WO2019076573A1 - Ermittlung einer antriebsreferenzstellung eines zangenantriebs - Google Patents

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WO2019076573A1
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determining
reference position
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Markus Dinkhoff
Stefan Martin
Thomas RÖSSLER
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Kuka Deutschland Gmbh
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    • B25J9/1612—Programme controls characterised by the hand, wrist, grip control
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    • G05B2219/40618—Measure gripping force offline, calibrate gripper for gripping force

Definitions

  • the present invention relates to a method and system for determining a drive reference position of a drive of a pair of pliers or a thickness of a component, in particular a force sensor, using the pliers and a computer program product for carrying out the method.
  • Time of a zero crossing of a straight line corresponds to a time lag error function.
  • Object of the present invention is to determine a
  • the drive reference position for closing the pliers indicates the position in which the pliers are closing.
  • the drive reference position for closing the pliers reliable (er), precise (er) and / or with low (re) m, in particular
  • the pliers is in one embodiment a manufacturing, in particular welding ß-, clinching or crimping pliers, in particular a pair of pliers, in particular X-forceps, with two movably mounted arms or pliers, in particular C-forceps, with a fixed and a movable arm.
  • the pliers can also be a manufacturing, in particular welding ß-, clinching or crimping pliers, in particular a pair of pliers, in particular X-forceps, with two movably mounted arms or pliers, in particular C-forceps, with a fixed and a movable arm.
  • the pliers can also be a manufacturing, in particular welding ß-, clinching or crimping pliers, in particular a pair of pliers, in particular X-forceps, with two movably mounted arms or pliers, in particular C-forceps, with a fixed and a movable arm.
  • the pliers
  • Handling tongs in particular a gripper for friction and / or positive lifting and / or holding loads.
  • the pliers are arranged on a robot, in particular non-destructively releasably coupled thereto, the method then in a
  • Execution is carried out at least partially by a controller of the robot.
  • the robot has at least six, in particular at least seven, actuated (moving) axes, in particular rotary joints.
  • the present invention becomes (also) or used in an initial or Clearjustage the forceps or the robot, since advantageously no prior knowledge is required.
  • the drive is an electric, in particular electromotive, drive.
  • the present invention can be realized particularly advantageous, since in particular driving forces and / or positions reliably (he), precise (he) and / or with low (re) m, especially sensory, effort can be specified or determined.
  • the drive can also be a
  • a drive force may depend on or be indicative of a drive torque, in particular an engine torque of an especially electric gun motor, in particular such a drive torque.
  • (Drive) Torque limitation include, in particular, be in one
  • the elasticity behavior can be determined more precisely by more than two pairs of values of the drive force-drive position function, in particular a linear approximation of the elastic behavior using a, in particular linear, compensation calculation with more than two value pairs. Accordingly, in one embodiment, the method comprises the steps of:
  • the forceps is for applying the first driving force, for applying the second driving force and / or for
  • the influence of stick-slip effects and the like can be at least partially reduced and thus the precision (further) improved.
  • the method comprises applying the
  • first, second and / or at least one further driving force is predetermined on the basis of this actuating force.
  • the first driving force is at least 1, 1 times, in particular at least 1, 2 times, and / or at most three times, in particular at most twice, the actuating force.
  • the second driving force is predetermined on the basis of the first driving force and thus indirectly on the basis of the actuating force. Additionally or alternatively, in one embodiment, the second drive force is at least the
  • the risk of excessive loading by applying the closed pliers to the first, second or at least one further driving force can be reduced.
  • the first drive force, the second drive force and / or the at least one further drive force are predetermined by means of a drive limit. Additionally or alternatively, in one embodiment, the actuation force is determined by means of a drive limit.
  • the drive reference position is determined using a linear
  • a drive reference position for the obstacle-free closing of the empty pliers can be determined and for adjustment or
  • Control in particular control, of the drive can be used. Accordingly, in one embodiment, the drive, which is especially adjusted in this manner, is controlled, in particular regulated, on the basis of the determined drive reference position for closing the clamp.
  • a thickness of a component can also be determined using the pliers. As a result, it is particularly advantageous to determine a thickness of a force sensor with which a forceps drive position function can be calibrated, wherein the thickness of the force sensor used for calibration as an offset of
  • Method for determining a thickness of a component with the aid of the forceps in particular for determining a thickness of a force sensor, in particular for calibrating the drive by means of the force sensor, which, in particular successive, steps:
  • Determining the thickness of the component on the basis of, in particular as, difference of the first and second drive reference position.
