HAEUSLER, Kurt (Bogengasse 8, 4400 Steyr, AT)
SONNTAG, Achim (Allertingerstrasse 23, Tiefenbach, 94113, DE)
HAEUSLER, Kurt (Bogengasse 8, 4400 Steyr, AT)
| Ansprüche 1. Roboter zur automatischen 3D-Vermessung beliebiger Körper, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers, mit einer Sensorik (2), wobei zur Bewegung des Körpers relativ zu der Sensorik (2) der Roboter und/oder ein beweglicher Messarm (1), Messausleger oder dgl., der den Körper trägt, eine Bahn beschreibt, dadu rch geken nzeichnet, dass die Sensorik (2) mindestens einen Messsensor (3) und mindestens einen Kompensationssensor (4) umfasst, wobei die Position des Kompensationssensors (4) zum Messsensor (3) konstant oder bekannt ist, wobei die Differenz zwischen einem Messergebnis des Kompensationssensors (4) gegenüber einem Referenzteil (6) oder gegenüber einem bereits vermessenen Teil (7) und der bekannten Kontur des Referenzteils (6) oder des bereits vermessenen Teils (7) als Ungenauigkeit der Roboterbewegung zur Kompensation des aus der ungenauen Roboterbewegung resultierenden Messfehlers des Messsensors (3) dient. 2. Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (7) und das Referenzteil (6) starr zueinander angeordnet bzw. miteinander verbunden sind oder dass die Position des Referenzteils (6) relativ zum Teil in (7) bekannt ist. 3. Roboter zur automatischen 3D-Vermessung beliebiger Körper, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers, mit einer vom Roboter getragenen Sensorik (2), wobei zur Bewegung der Sensorik (2) relativ zu dem Körper der Roboter und/oder ein beweglicher Messarm (1), Messausleger oder dgl., der die Sensorik (2) trägt, eine Bahn beschreibt, dad urch geken nzeich net, dass die Sensorik (2) mindestens einen Messsensor (3) und mindestens einen Kompensationssensor (4) umfasst, wobei die Position des Kompensationssensors (4) zum Messsensor (3) konstant oder bekannt ist, wobei die Differenz zwischen einem Messergebnis des Kompensationssensors (4) gegenüber einem Referenzteil (6) oder gegenüber einem bereits vermessenen Teil (7) und der bekannten Kontur des Referenzteils (6) oder des bereits vermessenen Teils (7) als Ungenauigkeit der Roboterbewegung zur Kompensation des aus der ungenauen Roboterbewegung resultierenden Messfehlers des Messsensors (3) dient. 4. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor (3) und der Kompensationssensor (4) starr zueinander angeordnet bzw. miteinander verbunden sind. 5. Roboter nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor (3) und der Kompensationssensor (4) mit Freiheitsgraden zueinander angeordnet bzw. miteinander verbunden sind. 6. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Kompensationssensor (5) vorgesehen ist, um die Lage des ersten Kompensationssensors (4) zum Messsensor (3) zu überwachen und etwaige Lageänderungen zu kompensieren. 7. Roboter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Kompensationssensor (5) an oder im Bereich der Kopplung zwischen dem Messsensor (3) und dem Kompensationssensor (4) angeordnet ist. 8. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mess- und Kompensationssensoren (3, 4, 5) vorgesehen sind. 9. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (3, 4, 5) als kontaktlos arbeitende Wegsensoren ausgeführt sind. 10. Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vermessung bzw. Auswertung unter Nutzung eines bildgebenden Verfahrens erfolgt. 11. Verfahren zur automatischen 3D-Vermessung beliebiger Körper (7) mittels Roboter, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers (7) unter Nutzung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine vom Roboter getragene Sensorik (2) relativ zu dem Körper (7) vorzugsweise durch einen beweglichen Messarm (1), Messausleger oder dgl. des Roboters entlang einer Bahn bewegt wird, wobei die Sensorik (2) mindestens einen Messsensor (3) und mindestens einen Kompensationssensor (4) umfasst, wobei die Position des Korn- pensationssensors (4) zum Messsensor (3) als konstant oder bekannt vorausgesetzt wird und wobei der aus der ungenauen Roboterbewegung resultierende Messfehler iterativ korrigiert bzw. kompensiert wird. 12. Verfahren zur automatischen 3D-Vermessung beliebiger Körper (7) mittels Roboter, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers (7) unter