AT513697B1 - Verfahren und Maschinensystem zum Positionieren zweier beweglicher Einheiten in einer Relativposition zueinander - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Positionieren einer ersten beweglichen Einheit (2) einesMaschinensystems (1) und einer zweiten beweglichen Einheit (5) des Maschinensystems(1) in einer vorgebbaren Relativposition zueinander angegeben. Dazuwird die erste bewegliche Einheit (2) mit Hilfe eines ersten Meßsystems an eineerste Position (13) innerhalb eines ersten Bewegungsraums (4) bewegt. Weiterhinwird die zweite bewegliche Einheit (5) mit Hilfe eines zweiten Meßsystems (9) aneine zweite Position (14) innerhalb eines zweiten Bewegungsraums bewegt. Dieerste Position (13) und die zweiten Position (14) liegen dabei innerhalb eines Erfassungsbereichs(12) eines dritten Meßsystems (11, 15..25). Schließlich wird dieerste bewegliche Einheit (2) und/oder die zweite bewegliche Einheit (5) mit Hilfedes dritten Meßsystems (11, 15..25) in die genannte vorgegebene Relativpositionzueinander bewegt. Zudem wird ein Maschinensystem (1) zur Ausführung desgenannten Verfahrens angegeben.

Description

österreichisches Patentamt AT513 697 B1 2014-09-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren einer ersten beweglichen Einheit eines Maschinensystems und einer zweiten beweglichen Einheit des Maschinensystems in einer vorgebbaren Relativposition zueinander, wobei [0002] - die erste bewegliche Einheit mit Hilfe eines ersten Meßsystems an eine erste Position innerhalb eines ersten Bewegungsraums bewegt wird und [0003] - die zweite bewegliche Einheit mit Hilfe eines zweiten Meßsystems an eine zweite

Position innerhalb eines zweiten Bewegungsraums bewegt wird.

[0004] Weiterhin betrifft die Erfindung ein Maschinensystem, umfassend [0005] - eine erste bewegliche Einheit, welche mit Hilfe zumindest eines ersten Antriebs in einem ersten Bewegungsraum bewegbar ist, [0006] - ein erstes der ersten beweglichen Einheit zugeordnetes Meßsystem, mit dessen Hilfe die erste bewegliche Einheit an einer beliebigen vorgebbaren Position im ersten Bewegungsraum positioniert werden kann, [0007] - eine zweite bewegliche Einheit, welche mit Hilfe zumindest eines zweiten Antriebs in einem zweiten Bewegungsraum bewegbar ist, wobei der erste Bewegungsraum und der zweite Bewegungsraum einen Überschneidungsbereich aufweisen, und [0008] - ein zweites der zweiten beweglichen Einheit zugeordnetes Meßsystem, mit dessen

Hilfe die zweite bewegliche Einheit an einer beliebigen vorgebbaren Position im zweiten Bewegungsraum positioniert werden kann.

[0009] Ein Verfahren sowie ein Maschinensystem der genannten Art sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise in Form einer Werkzeugmaschine, deren als erste bewegliche Einheit ausgebildeter Bearbeitungskopf und deren als zweite bewegliche Einheiten ausgebildete Werkzeugträger in eine Werkzeugwechselposition fahren.

[0010] Der Bearbeitungskopf wird dabei mit Hilfe eines ersten Meßsystems positioniert, welches beispielsweise Inkremental- oder Absolutwertgeber an den Bewegungsachsen umfasst. Die Werkzeugträger können beispielsweise an einer Kette angeordnet sein, die mit Hilfe eines zweiten Meßsystems positioniert wird, das ebenfalls Inkremental- oder Absolutwertgeber umfassen kann. Dadurch dass der Bearbeitungsroboter und das Werkzeugwechselsystem an einem gemeinsamen Rahmen angeordnet sind oder über ihre Aufstellung in einer vorgegebenen Position zueinander stehen, kann durch Vorgabe einer ersten Position im ersten Meßsystem und einer zweiten Position im zweiten Position im zweiten Meßsystem eine bestimmte Relativposition des Bearbeitungskopfes zum Werkzeugträger angefahren werden, um einen Werkzeugwechsel durchzuführen.