  • a system in particular hardware and / or software, in particular program technology, is set up to carry out a method described here and / or has: Means for applying the closed pliers by means of the drive with a first driving force;
  • the system or its agent has:
  • system or its means comprises: means for closing the opened forceps to apply the first, second, and / or at least one further driving force by means of the drive;
  • the system or its agent comprises:
  • a means in the sense of the present invention may be designed in terms of hardware and / or software, in particular a data or signal-connected, preferably digital, processing, in particular microprocessor unit (CPU) and / or a memory and / or bus system or multiple programs or program modules.
  • the CPU may be configured to execute instructions implemented as a program stored in a memory system, to capture input signals from a data bus, and / or
  • a storage system may comprise one or more, in particular different, storage media, in particular optical, magnetic, solid state and / or other non-volatile media.
  • the program may be such that it is capable of embodying or executing the methods described herein, so that the CPU may perform the steps of such methods and, in particular, control, particularly control, the drive and / or robot.
  • a computer program product may include, in particular, a non-volatile storage medium for storing a program or a program stored thereon, wherein execution of this program causes a system or a controller, in particular a computer, to do so method described herein or one or more of its steps.
  • one or more, in particular all, steps of the method are completely or partially automated, in particular by the system or its (e) means.
  • the system includes the forceps and / or the robot. Further advantages and features emerge from the subclaims and the exemplary embodiments. This shows, partially schematized:
  • Fig. 1 a system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a system according to an embodiment of the present invention with a robot 20, on the flange of a pair of pliers 10 is fixed, which has a drive 1 1, which moves a gun arm 12 in different drive positions x.
  • Pliers drive 1 1 and robot 20 are controlled by a robot controller 30, wherein in a modification, both can also be controlled or regulated by separate controls.
  • Fig. 2 shows a method according to an embodiment of the present invention.
  • a counter i is zeroed and a maximum (permissible) drive torque T max for the drive 1 1 on an initial, very small value T max , 0 set.
  • step S35 the maximum permissible driving torque T max is increased in small steps AT until the pincers starts to move due to the commanded targeting Axson (FIG. S30: "Y").
  • step S45 the pliers in a step S45 then by a certain amount ß, for example, 5mm, ascended, and the method, starting again with step S10 performed.
  • ß for example, 5mm
  • step S20 in which the target feed Ax so n is again commanded. Due to the increased maximum (permissible) en drive torque while the static friction is overcome (S30: “Y”) and due to the opening of the pliers by the small predetermined amount ⁇ compared to the already reached closed position the commanded Sollzu ein Ax so n not to the predetermined percentage ⁇ reached (S40: "N") before the clamp closes again.
  • S30: "Y” the commanded Sollzu ein Ax so n not to the predetermined percentage ⁇ reached
  • step S75 the process is repeated beginning with step S75, with the clamp again opened by ⁇ , the counter i incremented to 2, and the maximum (allowable) drive torque by the factor of the first drive torque ⁇ and current maximum drive torque, respectively ⁇ is increased.
  • Compensation calculation can be determined, for example, according to the above equation (2).
  • Calibrating the drive is, as indicated by dashed lines in FIG. 1, after the above-described determination of the (first) drive reference position x 0 for closing the (empty) forceps the above-described method performed again, but the forceps when closing the component or the force sensor 40 summarizes and this analog a second drive reference position x ' 0 and the thickness is determined as the difference x 0 - x'o.

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Abstract

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln einer Antriebsreferenzstellung (x0) eines Antriebs (11) einer Zange (10) umfasst die Schritte: - Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer ersten Antriebskraft; - Erfassen einer dabei erreichten ersten Antriebsstellung des Antriebs; - Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer größeren zweiten Antriebskraft; - Erfassen einer dabei erreichten zweiten Antriebsstellung des Antriebs; und - Ermitteln der Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange auf Basis der ersten und zweiten Antriebskraft und der erfassten ersten und zweiten Antriebsstellung.