Nutzung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der vom Roboter getragene Körper (7), ggf. nebst Referenzteil (6), relativ zu der Sensorik (2), vorzugsweise durch einen beweglichen Messarm (1 ), Messausleger oder dgl. des Roboters entlang einer Bahn bewegt wird, wobei die Sensorik (2) mindestens einen Messsensor (3) und mindestens einen Kompensationssensor (4) umfasst, wobei die Position des Kompensationssensors (4) zum Messsensor (3) als konstant oder bekannt vorausgesetzt wird und wobei der aus der ungenauen Roboterbewegung resultierende Messfehler iterativ korrigiert bzw. kompensiert wird. 13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Vermessen zumindest eines Teils des Körpers (7) dienende Bahn für die anfängliche Bewegung des die Sensorik (2) tragenden Roboters vorgegeben oder berechnet wird. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere bzw. nächste Bahn aus dem jeweils aktuellen Messergebnis der Geometrie berechnet wird. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn des Roboters mittels des Kompensationssensors (4) überprüft und ein Fehler durch Vermessen eines Referenzobjekts (6) ermittelt wird, wobei die Differenz zwischen der bekannten Kontur des Referenzobjekts (6) und dem Messergebnis des Kompensationssensors (4) die Ungenauigkeit des Roboterbahnverlaufs definiert. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zwischen einem Messergebnis des Kompensationssensors (4) gegenüber dem Referenzobjekt (6) oder gegenüber einem bereits vermessenen Teil (7) und der bekannten Kontur des Referenzobjekts (6) oder des bereits vermessenen Teils (7) als Ungenauigkeit der Roboterbewegung zur Kompensation des aus der ungenauen Roboterbewegung resultierenden Messfehlers des Messsensors (3) verwendet wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der ermittelte Fehler im Ergebnis des Messsensors (3) zur Eliminierung der Ungenauigkeit berücksichtigt wird. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Mess- und Kompensationsvorgang ggf. mehrmals wiederholt wird. 19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei jeder Folgemessung das kompensierte Ergebnis des Messvorgangs aus dem vorangegangenen Schritt berücksichtigt wird. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn für den Roboter aus der Extrapolation des kompensierten Messergebnisses unter Berücksichtigung der Messbereiche der Sensoren (3, 4, 5) ermittelt wird. 21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung der Bahn eine Kollisionsvermeidung berücksichtigt. 22. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bahn derart berechnet wird, dass bei jeder Messung der Kompensationssensor (4) näherungsweise den Teil/Bereich des Körpers (7) eines vorangegangenen Messvorgangs und der Messsensor (3) einen neuen angrenzenden oder auch teilweise überlappenden Bereich misst. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die iterative Messung manuelle beendet wird. 24. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die iterative Messung automatisch beendet wird, wenn die Veränderung des Messergebnisses einen vorgebbaren Wert unterschreiten. 25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgebbare Wert durch Toleranzen des Systems vorgegeben ist. |
VERFAHREN
Die Erfindung betrifft einen Roboter zur automatischen 3D-Vermessung beliebiger Körper, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers, mit einer Sensorik, wobei zur Bewegung des Körpers relativ zu der Sensorik der Roboter und/oder ein beweglicher Messarm, Messausleger oder dgl., der den Körper trägt, eine Bahn beschreibt.
Ebenso betrifft die Erfindung einen Roboter zur automatischen 3D-Vermessung beliebiger Körper, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers, mit einer vom Roboter getragenen Sensorik, wobei zur Bewegung der Sensorik relativ zu dem Körper der Roboter und/oder ein beweglicher Messarm, Messausleger oder dgl., der die Sensorik trägt, eine Bahn beschreibt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur automatischen SD- Vermessung beliebiger Körper mittels Roboter, insbesondere zur Ermittlung geometrischer Maße eines Körpers unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl der Körper nebst Referenzteil als auch die Sensorik nebst Kompensationssensor dem Roboter bzw. Messarm oder Messausleger zugeordnet sein können.
