DE29911187U1

DE29911187U1 - Meßkörper zum Kalibrieren von Meßrobotern

Info

Publication number: DE29911187U1
Application number: DE29911187U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 1999-06-26
Filing date: 1999-06-26
Publication date: 1999-08-26
Anticipated expiration: 2009-06-27

Description

• ·

Anmelder:

KUKA Schweissanlagen GmbH Blücherstraße 144 D-86165 Augsburg

Vertreter:

Patentanwälte
Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke Dipl.-Ing. Klaus Ernicke Schwibbogenplatz 2b D-86153 Augsburg

Akte:

772-902 er/sto

Datum:

24.06.1999

BESCHREIBUNG Meßkörper zum Kalibrieren von Meßrobotern

Die Erfindung betrifft einen Meßkörper mit mindestens einer Meßmarke zum Kalibrieren von Meßrobotern mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Meßkörper sind aus der Praxis bekannt. Sie bestehen aus einer Platte oder einem anderen Tragkörper, an dem Meßmarken in Kegel-, Kugel- oder Würfelform angeordnet sind. Derartige Meßkörper sind für Meßroboter, die mit einer optischen Vermessungseinrichtung, insbesondere einem 3D-Sensor ausgestattet sind, nicht gut geeignet.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besseren Meßkörper aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.

Der erfindungsgemäße Meßkörper hat zumindest einige Meßmarken mit einer rotationssymmetrischen ebenen Kontur.

Durch diese Formgebung können die Meßmarken vom Meßroboter mit unterschiedlichen Orientierungen angefahren werden, wobei der vom Meßroboter mitgeführte 3D-Sensor oder eine andere optische Vermessungseinrichtung die Meßmarke jeweils aus einer anderen Richtung erfaßt. Durch die rotationssymmetrische Form erscheint die Meßmarke aus allen Orientierungen und Erfassungswinkeln der Vermessungseinrichtung stets gleich. Hierdurch genügen wenige Meßmarken, um den Meßroboter mit beliebig vielen Achsen unter beliebigen Orientierungen kalibrieren zu können. Trotz weniger Meßmarken können viele verschiedene Messungen durchgeführt werden, was eine Verbesserung und Optimierung der Fehlerzuordnung zu den verschiedenen

Roboterachsen und Roboterbauteilen ermöglicht. Dabei können mit wenig Aufwand nicht nur Fertigungsfehler der Achsen, sondern auch Dehnungen in den Roboterbauteilen aufgrund von Erwärmung und sonstige beliebige Fehlereinflüsse erfaßt, gemessen und zur Kalibrierung herangezogen werden.

Die Meßmarken sind vorzugsweise als kreisförmige Plättchen oder kreisförmige Öffnungen ausgebildet und befinden sich

&iacgr;&ogr; an stehenden und/oder liegenden Markenträgern oder sind direkt an einer entsprechend dicken Trägerplatte angebracht. Dadurch können die Meßmarken abwechselnd unterschiedlich orientiert angeordnet sein. Dies erhöht. die Orientierungsvielfalt des Meßroboters beim Anfahren der einzelnen Meßmarken und verbessert die Kalibrierung.

Der erfindungsgemäße Meßkörper kann sehr klein ausgebildet sein und beansprucht dadurch nur wenig Platz im Arbeitsraum des Meßroboters. Er läßt sich dadurch auch in Meßstationen mit beengten Raumverhältnissen installieren. Der Meßkörper kommt mit drei Meßmarken aus. In der bevorzugten Ausführungsform hat er für eine optimale Kalibrierung acht oder mehr Meßmarken.

Im Endeffekt ergibt sich eine maximale Ausnutzbarkeit der Orientierungs- und Kalibriermöglichkeiten des Meßroboters in Verbindung mit kurzen Wegen und einem niedrigen Zeitbedarf. Die Kalibrierung kann auch bei niedrigen Taktzeitvorgaben der Meßstation durchgeführt werden und kann dadurch öfter als beim Stand der Technik stattfinden, was die Meßgenauigkeit und die Meßsicherheit des Meßroboters erhöht.

Vorteilhaft ist auch die vergleichsweise einfache Fertigung des Meßkörpers. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

5	Figur	1:
	Figur	2:
	Figur	3:
10

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch dargestellt. Im einzelnen zeigen:

einen Meßroboter mit einem Meßkörper, den Meßkörper in Seitenansicht,

den Meßkörper in geklappter Draufsicht entsprechend Figur 2 und

Figur 4 und 5: eine Variante des Meßkörpers von Figur 2

und 3.

Figur 1 zeigt einen Meßroboter (1), der in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen mehrachsigen Industrieroboter, der sechs rotatorische Achsen besitzt. Er kann zusätzlich noch ein oder mehrere translatorische Achsen haben. Der Meßroboter (1) hat an der Roboterhand (6) eine optische Vermessungseinrichtung angeordnet, die in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein kann. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen

25 3D-Sensor.