Description

Beschreibung
Ermittlung einer Antriebsreferenzstellung eines Zangenantriebs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und System zum Ermitteln einer Antriebsreferenzstellung eines Antriebs einer Zange bzw. einer Dicke eines Bauteils, insbesondere Kraftsensors, mithilfe der Zange sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 10 201 1 003 539 A1 ist ein Verfahren zum Referenzieren einer
Antriebsstellung eines elektrischen Antriebs wenigstens einer Zangenhälfte einer Fertigungszange in einer Schließposition zweier Zangenhälften bekannt, bei dem diejenige Ist-Position des Antriebs als Schließposition bestimmt wird, die einem
Zeitpunkt eines Nulldurchgangs einer Geraden einer Zeit-Schleppfehler-Funktion entspricht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Ermitteln einer
Antriebsreferenzstellung eines Antriebs einer Zange für das Schließen der Zange bzw. einer Dicke eines Bauteils mithilfe der Zange zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 9 gelöst. Ansprüche 12, 13 stellen ein System bzw. Computerprogrammprodukt zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens unter Schutz. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum
Ermitteln einer Antriebsreferenzstellung eines Antriebs einer Zange die, insbesondere aufeinanderfolgenden, Schritte:
- Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer ersten Antriebskraft;
- Erfassen einer dabei erreichten ersten Antriebsstellung des Antriebs;
- Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer größeren zweiten Antriebskraft;
- Erfassen einer dabei erreichten zweiten Antriebsstellung des Antriebs; und - Ermitteln der Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange auf Basis der ersten und zweiten Antriebskraft und der erfassten ersten und zweiten
Antriebsstellung.
Dem liegt insbesondere die Idee zugrunde, dass die Zange mit ihrem Antrieb ein elastisches System bildet, das sich bei Erhöhen einer die geschlossene Zange beaufschlagenden Antriebskraft stärker verformt, und diese Verformung bei noch geöffneter Zange gleich Null ist, so dass der Nullpunkt einer Antriebskraft- Antriebsstellung-Funktion ein Schließen der Zange charakterisiert. Entsprechend kennzeichnet in einer Ausführung die Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange die Stellung, in der die Zange gerade schließt.
Hierdurch kann in einer Ausführung die Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange zuverlässig(er), präzise(er) und/oder mit geringe(re)m, insbesondere
sensorischem, Aufwand ermittelt werden, insbesondere im Vergleich zu einer aus der eingangs genannten DE 10 201 1 003 539 A1 bekannten schleppfehlerbasierten Ermittlung.
Die Zange ist in einer Ausführung eine Fertigungs-, insbesondere Schwei ß-, Clinchoder Crimpzange, insbesondere eine Zange, insbesondere X-Zange, mit zwei beweglich gelagerten Armen oder eine Zange, insbesondere C-Zange, mit einem festen und einem beweglichen Arm. Gleichermaßen kann die Zange auch eine
Handhabungszange, insbesondere ein Greifer zum reib- und/oder formschlüssigen Heben und/oder Halten von Lasten sein.
In einer Ausführung ist die Zange an einem Roboter angeordnet, insbesondere zerstörungsfrei lösbar an diesen gekoppelt, wobei das Verfahren dann in einer
Ausführung wenigstens teilweise von einer Steuerung des Roboters durchgeführt wird. Der Roboter weist in einer Ausführung wenigstens sechs, insbesondere wenigstens sieben, aktuierte (Bewegungs)Achsen, insbesondere Drehgelenke, auf.
Dies stellt besonders vorteilhafte Anwendungen der vorliegenden Erfindung dar, da bei solchen Anwendungen ein Justieren des Antriebs besonders wichtig ist und/oder häufig durchgeführt wird. In einer Ausführung wird die vorliegende Erfindung (auch) zu bzw. bei einer initialen bzw. Erstjustage der Zange bzw. des Roboters verwendet, da vorteilhafterweise kein Vorwissen erforderlich ist.
Der Antrieb ist in einer Ausführung ein elektrischer, insbesondere elektromotorischer, Antrieb. Hiermit kann die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft realisiert werden, da hier insbesondere Antriebskräfte und/oder -Stellungen zuverlässig(er), präzise(er) und/oder mit geringe(re)m, insbesondere sensorischem, Aufwand vorgegeben bzw. ermittelt werden können. Gleichermaßen kann der Antrieb jedoch auch ein
hydraulischer oder pneumatischer Antrieb sein.
Eine Antriebskraft kann in einer Ausführung (von) ein(em) Antriebsdrehmoment, insbesondere Motormoment eines, insbesondere elektrischen, Zangenmotors, abhängen bzw. angeben, insbesondere ein solches Antriebsdrehmoment sein.
Dadurch kann in einer Ausführung vorteilhaft eine Momentensteuerung, insbesondere
-regelung bzw. -begrenzung verwendet werden. Entsprechend kann in einer
Ausführung eine Antriebsbegrenzung eine (Antriebs) Kraft-, insbesondere
(Antriebs)Drehmomentbegrenzung, umfassen, insbesondere sein, die in einer
Weiterbildung bei einem elektrischen Antrieb eine Spannungs- und/oder
Strombegrenzung umfassen, insbesondere sein, kann.