In der industriellen Fertigung finden bereits seit vielen Jahren Roboter ihren Einsatz, bspw. in der Fahrzeugindustrie. U. a. werden Roboter, Manipulatoren oder ähnliche Maschinen mit angekoppelten Sensoren unterschiedlichster Technologie zur Ermittlung geometrischer Maße beliebiger Körper eingesetzt. Insbesondere bei Nutzung einer hoch auflösenden Sensorik ist es bislang erforderlich gewesen, in Bezug auf den Roboter einen enormen technischen Aufwand zu betreiben, um nämlich die Mechanik des Roboters der erforderlichen Präzision anzupassen. Dies ist äußerst aufwendig und gelingt nur bedingt.
Außerdem ist es bislang üblich, die Bewegungsbahnen des Roboters oder Roboterarms zur Bewegung der Sensorik über Software vorzugeben, wobei die Bewegungsbahn während des eigentlichen Messvorgangs festgelegt ist.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Auch ist es bereits bekannt, zur Definition von Bewegungsbahnen Kalibriermarken, vorzugsweise im unmittelbaren Umfeld von Messpunkten oder Messräumen, am Werkstück anzubringen, um die Messgenauigkeit des Roboters zu erhöhen. Besondere Kalibrierungen sind erforderlich. Lediglich beispielhaft sei dazu auf die DE 199 31 676 A1 verwiesen.
In der Praxis gibt es immer mehr Bedarf zur automatischen Vermessung von Körpern jedweder Art, insbesondere von produzierten Teilen, bspw. auch bei der sog. „Losgröße 1 Technologie". Dabei gilt es Teile unbekannter Geometrie reproduzierbar und zuverlässig, möglichst automatisch, zu vermessen. Mit einer sog. 3D-Mes- sung soll möglichst ein Standardroboter genutzt werden, der mit Hilfe von Wegsensoren und bildgebenden Verfahren die exakte Geometrie eines Körpers bestimmt, ohne diese zuvor auch nur annäherungsweise zu kennen.
Ausgehend von dem bekannten Roboter und dem dabei genutzten Verfahren zur automatischen 3D-Vermessung liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, sowohl den gattungsbildenden Roboter als auch das dabei genutzte Verfahren derart auszugestalten und weiterzubilden, dass insbesondere unter Nutzung eines Standardroboters, mit den dortigen Ungenauigkeiten im Bewegungsverlauf, ein hinreichend gutes Messergebnis erzielt werden kann, ohne einen weiteren Aufwand in Bezug auf eine präzisere Mechanik des Roboters betreiben zu müssen.
Voranstehende Aufgabe ist durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3 bezüglich des Roboters und durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 11 und 12 bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst.
Der erfindungsgemäße Roboter löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3. Danach ist der gattungsbildende Roboter dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorik mindestens einen Messsensor und mindestens einen Kompensationssensor umfasst, wobei die Position des Kompensationssensors zum Messsensor konstant oder bekannt ist, wobei die Differenz zwischen einem Messergebnis des Kompensationssensors gegenüber einem Referenzteil oder gegenüber einem bereits vermessenen Teil und der bekannten Kontur des Referenzteils oder des bereits vermessenen Teils als Ungenauigkeit der Roboterbewegung zur Kompensation des aus der ungenauen Roboterbewegung resultierenden Messfehlers des Messsensors dient.
In verfahrensmäßiger Hinsicht wird gemäß den nebengeordneten Patentansprüchen 11 und 12 ein erfindungsgemäßer Roboter genutzt, wobei vom Roboter entweder die Sensorik oder der zu vermessende Körper, ggf. nebst Referenzteil, getragen wird. Dies geschieht durch einen beweglichen Messarm, Messausleger oder dgl., wobei der Roboter entlang einer Bahn bewegt wird, wobei die Sensorik mindestens einen Messsensor und mindestens einen Kompensationssensor umfasst, wobei die Position des Kompensationssensors zum Messsensor als konstant oder bekannt vorausgesetzt wird und wobei der aus der ungenauen Roboterbewegung resultierende Messfehler iterativ korrigiert bzw. kompensiert wird.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, dass man zur automatischen 3D- Vermessung beliebiger Teile bzw. Körper, ungeachtet der bei einem Standardroboter auftretenden Ungenauigkeiten in der Bewegung, einen solchen Roboter ohne Weiteres verwenden kann, nämlich dann, wenn eine besondere Sensorik vorgesehen ist. Diese Sensorik umfasst mindestens einen Messsensor und mindestens einen Kompensationssensor. Die Position des Kompensationssensors zum Messsensor ist konstant oder - zu jedem Zeitpunkt - bekannt, da detektiert oder detektierbar. Diesbezügliche Einflüsse auf das Messergebnis lassen sich somit eliminieren.