Der Meßroboter (1) besitzt eine Steuerung (5) mit einer Recheneinheit, in der Kalibrierberechnungen mit bekannten Algorithmen durchgeführt werden können. Der 3D-Sensor (3) ist über eine Leitung mit der Steuerung (5) verbunden. Die Vermessungseinrichtung (3) beziehungsweise der 3D-Sensor werden zur Vermessung von Bauteilen, insbesondere Teilen von Fahrzeugkarosserien in Fertigungsanlagen eingesetzt.

Die Kalibrierung des Meßroboters (1) wird mit Hilfe eines Meßkörpers (2) durchgeführt, der in Figur 2 und 3 in größerer Detaillierung dargestellt ist. Der Meßkörper (2)

&Ggr;:

besteht aus einer Trägerplatte (11) oder einem anderen beliebigen Tragkörper mit mindestens einer ebenen Fläche, an der die nachfolgend näher erläuterten Meßmarken (7) angeordnet sind. Die Trägerplatte (11) ist mittels eines Gestells (12), z.B. einer Tragsäule ortsfest positionierbar angeordnet. Der fest positionierte Meßkörper (2) wird mit Bezug auf das maßgebliche Koordinatensystem der Meßstation, vorzugsweise das World-Koordinatensystem oder das Basis-Koordinatensystem des Meßroboters (1) in geeigneter Weise vermessen, so daß die Meßmarken (7) eine bekannte und sehr genau bestimmbare Position in diesem Koordinatensystem haben.

Der Meßkörper (2) hat auf der Oberfläche der Trägerplatte

(11) mehrere Meßmarken (7), die liegend und/oder stehend angeordnet sein können. Die Meßmarken (7) bilden Meßpunkte (10), die der Meßroboter (1) mit dem 3D-Sensor (3) mit unterschiedlichen Orientierungen seiner Achsen und Bauteile anfährt und vermißt. An jeweils einer Meßmarke

(7) können daher mehrere Messungen mit unterschiedlichen Roboterorientierungen durchgeführt werden. Dementsprechend ergeben sich aus einer Meßmarke (7) mehrere Meßpunkte (10). Vorzugsweise werden für eine Kalibrierung dreißig oder mehr Meßpunkte (10) am Meßkörper (2) aufgenommen.

Zumindest ein Teil der Meßmarken (7), vorzugsweise alle Meßmarken (7), haben eine rotationssymmetrische ebene Kontur. Die Meßmarken (7) können z.B. als kreisförmige dünne Plättchen oder als kreisförmige Öffnungen ausgebildet sein. Sie haben eine für den 3D-Sensor (3) erkennbare andere Farbe oder Helligkeit gegenüber der Umgebung. Sie sind insbesondere so gestaltet beziehungsweise angeordnet, daß der 3D-Sensor (3) die rotationssymmetrischen Ränder der Meßmarken (7) sicher gegenüber der Umgebung optisch erfassen und in ihrer Position und Ausrichtung vermessen kann. Beim Anfahren und Vermessen der Meßmarken (7) bewegt der Meßroboter (1) den

3D-Sensor (3) in Soll-Positionen mit Soll-Ausrichtungen gegenüber der bekannten Position und Ausrichtung der angefahrenen Meßmarke (7). Die Meßmarken (7) erscheinen dabei aus allen Blickrichtungen des 3D-Sensors (3) stets in gleicher Lage mit gleicher Form und Größe. Wenn dann der Meßroboter (1) durch Positionierfehler in seinen Achsen, durch thermisch bedingte Längenänderungen seiner Bauteile oder aus anderen Fehlergründen die Meßmarke (7) nicht an der erwarteten Position findet, sondern an einer

&iacgr;&ogr; anderen Stelle, läßt sich aus dem Versatz anhand bekannter Kalibrier-Algorithmen der Positionierfehler errechnen. Aus einer Vielzahl solcher Meß- und Rechenvorgänge können dann die vorhandenen Positionierfehler des Meßroboters (1) erfaßt und dem Meßroboter (1) unter entsprechender Korrektur seiner Maschinendaten kompensiert werden.

Im Ausführungsbeispiel von Figur 2 und 3 ist ein Teil der Meßmarken (7) an vorzugsweise senkrecht auf der Plattenoberfläche stehenden Markenträgern (9) angeordnet, die in geeigneter Weise auf einer relativ dünnen Trägerplatte (11) befestigt sind. Die Befestigung kann durch Kleben oder auf andere geeignete Weise erfolgen. Die liegenden Meßmarken (7) können direkt auf der Trägerplatte (11) als Plättchen oder als Bohrungen angebracht sein. Sie können sich aber auch in der gezeigten Ausführungsform auf liegenden Markenträgern (8) befinden. Die Meßmarken (7) haben vorzugsweise untereinander die gleiche Form und Größe. Vorzugsweise ist an jedem Markenträger (8,9) eine Meßmarke (7) angebracht.