Ein Elastizitätsverhalten des Systems Zange+Antrieb kann in einer Näherung linear approximiert werden. Dann reichen vorteilhafterweise bereits zwei Wertepaare, um die Antriebskraft-Antriebsstellung-Funktion und hiermit die Antriebsreferenzstellung für das Schließen zu ermitteln, was die Verfahrensdauer vorteilhaft verkürzen kann.
Andererseits kann das Elastizitätsverhalten durch mehr als zwei Wertepaare der Antriebskraft-Antriebsstellung-Funktion präziser ermittelt werden, insbesondere eine lineare Approximation des Elastizitätsverhaltens mithilfe einer, insbesondere linearen, Ausgleichsrechnung mit mehr als zwei Wertepaaren. Entsprechend weist in einer Ausführung das Verfahren die Schritte auf:
- Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer weiteren Antriebskraft oder mehreren weiteren, unterschiedlich^ groß)en Antriebskräften, die (jeweils) größer als die zweite Antriebskraft ist bzw. sind; und
- (jeweils) Erfassen einer dabei erreichten weiteren Antriebsstellung des Antriebs; wobei die Antriebsreferenzstellung auf Basis der ersten, zweiten und einer oder mehreren weiteren Antriebskraft bzw. -kräfte und der erfassten ersten, zweiten und einer oder mehreren weiteren Antriebsstellung(en) ermittelt wird.
In einer Ausführung ist bzw. wird die Zange zum Beaufschlagen mit der ersten Antriebskraft, zum Beaufschlagen mit der zweiten Antriebskraft und/oder zum
Beaufschlagen mit der wenigstens einen weiteren Antriebskraft (jeweils) mithilfe des Antriebs zunächst geöffnet, dann geschlossen und anschließend die geschlossene Zange mit der Antriebskraft beaufschlagt.
Hierdurch können in einer Ausführung der Einfluss von Haft-Gleit-Effekten und dergleichen wenigstens teilweise reduziert und so die Präzision (weiter) verbessert werden.
In einer Ausführung umfasst das Verfahren die dem Beaufschlagen der
geschlossenen Zange mit der ersten, zweiten und/oder wenigstens einen weiteren Antriebskraft vorhergehenden Schritte:
- Ermitteln einer, insbesondere vorläufigen, Schließposition durch Schließen der Zange; und
- Bestimmen einer dabei, insbesondere in dieser Schließposition, wirkenden
Betätigungskraft des Antriebs;
wobei die erste, zweite und/oder wenigstens eine weitere Antriebskraft auf Basis dieser Betätigungskraft vorgegeben wird.
In einer Ausführung beträgt die erste Antriebskraft wenigstens das 1 , 1 fache, insbesondere wenigstens das 1 ,2fache, und/oder höchstens das Dreifache, insbesondere höchstens das Doppelte, der Betätigungskraft. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung die zweite Antriebskraft auf Basis der ersten Antriebskraft und damit indirekt auf Basis der Betätigungskraft vorgegeben. Zusätzlich oder alternativ beträgt in einer Ausführung die zweite Antriebskraft wenigstens das
1 , 1 fache, insbesondere wenigstens das 1 ,2fache, und/oder höchstens das Dreifache, insbesondere höchstens das Doppelte, der ersten Antriebskraft. Dadurch kann in einer Ausführung die Gefahr einer übermäßigen Belastung durch das Beaufschlagen der geschlossenen Zange mit der ersten, zweiten bzw. wenigstens einen weiteren Antriebskraft reduziert werden.
In einer Ausführung wird die erste Antriebskraft, die zweite Antriebskraft und/oder die wenigstens eine weitere Antriebskraft (jeweils) mithilfe einer Antriebsbegrenzung vorgegeben. Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung die Betätigungskraft mithilfe einer Antriebsbegrenzung bestimmt.
Zusätzlich oder alternativ wird in einer Ausführung der Antrieb zum Schließen der Zange und/oder zum Beaufschlagen der Zange auf Basis einer vorgegebenen Sollzustellung, insbesondere anzufahrenden Sollstellung, betätigt, die in einer Weiterbildung so gewählt wird bzw. ist, dass sie größer als eine, insbesondere angenommene, lichte Weite der Zange ist bzw. so, dass ein Schließen der Zange vor Erreichen der Sollzustellung bzw. -position erwartet wird.
Hierdurch kann in einer Ausführung jeweils, insbesondere aber in Kombination, die Beaufschlagen der geschlossenen Zange, das Schließen der Zange bzw. das
Bestimmen der Betätigungskraft einfach(er), zuverlässig(er), präzise(er) und/oder mit geringe(re)m, insbesondere sensorischem, Aufwand realisiert werden.