Die Differenz zwischen einem Messergebnis des Kompensationssensors gegenüber einem Referenzteil oder gegenüber einem bereits vermessen Teil und der bekannten Kontur des Referenzteils oder des bereits vermessen Teils wird als Ungenauigkeit der Roboterbewegung erkannt und dient zur Kompensation des aus der ungenauen Roboterbewegung resultierenden Messfehlers des Messsensors.
In erfindungsgemäßer Weise werden somit die Ungenauigkeiten in der Roboterbahn hingenommen. An Stelle eines konstruktiven Aufwandes in der Robotermechanik werden die Ungenauigkeiten der Roboterbewegung kompensiert, wird nämlich der aus der ungenauen Roboterbewegung resultierende Messfehler des Messsensors kompensiert, wozu der Kompensationssensor dient. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es hier grundsätzlich um die 3D-Vermessung beliebiger Körper geht. Entsprechend lassen sich jedwede Sensortypen verwenden, bspw. kontaktlose Wegsensoren. Der konkrete Sensortyp spielt eine nur untergeordnete Rolle.
Des Weiteren sei angemerkt, dass der erfindungsgemäße Roboter entweder den zu vermessenden Körper, ggf. nebst Referenzteil, oder die Sensorik trägt. Wesentlich ist hier eine Relativbewegung zwischen dem zu vermessenden Körper, ggf. nebst Referenzteil, und der Sensorik. Beide Möglichkeiten einer Anordnung sind denkbar.
Für den Fall, dass der Körper, ggf. nebst Referenzteil, vom Roboter bewegt wird, ist es von Vorteil, dass der Körper bzw. das Teil und das Referenzteil starr zueinander angeordnet bzw. miteinander verbunden sind. Ebenso ist es denkbar, dass das Referenzteil abseits des Körpers bzw. des zu vermessenden Teils angeordnet ist, wobei die Position des Referenzteils relativ zu dem zu vermessenden Teil dann bekannt sein muss.
In vorteilhafter Weise sind Messsensor und Kompensationssensor starr zueinander angeordnet bzw. fest miteinander verbunden. Auch ist es denkbar, dass der Messsensor und der Kompensationssensor mit Freiheitsgraden zueinander angeordnet bzw. miteinander verbunden sind. Dabei ist es von weiterem Vorteil, wenn mindestens ein weiterer Kompensationssensor vorgesehen ist, um die Lage des ersten Kompensationssensors zum Messsensor zu überwachen und etwaige Lageänderungen zu kompensieren. Der weitere Kompensationssensor kann an oder im Bereich der Kopplung zwischen dem Messsensor und dem Kompensationssensor angeordnet sein.
Der weitere Kompensationssensor dient zur Überprüfung der Lage von Messsensor zu dem ersten Kompensationssensor, um nämlich die Relativlage zu überwachen und Änderungen in der Relativlage zu kompensieren. Damit können die beiden Positionen bzw. kann die Lage des Messsensors zum Kompensationssensor als konstant angenommen werden.
Des Weiteren sei angemerkt, dass mehrere Mess- und Kompensationssensoren vorgesehen sein können, je nach Anforderung. Der grundsätzliche Aufbau der Sen- sorik bleibt jedoch insoweit erhalten, als ein Konzept der Kompensation von Messfehlern aufgrund einer ungenauen Roboterbewegung bzw. einer ungenauen Roboterbahn realisiert ist.
Wie bereits zuvor erwähnt, können die Sensoren einheitlich, bspw. als kontaktlos arbeitende Wegsensoren, ausgeführt sein. Außerdem erfolgt die Vermessung bzw. Auswertung unter Nutzung eines sog. bildgebenden Verfahrens auf übliche Weise.
Zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein erfindungsgemäßer Roboter genutzt, wobei es entsprechend den voranstehenden Ausführungen um die Fehlerkompensation aufgrund der ungenauen Roboterbewegung geht. Dieser Fehler wird iterativ korrigiert bzw. kompensiert. Auch hier ist zu beachten, dass entweder die Sensorik oder der zu vermessende Körper bzw. das zu vermessende Teil und ggf. das Referenzteil durch den Roboter bewegt werden. Wesentlich ist die so definierte Relativbewegung zwischen den zu vermessenden Körpern und der Sensorik.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die zum Vermessen zumindest eines Teils des Körpers dienende Bahn (Roboterbahn) für die anfängliche Bewegung des die Sensorik tragenden Roboters vorgegeben oder berechnet, um nämlich das Verfahren zu beginnen. Die weitere bzw. nächste Bahn wird aus dem jeweils aktuellen Messergebnis der Geometrie berechnet.
Im Detail wird die Bahn des Roboters mittels Kompensationssensor überprüft. Ein Fehler wird anfänglich durch Vermessen eines Referenzobjektes ermittelt, wobei die Differenz zwischen der bekannten Kontur des Referenzobjekts und dem Messergebnis des Kompensationssensors die Ungenauigkeit des Roboterbahnverlaufs definiert.
Genauer gesagt wird die Differenz zwischen einem Messergebnis des Kompensationssensors gegenüber dem Referenzobjekt oder gegenüber einem bereits vermessen Teil und der bekannten Kontur des Referenzobjekts oder des bereits vermessen Teils als Ungenauigkeit der Roboterbewegung zur Kompensation des aus der ungenauen Roboterbewegung resultierenden Messfehlers des Messsensors verwendet, so dass letztendlich die aus der Ungenauigkeit der Roboterbewegung re- sultierenden Messfehler insgesamt kompensierbar sind. Somit dient der ermittelte Fehler im Ergebnis des Messsensors zur Eliminierung der Ungenauigkeit.
Bereits zuvor ist erwähnt worden, dass das Verfahren iterativ arbeitet. Entsprechend wird der Mess- und Kompensationsvorgang ggf. mehrmals wiederholt, wobei bei jeder Folgemessung das kompensierte Ergebnis des Messvorgangs aus dem vorangegangenen Schritt berücksichtigt wird.
Die Bahn für den Roboter wird aus der Extrapolation des kompensierten Ergebnisses unter Berücksichtigung der Messbereiche der verwendeten Sensoren ermittelt. Außerdem empfiehlt es sich, eine Kollisionsvermeidung zu berücksichtigen, wobei diese in der Berechnung der Roboterbahn berücksichtigt wird.
Die Bahn, die vom Roboter bzw. Roboterarm mit der Sensorik zurückgelegt wird, wird derart berechnet, dass bei jeder einzelnen Messung der Kompensationssensor näherungsweise den Teil/Bereich des Körpers eines vorangegangenen Messvorgangs misst und der Messsensor einen neuen, angrenzenden oder auch teilweise überlappenden Bereich des gleichen Körpers oder eines anderen Körpers misst. Die Messung des Kompensationssensors bzw. dessen Messergebnis dient zur Fehlerkorrektur.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die iterative Messung manuell beendet wird. Ebenso ist es denkbar, dass eine automatische Beendigung der iterativen Messung vorgesehen ist, nämlich dann, wenn die Veränderung des Messergebnisses einen vorgebbaren Wert unterschreitet. Dieser vorgebbare Wert könnte durch die Toleranz des Systems definiert sein.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 9 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigen in einer schematischen Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters mit Sensorik, den Gegenstand aus Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht, in einer schematischen Prinzipskizze die grundsätzliche Anordnung der durch den Roboter getragenen Sensorik gegenüber einem Referenzobjekt und einem Messobjekt, in einer schematischen Ansicht die grundsätzliche Anordnung einer weiteren Ausführungsform der durch den Roboter getragenen Sensorik gegenüber einem Messobjekt in unterschiedlichen Bereichen, in einer schematischen Ansicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Messung mit einem Laser-Triangulationsscanner erfolgt und in einer schematischen Ansicht eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der das Messobjekt und das Referenzobjekt vom Roboter bewegt werden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Roboter zur automatischen SD- Vermessung beliebiger Körper, wobei diese Körper in den Fig. 1 und 2 nicht gezeigt sind. Der Roboter umfasst einen Messarm 1 , der die Sensorik 2 trägt.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Ansicht die Sensorik 2, die einen Messsensor 3 sowie zwei Kompensationssensoren 4, 5 umfasst.
