dicha varilla de medición (26) mediante el muelle (27) el cual está sujeto por la cabeza del muelle (28), mientras que dicha varilla realiza el movimiento de rotación al llegar al borde de la carrocería mediante el eje (29) el cual trasmite dicho movimiento al codificador (30), dichos codificadores (25) y (30) transmitiendo mediante impulsos dicha posición a medir a una unidad de control; y- a support plate (21) that joins said flange of said robot; a contact rod (22), which moves over the car body by means of a wheel (23) that rotates on the axle (24) to transmit its movement to the encoder (25); a measuring rod (26), which has two possible movements, one vertical and the other rotating, the vertical movement of said measuring rod (26) being allowed by the spring (27) which is held by the spring head ( 28), while said rod performs the rotation movement upon reaching the edge of the body by means of the shaft (29) which transmits said movement to the encoder (30), said encoders (25) and (30) transmitting said position by impulses to measure a control unit; Y
- unos detectores de inducción (31) y (32) situados en el soporte de detectores (33) que asociados a unas respectivas levas de posición (34) y (35) permiten la protección de la carrocería de dichos vehículos de automoción. - Induction detectors (31) and (32) located in the detector holder (33) that associated with respective position cams (34) and (35) allow the protection of the bodywork of said automotive vehicles.
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