In einer Ausführung wird die Antriebsreferenzstellung mithilfe einer linearen
Extrapolation mit der ersten und zweiten Antriebskraft und Antriebsstellung ermittelt, insbesondere gemäß der Gleichung: x0 = Xi - [(x2 - Xi)/(T2 - T1)] 1 (1 ) mit der Antriebsreferenzstellung x0, der ersten Antriebskraft ΤΊ , der zweiten
Antriebskraft T2, der ersten Antriebsstellung Xi und der zweiten Antriebsstellung x2.
In einer Ausführung wird die Antriebsreferenzstellung mithilfe einer, insbesondere linearen, Ausgleichsrechnung mit der ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren Antriebskraft und Antriebsstellung ermittelt, insbesondere gemäß der Gleichung
Figure imgf000008_0001
mit der bzw. den weiteren Antriebskräften bzw. -Stellungen Tj, Xj, j = 3, ....
Durch die vorliegende Erfindung kann insbesondere eine Antriebsreferenzstellung für das hindernisfreie Schließen der leeren Zange ermittelt und zur Justage bzw.
Steuerung, insbesondere Regelung, des Antriebs verwendet werden. Entsprechend wird in einer Ausführung der, insbesondere solcherart justierte, Antrieb (anschließend) auf Basis der ermittelten Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange gesteuert, insbesondere geregelt.
In einer Ausführung kann mithilfe der Zange auch eine Dicke eines Bauteils ermittelt werden. Hierdurch kann besonders vorteilhaft eine Dicke eines Kraftsensors ermittelt werden, mit dem eine Zangenkraft-Antriebsstellung-Funktion kalibriert werden kann, wobei die Dicke des zum Kalibrieren verwendeten Kraftsensors als Offset der
Antriebsstellung zu berücksichtigen ist, da ja im späteren Betrieb ohne den
Kraftsensor der Antrieb zusätzlich um dessen Dicke zugestellt werden muss. Entsprechend umfasst nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ein
Verfahren zum Ermitteln einer Dicke eines Bauteils mithilfe der Zange, insbesondere zum Ermitteln einer Dicke eines Kraftsensors, insbesondere zum Kalibrieren des Antriebs mithilfe des Kraftsensors, die, insbesondere aufeinanderfolgenden, Schritte:
- Ermitteln einer ersten Antriebsreferenzstellung für das Schließen der leeren Zange mittels eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. Systems;
- Ermitteln einer zweiten Antriebsreferenzstellung für das Fassen des Bauteils mit der Zange mittels eines, insbesondere desgleichen, hier beschriebenen
Verfahrens bzw. Systems; und
- Ermitteln der Dicke des Bauteils auf Basis einer, insbesondere als, Differenz der ersten und zweiten Antriebsreferenzstellung.
Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung ist ein System, insbesondere hard- und/oder Software-, insbesondere programmtechnisch, zur Durchführung eines hier beschriebenen Verfahrens eingerichtet und/oder weist auf: Mittel zum Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer ersten Antriebskraft;
Mittel zum Erfassen einer dabei erreichten ersten Antriebsstellung des Antriebs;
Mittel zum Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer größeren zweiten Antriebskraft;
Mittel zum Erfassen einer dabei erreichten zweiten Antriebsstellung des Antriebs; und Mittel zum Ermitteln der Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange auf Basis der ersten und zweiten Antriebskraft und der erfassten ersten und zweiten Antriebsstellung. In einer Ausführung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
Mittel zum Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit wenigstens einer weiteren Antriebskraft, die größer als die zweite Antriebskraft ist; Mittel zum Erfassen einer dabei erreichten weiteren Antriebsstellung des Antriebs; und
Mittel zum Ermitteln der Antriebsreferenzstellung auf Basis der ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren Antriebskraft und der erfassten ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren Antriebsstellung.