Der Messsensor 3 und der erste Kompensationssensor 4 sind mit Freiheitsgraden mechanisch miteinander gekoppelt, wobei im Bereich der Kopplung der zweite Kompensationssensor 5 angeordnet ist. In der nachfolgenden Beschreibung der Funktionsweise bzw. des Verfahrens sind die beiden Kompensationssensoren 4, 5 als Kompensationssensoren erster und zweiter Ordnung bezeichnet. Fig. 3 zeigt des Weiteren, dass der erste Kompensationssensor 4 (Kompensationssensor erster Ordnung) gegen ein Referenzobjekt 6 misst. Der eigentliche Messsensor 3 misst gegen die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 7.
Der zweite Kompensationssensor 5 (Kompensationssensor zweiter Ordnung) dient zur Überwachung der Lage des Messsensors 3 und des Kompensationssensors 4, um nämlich Abweichungen bzw. Veränderungen in der Lage der beiden Sensoren 3, 4 zueinander zu ermitteln und letztendliche zu kompensieren. Damit kann die Lage der beiden Sensoren 3, 4 zueinander als konstant angenommen werden.
Fig. 4 zeigt in einer weiteren schematischen Anordnung die Sensorik 2, nämlich den Messsensor 3, den ersten Kompensationssensor 4 und den zweiten Kompensationssensor 3, wobei der Messsensor 3 und der Kompensationssensor 4 gegen die Oberfläche des zu vermessenden Objekts 7 misst. Der Kompensationssensor 4 vermisst dabei im Konkreten einen Bereich der Fläche des zu vermessenden Objekts 7, der zuvor bereits vom Messsensor 3 vermessen worden ist, so dass diesbezügliche Referenzwerte zum Vergleich und somit zur Erfassung des Fehlers, bedingt durch die Roboterbahn, existieren.
Bei dem der Erfindung zugrunde liegenden Konzept sind zwei wesentliche Gesichtspunkte von Bedeutung:
Der Roboter nutzt keine Bahnen, die bspw. von einem Programmierer vorgegeben sind. Vielmehr wird aus dem jeweils aktuellen Messergebnis der Geometrie die nächste Roboterbahn berechnet. Damit lassen sich Produkte bzw. Teile vermessen, die mit großer Varianz gefertigt werden. Es ist sogar eine automatische Vermessung möglich, auch für die sog.„Losgröße 1 Technologie".
Zur Kompensation des geometrischen Fehlers, der aufgrund der Ungenauigkeit des Roboters entsteht, verfügt das erfindungsgemäße System über einen zweiten oder gar über mehrere zusätzliche Sensoren, deren Position zum Messsensor bekannt ist oder konstant gehalten wird. Diese zusätzlichen Sensoren sind hier als Kompensationssensoren bezeichnet. Sie werden klassifiziert als Kompensationssensoren erster und zweiter Ordnung. Der Kompensationssensor zweiter Ordnung dient zur Überwachung der Lage von Messsensor zu Kompensationssensor erster Ordnung und letztendlich zur Kompensierung etwaiger Abweichungen in der Lage. Folglich kann die Lage als konstant angenommen werden.
Die Funktion des Kompensationssensors erster Ordnung ist letztendlich verantwortlich für die Inspektion bzw. Vermessung in zwei Schritten:
Schritt 1 :
Im ersten Schritt wird eine Bahn für den Roboter ermittelt, um einen ersten Teil des bzw. Bereich des geometrischen Objekts zu vermessen. Während dieses Messvorgangs überprüft der Kompensationssensor erster Ordnung die vorgegebene Bahn des Roboters, indem er ein geeignetes Referenzobjekt vermisst. Insoweit sei verwiesen auf Fig. 3.