[0011] Leider zeigt sich in der Praxis, dass sich die Position eines Bearbeitungsroboters und eines Werkzeugwechselsystems zueinander im Laufe der Zeit ändern kann. Gründe hierfür sind temperaturbedingte Verformungen oder auch plastische Verformung der beteiligten Komponenten sowie Alterungserscheinungen der Meßsysteme und Sensordrift. Die Abweichungen können dabei so stark werden, dass das Werkzeug oder der Bearbeitungskopf bei einem Werkzeugwechsel beschädigt wird oder ein Werkzeugwechsel gar nicht mehr durchgeführt werden kann. Aus diesem Grund werden solche Maschinensysteme respektive deren Meßsysteme nach dem Aufstellen beziehungsweise auch im Betrieb in regelmäßigen Abständen kalibriert.

[0012] Mit „Kalibrierung“ wird allgemein ein Messprozess zur Feststellung und Dokumentation der Abweichung eines Messgerätes oder einer Maßverkörperung zu einem Referenzgerät oder einer Referenzmaßverkörperung bezeichnet. Das Referenzgerät oder die Referenzmaßverkörperung wird dabei auch „Normal“ genannt. Die ermittelte Abweichung wird bei der anschließenden Benutzung des Messgerätes zur Korrektur der angezeigten Werte berücksichtigt.

[0013] Durch die Kalibrierung des ersten und des zweiten Meßsystems stimmt die durch die 1/19 österreichisches Patentamt AT513 697 B1 2014-09-15 erste und die zweite Position bestimmte Relativposition des Bearbeitungskopfs zum Werkzeugträger wieder mit der gewünschten Relativposition überein.

[0014] Nachteilig ist daran, dass der Kalibrierungsvorgang, der ein Vermessen des Maschinensystems erforderlich macht, sehr aufwändig ist. Zudem kann eine bestimmte Genauigkeit zwischen zwei Kalibrierungsvorgängen nicht gewährleistet werden.

[0015] Ein weiterer Nachteil des bekannten Maschinensystems ist auch, dass das gesamte erste und zweite Meßsystem eine relativ hohe Genauigkeit aufweisen muss, welche sich an der verlangten Genauigkeit der einzunehmenden Relativposition richtet. Insbesondere bei großen Werkzeugwechselmagazinen kann das für die korrekte Positionierung der Werkzeugträger nötige Meßsystem erhebliche Kosten verursachen.

[0016] Dazu kommt, dass die erzielbare Genauigkeit der Relativposition aufgrund von Fehleraddition deutlich unter der Genauigkeit des ersten und des zweiten Meßsystems liegt. Weist das erste Meßsystem beispielsweise eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm und das zweite Meßsystem eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,2 mm auf, so kann für die vorgegebene Relativposition mit einer Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,3 mm erreicht werden.

[0017] Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes Maschinensystem zum Positionieren zweier beweglicher Einheiten in einer Relativposition zueinander anzugeben. Insbesondere sollen Kalibriervorgänge vermieden oder deren Abstand wenigstens verlängert werden, und die Genauigkeit/Auflösung der Relativposition erhöht werden, wobei die Genauigkeit/Auflösung des ersten und/oder zweiten Meßsystems nicht erhöht werden muss oder sogar verringert werden kann.

[0018] Die Aufgabe der Erfindung wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem [0019] - die erste Position und die zweiten Position innerhalb eines Erfassungsbereichs eines dritten Meßsystems liegen und [0020] - die erste bewegliche Einheit und/oder die zweite bewegliche Einheit mit Hilfe des dritten Meßsystems in die genannte vorgegebene Relativposition bewegt wird/wer-den.