Zusätzlich oder alternativ weist in einer Ausführung das System bzw. sein(e) Mittel auf: Mittel zum Schließen der geöffneten Zange zum Beaufschlagen mit der ersten, zweiten und/oder wenigstens einen weiteren Antriebskraft mithilfe des Antriebs;
Mittel zum Ermitteln einer Schließposition durch Schließen der Zange, Bestimmen einer dabei wirkenden Betätigungskraft des Antriebs und Vorgeben der ersten, zweiten und/oder wenigstens einen weiteren Antriebskraft auf Basis dieser
Betätigungskraft;
Mittel zum Vorgeben der ersten, zweiten und/oder wenigstens einen weiteren
Antriebskraft und/oder Bestimmen der Betätigungskraft mithilfe einer
Antriebsbegrenzung;
Mittel zum Betätigen des Antriebs zum Schließen und/oder Beaufschlagen der Zange auf Basis einer vorgegebenen Sollzustellung; und/oder
Mittel zum Ermitteln der Antriebsreferenzstellung mithilfe einer linearen Extrapolation mit der ersten und zweiten Antriebskraft und Antriebsstellung oder einer
Ausgleichsrechnung mit der ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren
Antriebskraft und Antriebsstellung. Nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung weist das System bzw. sein(e) Mittel auf:
Mittel zum Ermitteln einer ersten Antriebsreferenzstellung für das Schließen der leeren Zange mittels eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. Systems;
Mittel zum Ermitteln einer zweiten Antriebsreferenzstellung für das Fassen des Bauteils mit der Zange mittels eines hier beschriebenen Verfahrens bzw. Systems; und
Mittel zum Ermitteln der Dicke des Bauteils auf Basis einer Differenz der ersten und zweiten Antriebsreferenzstellung. Ein Mittel im Sinne der vorliegenden Erfindung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Mikroprozessoreinheit (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder
Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Ein Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper- und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann und damit insbesondere den Antrieb und/oder Roboter steuern, insbesondere regeln, kann. Ein Computerprogrammprodukt kann in einer Ausführung ein, insbesondere nicht-flüchtiges, Speichermedium zum Speichern eines Programms bzw. mit einem darauf gespeicherten Programm aufweisen, insbesondere sein, wobei ein Ausführen dieses Programms ein System bzw. eine Steuerung, insbesondere einen Computer, dazu veranlasst, ein hier beschriebenes Verfahren bzw. einen oder mehrere seiner Schritte auszuführen.
In einer Ausführung werden ein oder mehrere, insbesondere alle, Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchgeführt, insbesondere durch das System bzw. sein(e) Mittel.
In einer Ausführung weist das System die Zange und/oder den Roboter auf. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
Fig. 1 : ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 2: ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 zeigt ein System nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung mit einem Roboter 20, an dessen Flansch eine Zange 10 befestigt ist, die einen Antrieb 1 1 aufweist, der einen Zangenarm 12 in verschiedene Antriebsstellungen x bewegt.
Zangenantrieb 1 1 und Roboter 20 werden durch eine Robotersteuerung 30 gesteuert bzw. -regelt, wobei in einer Abwandlung beide auch durch voneinander getrennte Steuerungen gesteuert bzw. -regelt werden können.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Schritt S10 wird bei leerer, geöffneter Zange, beispielsweise einer Antriebsstellung x = 0 (vgl. Fig. 1 ), ein Zähler i genullt und ein maximal( zulässig)es Antriebsdrehmoment Tmax für den Antrieb 1 1 auf einen initialen, sehr kleinen Wert Tmax,0 gesetzt.
Anschließend wird in einem Schritt S20 eine Sollzustellung Axson, beispielsweise Axson = 10 mm, kommandiert und in einem Schritt S30 geprüft, ob sich die Zange bewegt.
Aufgrund des anfänglich auf den sehr kleinen Wert Tmax,0 begrenzten
Antriebsdrehmoments ist dies zunächst nicht der Fall (S30:„N"). Daher wird in einem Schritt S35 das maximal( zulässig)e Antriebsdrehmoment Tmax in kleinen Schritten AT erhöht, bis die Zange aufgrund der kommandierten Sollzustellung Axson beginnt, sich zu bewegen (S30:„Y").
Nun fährt die Zange mit weiterhin auf einen geringen Wert begrenzten
Antriebsdrehmoment zu, das gerade die Haftreibung überwindet, und zwar solange, bis entweder in einem Schritt S40 erfasst wird, dass die kommandierte Sollzustellung Axson bereits zu einem vorgegebenen Prozentsatz α erreicht worden ist (S40:„Y"), beispielsweise zu wenigstens 95%, oder in einem Schritt S50 erfasst wird, dass die Drehmomentbegrenzung erreicht ist und die Zange entsprechend angehalten hat (S50:„Y"). Wird erfasst, dass die kommandierte Sollzustellung Axson bereits zu einem
vorgegebenen Prozentsatz α erreicht worden ist (S40:„Y"), ohne vorher aufgrund der Drehmomentbegrenzung gestoppt worden zu sein, so war die Zange ursprünglich zu weit geöffnet.
Entsprechend wird dann die Zange in einem Schritt S45 um einen bestimmten Betrag ß, beispielsweise 5mm, aufgefahren, und das Verfahren, beginnend mit Schritt S10, erneut durchgeführt.