Die Differenz zwischen der bekannten Kontur des Referenzobjekts und dem Messergebnis des Kompensationssensors entspricht der Ungenauigkeit des Roboterbahnverlaufs. Durch Berücksichtung dieses Resultats im Ergebnis des Messsensors kann diese Ungenauigkeit auf geeignete Weise eliminiert werden.
Schritt 2:
Für den zweiten Schritt liegt das kompensierte Ergebnis des vorangegangenen Vorgangs vor. Aus der Extrapolation dieses Ergebnisses wird automatisch eine Bahn für den Roboter unter Berücksichtung der Messbereiche der Sensoren, ggf. auch unter Berücksichtigung einer Kollisionsvermeidung, ermittelt. Diese Bahn ist so gestaltet, dass der Kompensationssensor erster Ordnung näherungsweise den Teil des Körpers des vorangegangenen Vorgangs und der Messsensor einen sich anschließenden bzw. angrenzenden oder aber auch teilweise überlappenden Bereich misst. Hierzu sei verwiesen auf Fig. 4.
Der Messvorgang ist beendet, wenn er manuell abgebrochen wird. Auch ist eine automatische Beendigung denkbar, bspw. dann, wenn Veränderungen des Ergebnisses nur noch marginal sind und/oder eine durch die Toleranz vorgegebenen Schranke unterschreiten. Unter Bezugnahme auf Figur 5 sei die Erfindung anhand einer Messung mittels Laser-Triangulationsscanner 8 erörtert. Im Konkreten lässt sich ein Laser- Triangulationsscanner 8 als Mess- und Kompensationssensor verwenden. Derartige Sensoren projizieren eine Laserzeile 9 auf das Messobjekt 7. Das Abbild der Laserzeile 9 wird auf eine Detektormatrix 10 abgebildet. Mittels des bekannten Triangulations-Prinzips kann daraus der Abstand des Messobjekts 7 entlang der Laserzeile 9 relativ zum Sensor bestimmt werden. Damit kann mit derartigen Sensoren eine hohe Messgenauigkeit in z- und in x-Richtung erreicht werden. Die Genauigkeit in z-Richtung ist sehr hoch, da diese Richtung aufgrund des Triangulations-Prinzips sehr genau bestimmt werden kann. Die Genauigkeit in x- Richtung ist ebenfalls hoch, da diese im Wesentlichen durch die Anzahl der Pixel des Empfängers im Sensor bestimmt ist. Derartige Scanner 8 erfassen jedoch Messwerte nur in 2 Richtungen (Dimensionen), so dass die 3. Richtung, in diesem Falle die y-Richtung, durch die Relativbewegung zwischen dem Messobjekt 7 und dem Sensor 8 erfasst wird.
Der Roboter bewegt das Messobjekt 7 derart am Sensor 8 vorbei, dass die Laserzeile 9 das Messobjekt 7 überstreicht. Aus der zeitlichen Abfolge von Messwerten in y-Richtung kann somit auch diese gemessen werden. Da jedoch die Roboterbahn die bereits erwähnten Ungenauigkeiten aufweist, muss diese kompensiert werden. Dazu wird beispielsweise die bekannte Geometrie des Referenzobjekts herangezogen. Durch das Vermessen der Spur entlang des Referenzobjekts und Aufnehmen der z-Werte kann bei geeigneter Gestalt des Referenzobjekts die Bewegung in y-Richtung erfasst werden.
Das Referenzobjekt muss derart ausgeführt sein, dass es mit dem Kompensationssensor in geeigneter Weise vermessen werden kann. Bei Verwendung von Weg- oder Abstandssensoren muss es beispielsweise eine bekannte Geometrie aufweisen, so dass bei der Vermessung des Referenzobjekts mit einem Weg- oder Positionssensor der tatsächliche Messwert ermittelt werden kann. Aus der Differenz des tatsächlichen Messwerts von der bekannten Geometrie des Referenzobjekts wird dann auf die Ungenauigkeit der Roboterbahn geschlossen.