Die Meßmarken (7) beziehungsweise ihre Markenträger (8,9) sind am Rand beziehungsweise Umfang der Trägerplatte (11) verteilt und mit gegenseitigem Abstand angeordnet. Die Verteilung kann im wesentlichen regelmäßig sein, wobei allerdings die Abstände teilweise differieren können. Die Anordnung der Meßmarken (7) ist vorzugsweise so getroffen, daß die Meßmarken (7) abwechselnd eine unterschiedliche

Orientierung aufweisen. Hierbei wechseln sich in Umfangsrichtung stehende und liegende Meßmarken (7) vorzugsweise ab. Die stehenden Meßmarken (7) sind zudem vorzugsweise an unterschiedlichen Seiten ihrer Markenträger (9) angeordnet. Die stehenden Markenträger

(9) sind zueinander jeweils um 90° verdreht. Die stehenden Meßmarken (7) weisen vorzugsweise alle nach außen, können aber auch anders orientiert sein.

Figur 4 und 5 zeigen eine Variante des Meßkörpers (2).

Dieser besteht aus einer dickeren Trägerplatte (11), auf deren Deck- und Seitenflächen die Meßmarken (7) direkt angebracht sind. Die Trägerplatte (11) ist aus einem geeigneten formbeständigen Material, z.B. aus einer temperatur- und verzugsfesten Leichtmetalllegierung gefertigt. Vorzugsweise haben die Meßmarken (7) die Form von kreisrunden flachen Öffnungen oder Vertiefungen, die beispielsweise eingefräst sind. Der Boden der Vertiefung kann eben sein. Alternativ können die Meßmarken (7) auch aus Plättchen, Farbmarkierungen oder dgl. bestehen. Die Vertiefungen beziehungsweise Meßmarken (7) können in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel von Figur 2 und 3 angeordnet und verteilt sein.

Der Meßkörper (2) hat für die gewünschte Fehlerzuordnung und die gezeigte Roboterkinematik wenigstens drei Meßmarken (7) oder Meßpunkte (10). Für eine Roboterkinematik mit weniger Freiheitsgraden können auch weniger Meßmarken (7) bzw. Meßpunkte (10) genügen. In der bevorzugten Ausführungsform sind für den gezeigten Meßroboter (1) in einer optimierten Ausgestaltung acht oder mehr Meßmarken (7) bzw. Meßpunkte (10) mit unterschiedlicher Position und Orientierung vorhanden. Deren Zahl kann auch größer als acht sein.

Der Meßkörper (2) bzw. seine Trägerplatte (11) hat eine vergleichweise geringe Ausdehnung und besitzt in der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform mit der im wesentlichen quadratischen Plattenform eine Kantenlänge von ca. 500 - 600 mm. Mit seinem Säulenfuß baut der Meßkörper (2) dadurch so klein, daß er innerhalb der Meßstation an beliebig geeigneten Stellen im Arbeitsbereich des Meßroboters (1) untergebracht werden kann. Dabei können innerhalb der Meßstation auch mehrere

&iacgr;&ogr; solcher Meßkörper (2) vorhanden sein. Dies gilt insbesondere, wenn der Meßroboter (1) ein oder mehrere zusätzliche translatorische Verfahrachsen besitzt.

Abwandlungen des gezeigten Ausführungsbeispiels sind in verschiedener Weise möglich. Zum einen kann die Ausbildung des Tragkörpers bzw. der Trägerplatte (11) sowie die Gestaltung der Markenträger (8,9) variieren. Veränderbar ist auch die Positionierung und Orientierung der Meßmarken (7) bzw. ihrer Markenträger (8,9) am Meßkörper (2). Auch die Abmessungen können verschieden sein.

BEZUGSZEICHENLISTE

1	Meßroboter
2	Meßkörper, Meßplatte
3	Sensor
4	Sensorstrahl
5	Steuerung
6	Roboterhand
7	Meßmarke
8	Markenträger, liegend
9	Markenträger, stehend
10	Meßpunkt
11	Trägerplatte
12	Gestell

Claims

1. Meßkörper mit mindestens einer Meßmarke zum Kalibrieren von Meßrobotern mit einer mitbewegten optischen Vermessungseinrichtung, insbesondere einem 3D-Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Meßmarken (7) eine rotationssymmetrische ebene Kontur aufweisen.

2. Meßkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken (7) als kreisförmige Plättchen oder Öffnungen ausgebildet sind.

3. Meßkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken (7) an mehreren einzelnen stehenden und/oder liegenden Markenträgern (8, 9) am Meßkörper (2) angeordnet sind.

4. Meßkörper nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken (7) direkt am Meßkörper (2) angebracht sind.

5. Meßkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmarken (7) abwechselnd unterschiedlich orientiert angeordnet sind.

6. Meßkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) mindestens drei, vorzugsweise acht, verteilt angeordnete Meßpunkte (10) mit jeweils mindestens einer Meßmarke (7) aufweist.

7. Meßkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßpunkte (10) verteilt am Rand des Meßkörpers (2) angeordnet sind.

8. Meßkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkörper (2) eine ebene Trägerplatte (11) für die Meßmarken (7) aufweist.

9. Meßkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (11) an einem ortsfest positionierbaren Gestell (12) angeordnet ist.