Wird erfasst, dass die Drehmomentbegrenzung erreicht ist und die Zange gestoppt hat (S50:„Y"), ohne die Sollzustellung zu dem vorgegebenen Prozentsatz α erreicht zu haben, ist die Zange geschlossen, wobei ein Betätigungsdrehmoment in Höhe des maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoments Tmax wirkt. Dies kann in einer
Abwandlung auch dadurch erfasst werden, dass geprüft wird, ob sich die Zange bzw. der Antrieb noch bewegt (S50:„dx/dt = 0?").
Das Betätigungsdrehmoment in Höhe des aktuell maximal( zulässig)en
Antriebsdrehmoments Tmax wird zusammen mit der erfassten vorläufigen
Schließstellung x0 des Antriebs in einem Schritt S60 gespeichert.
Da eine vorgegeben Mindestwiderholungszahl von n > 2 in diesem ersten Durchlauf (i = 0) noch nicht erreicht ist, wird in einem Schritt S60 die Zange um einen kleinen vorgegebenen Betrag γ wieder geöffnet, der Zähler i um 1 inkrementiert und das maximal( zulässig)e Antriebsdrehmoment gegenüber dem Betätigungsdrehmoment bzw. aktuellen maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoment um einen Faktor δ, beispielsweise um 50% (δ=1 ,5) erhöht.
Nun kehrt das Verfahren zu Schritt S20 zurück, in dem wieder die Sollzustellung Axson kommandiert wird. Aufgrund des erhöhten maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoments wird dabei die Haftreibung überwunden (S30:„Y") und aufgrund der Öffnung der Zange um den kleinen vorgegebenen Betrag γ gegenüber der bereits erreichten Schließstellung die kommandierte Sollzustellung Axson nicht zu dem vorgegebenen Prozentsatz α erreicht (S40:„N"), bevor die Zange erneut schließt. In einer Abwandlung können die
Prüfungen der Schritte S30, S40 bei den auf das oben beschriebene initiale Ermitteln der vorläufigen Schließposition mit i = 0 folgenden Durchläufen auch entfallen.
Aufgrund des erhöhten maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoments stellt der Antrieb jedoch noch weiter zu und beaufschlagt die erneut geschlossene Zange dabei unter geringer elastischer Deformation mit einem ersten Antriebsdrehmoment ΤΊ in Höhe des aktuell (vorgegebenen) maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoments Tmax.
Dieses wird zusammen mit der erfassten ersten Antriebsstellung X des Antriebs in Schritt S60 gespeichert. Bei der vorstehend erläuterten Grobbestimmung der
Schließposition und des dabei wirkenden Betätigungsdrehmoments (i = 0) als
Ausgangspunkt für diese Beaufschlagung mit dem ersten Antriebsdrehmoment ΤΊ (i = 1 ) kann diese Speicherung entfallen.
Dann wird das Verfahren, beginnend mit Schritt S75 wiederholt, wobei die Zange wieder um γ geöffnet, der Zähler i auf 2 inkrementiert und das maximal( zulässig)e Antriebsdrehmoment gegenüber dem ersten Antriebsdrehmoment ΤΊ bzw. aktuellen maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoment um den Faktor δ erhöht wird.
Dabei stellt der Antrieb aufgrund des erneut erhöhten maximal( zulässig)en
Antriebsdrehmoments noch weiter zu und beaufschlagt die erneut geschlossene Zange dabei unter elastischer Deformation nun mit einem zweiten
Antriebsdrehmoment T2 in Höhe des nun aktuell (vorgegebenen)
maximal( zulässig)en Antriebsdrehmoments Tmax.
Dieses wird zusammen mit der erfassten ersten Antriebsstellung x2 des Antriebs in Schritt S60 gespeichert.
Ist die Anzahl der vorgegebenen Durchläufe n zur Erfassung von Antriebsstellungen bei Beaufschlagung mit Antriebsdrehmomenten erreicht, beispielsweise die vorstehend beschriebenen Durchläufe i = 1 , 2, wird in einem Schritt S80 die
Antriebsreferenzstellung x0 für das Schließen der Zange auf Basis dieser
Antriebsstellungen und -drehmomente Xi , ΤΊ , x2, T2, ... ermittelt, beispielsweise bei den vorstehend beschriebenen 2 Durchläufen durch lineare Extrapolation gemäß obiger Gleichung (1 ).
Gleichermaßen können in vorstehend beschriebener Weise noch weitere Durchläufe i = 3, ... durchgeführt und dann die Antriebsreferenzstellung x0 mithilfe einer
Ausgleichsrechnung ermittelt werden, beispielsweise gemäß obiger Gleichung (2).