Die Gestalt des Referenzobjekts könnte jedoch auch ein Muster in Form eines Farb- , Graustufen- oder Schwarz-Weiss-Kontrasts enthalten. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Sensorik bildgebende Sensoren enthält. Weiterhin denkbar ist die Anordnung von lichtempfindlichen Detektoren auf dem Referenzobjekt. So könnte das Referenzobjekt beispielsweise neben der bekannten Geometrie noch Photodioden oder lichtempfindliche Zeilen, beispielsweise PSD-Zeilen, CCD-Zeilen oder CMOS-Zeilen enthalten. Diese lichtempfindlichen Detektoren erkennen einen Lichtstrahl, der auf sie fällt. Dies ist dann besonders vorteilhaft, wenn die Sensorik Sensoren enthält, die eine Positionsmessung mit Licht (oder allgemeiner elektromagnetischer Strahlung) durchführen. Bei Verwendung von Laser- Triangulationsscannern könnte beispielsweise das Referenzobjekt eine CCD-Zeile enthalten, die in Bewegungsrichtung des Roboters angeordnet ist. Wenn der Roboter die Sensorik am Messobjekt vorbeibewegt, in diesem Falle in y-Richtung, dann überstreicht die Laserlinie die Pixel der CCD-Zeile. Durch Auswertung des CCD-Zeilensignals kann dann die Position der Laserlinie entlang der Bewegungsrichtung detektiert werden, woraus die y-Position mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann. Diese genau Bestimmung der y-Richtung sowie die bereits erwähnte hohe Genauigkeit in z- und x-Richtung erlaubt es dann, die Ungenauigkeiten der Roboterbahn zu kompensieren.
Eine beliebige Kombination unterschiedlicher Merkmale ist bei der Ausgestaltung des Referenzobjekts denkbar, je nachdem, welche Sensorik zum Einsatz kommt.
In weiter erfindungsgemäßer Weise ist erkannt worden, dass auch eine umgekehrte Anordnung/Funktion denkbar ist, wonach nämlich die Sensorik 2 nicht am Roboter 1 selbst angebracht ist. Insoweit sei verwiesen auf Figur 6. So lässt sich der Roboter 1 dazu verwenden, Objekte 7 zu bewegen, beispielsweise zu transportieren, aus Behältern zu entnehmen oder zu sortieren. Dazu wird das Objekt 7 vom Roboter 1 , beispielsweise durch einen am Roboterarm angebrachten Greifer, gehalten. Diese Objekte 7 zu vermessen ist einfach möglich, indem der Roboter 1 das Objekt 7 an einer geeigneten Sensorik 2 vorbeibewegt. Die Sensorik 2 ist im Arbeitsbereich des Roboters 1 in definierter Position zum Roboter 1 angebracht. Dabei sind der Messsensor 3 und der Kompensationssensor 4 bzw. der Kompensationssensor 5 1. Ordnung fest zueinander in einer definierten Position angeordnet.
Alternativ könnte die Position von Messsensor und Kompensationssensor 1. Ordnung mit einem Kompensationssensor 2. Ordnung bestimmt werden. In jedem Falle ist aber die Position des Kompensationssensors 4 relativ zum Messsensor 3 bekannt oder bestimmbar.
Der Roboter 1 trägt mit seinem Greifer das Messobjekt 7. Gleichzeitig ist neben dem Greifer ein Referenzobjekt 6 bekannter Geometrie angebracht. Der Roboter 1 bewegt das Messobjekt 7 derart durch das Messfeld der Sensorik 2, dass das Referenzobjekt 6 und das Messobjekt 7 sich im Messfeld der Sensorik 2 bewegen.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Roboters sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf den allgemeinen Teil der Beschreibung sowie auf die beigefügten Patentansprüche verwiesen.
Schließlich sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die voranstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele lediglich zur Erörterung der beanspruchten Lehre dienen, diese jedoch nicht auf die Ausführungsbeispiele einschränken.
Bezugszeichenliste
1 Messarm, Roboter
2 Sensorik
3 Messsensor
4 Kompensationssensor (erster Odrnung)
5 Kompensationssensor (zweiter Ordnung)
6 Referenzobjekt
7 zu vermessendes Objekt, Teil, Messobjekt
8 Laser-Triangulationsscanner, Scanner, Sensor
9 Laserzeile
10 Detektormatrix
11 Linienoptik
12 Bewegungsrichtung
13 Empfangsoptik
Next Patent: MIXTURE OF VOLCANIC AND MINERAL RAW MATERIALS, PLANT SUBSTRATE, AND SOIL LAYER