Zur Bestimmung einer Dicke eines Bauteils, insbesondere Kraftsensors zum
Kalibrieren des Antriebs, wird, wie in Fig. 1 gestrichelt angedeutet, nach der oben beschriebenen Ermittlung der (ersten) Antriebsreferenzstellung x0 für das Schließen der (leeren) Zange das oben beschriebene Verfahren erneut durchgeführt, wobei die Zange jedoch beim Schließen das Bauteil bzw. den Kraftsensor 40 fasst und hierfür analog eine zweite Antriebsreferenzstellung x'0 und die Dicke als Differenz x0 - x'o ermittelt wird.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen
Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die
Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die
Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten
Merkmalskombinationen ergibt. Bezugszeichenliste
Zange
Antrieb
Zangenarm
Roboter
Robotersteuerung
Kraftsensor (Bauteil)
Antriebsstellung

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Ermitteln einer Antriebsreferenzstellung (x0) eines Antriebs (1 1 ) einer Zange (10), mit den Schritten:
- Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer ersten Antriebskraft;
- Erfassen einer dabei erreichten ersten Antriebsstellung des Antriebs;
- Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer
größeren zweiten Antriebskraft;
- Erfassen einer dabei erreichten zweiten Antriebsstellung des Antriebs; und
- Ermitteln der Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange auf Basis der ersten und zweiten Antriebskraft und der erfassten ersten und zweiten Antriebsstellung.
Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Schritte:
- Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit wenigstens einer weiteren Antriebskraft, die größer als die zweite Antriebskraft ist; und
- Erfassen einer dabei erreichten weiteren Antriebsstellung des Antriebs;
wobei die Antriebsreferenzstellung auf Basis der ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren Antriebskraft und der erfassten ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren Antriebsstellung ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die geöffnete Zange zum Beaufschlagen mit der ersten, zweiten und/oder wenigstens einen weiteren Antriebskraft mithilfe des Antriebs geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die vorhergehenden Schritte:
- Ermitteln einer Schließposition durch Schließen der Zange; und
- Bestimmen einer dabei wirkenden Betätigungskraft des Antriebs;
wobei die erste, zweite und/oder wenigstens eine weitere Antriebskraft auf Basis dieser Betätigungskraft vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zweite und/oder wenigstens eine weitere Antriebskraft mithilfe einer Antriebsbegrenzung vorgegeben und/oder die Betätigungskraft mithilfe einer Antriebsbegrenzung bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb zum Schließen und/oder Beaufschlagen der Zange auf Basis einer vorgegebenen Sollzustellung betätigt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsreferenzstellung mithilfe einer linearen Extrapolation mit der ersten und zweiten Antriebskraft und Antriebsstellung oder einer
Ausgleichsrechnung mit der ersten, zweiten und wenigstens einen weiteren Antriebskraft und Antriebsstellung ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb auf Basis der ermittelten Antriebsreferenzstellung gesteuert wird.
9. Verfahren zum Ermitteln einer Dicke eines Bauteils, insbesondere Kraftsensors (40), mithilfe einer Zange, mit den Schritten:
- Ermitteln einer ersten Antriebsreferenzstellung für das Schließen der leeren Zange nach einem der vorhergehenden Ansprüche;
- Ermitteln einer zweiten Antriebsreferenzstellung für das Fassen des Bauteils mit der Zange nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und
- Ermitteln der Dicke des Bauteils auf Basis einer Differenz der ersten und
zweiten Antriebsreferenzstellung.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb auf Basis der ermittelten Dicke des Kraftsensors kalibriert wird.
1 1 . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zange an einem Roboter (20) angeordnet ist. 12. System (10 - 30) zum Ermitteln einer Antriebsreferenzstellung (x0) eines Antriebs (1 1 ) einer Zange (10) und/oder einer Dicke eines Bauteils (40), insbesondere Kraftsensors, mithilfe einer Zange, das zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist und/oder aufweist: - Mittel zum Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer ersten Antriebskraft;
- Mittel zum Erfassen einer dabei erreichten ersten Antriebsstellung des Antriebs;
- Mittel zum Beaufschlagen der geschlossenen Zange mithilfe des Antriebs mit einer größeren zweiten Antriebskraft;
- Mittel zum Erfassen einer dabei erreichten zweiten Antriebsstellung des
Antriebs; und
- Mittel zum Ermitteln der Antriebsreferenzstellung für das Schließen der Zange auf Basis der ersten und zweiten Antriebskraft und der erfassten ersten und zweiten Antriebsstellung
13. Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode, der auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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