[0021] Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem Maschinensystem der eingangs genannten Art gelöst, zusätzlich umfassend [0022] - ein drittes Meßsystem, dessen Erfassungsbereich in dem genannten Überschnei dungsbereich liegt und welches dazu eingerichtet ist, eine Relativposition zwischen der ersten beweglichen Einheit und der zweiten beweglichen Einheit zu bestimmen.

[0023] Auf diese Weise hängt die für die Relativposition erzielbare Genauigkeit (nur) vom dritten Meßsystem ab. Weisen das erste bis dritte Meßsystem beispielsweise eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm auf, so kann für die vorgegebene Relativposition eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm erreicht werden. Eine Fehleraddition führt also nicht wie im Stand der Technik zu einer reduzierten Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,2 mm.

[0024] Ergänzend wird angemerkt, dass die „Auflösung“ allgemein den kleinsten anzeigbaren Unterschied zwischen zwei Meßwerten angibt. Die „Genauigkeit“ gibt dagegen allgemein den Unterschied zwischen gemessener Größe und der wahren Größe an. Eine hohe Auflösung ist also nicht unbedingt ein Indiz für hohe Genauigkeit und umgekehrt. Generell kann die Genauigkeit als Differenz zwischen gemessener Größe und der wahren Größe oder als Verhältnis der beiden (z.B. Relativgenauigkeit in Prozent) angegeben werden.

[0025] Durch die vorgeschlagenen Maßnahmen können Kalibriervorgänge überdies vermieden oder deren Abstand wenigstens verlängert werden, ohne dass die erzielbare Genauigkeit für die Relativposition darunter leidet, insbesondere auch nicht zwischen zwei Kalibriervorgängen. Ein Kalibriervorgang der ersten und/oder zweiten Meßeinrichtung kann aber beispielsweise dann nötig werden, wenn die erste und/oder die zweite Position nicht mehr im Meßbereich der dritten 2/19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15

Meßeinrichtung liegen. Ein Kalibriervorgang der dritten Meßeinrichtung kann dann nötig werden, wenn die dritte Meßeinrichtung nicht mehr hinreichend genau ist.

[0026] Beim dem vorgeschlagenen Verfahren und dem vorgeschlagenen Maschinensystem ist die Einhaltung eines absoluten Maßes der ersten und/oder zweiten Meßeinrichtung für die Erreichung einer bestimmten Relativposition zwischen der ersten und der zweiten beweglichen Einheit eigentlich unerheblich. In der Regel ist es ausreichend, wenn die durch die erste und zweite Position vorgegebene Relativposition oder die letztlich erreichte Relativposition „irgendwo“ im Meßbereich des dritten Meßsystems liegt. Die Verwendung von Referenznormalen, wie dies bei einem Kalibriervorgang der Fall ist, ist nicht nötig.

[0027] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren.

[0028] Vorteilhaft ist es, wenn [0029] - wenigstens ein der ersten beweglichen Einheit zugeordneter erster Antrieb zum

Anfahren der ersten Position mit dem ersten Meßsystem gekoppelt wird, [0030] - wenigstens ein der zweiten beweglichen Einheit zugeordneter zweiter Antrieb zum

Anfahren der zweiten Position mit dem zweiten Meßsystem gekoppelt wird und [0031] - der erste Antrieb und/oder zweite Antrieb zum Anfahren der vorgegebenen Relativ position mit dem dritten Meßsystem gekoppelt wird/werden, insbesondere ausschließlich mit dem dritten Meßsystem.

[0032] Gleichermaßen ist ein Maschinensystem von Vorteil, umfassend Mittel zum Koppeln [0033] - des ersten Antriebs mit dem dritten Meßsystem alternativ/zusätzlich zum ersten

Meßsystem und/oder [0034] - des zweiten Antriebs mit dem dritten Meßsystem alternativ/zusätzlich zum zweiten

Meßsystem.

[0035] Bei dieser Variante des Verfahrens werden die ersten und die zweite Position also mit Hilfe des ersten und des zweiten Meßsystems angefahren. Von dort aus wird die vorgegebene Relativposition mit Hilfe des dritten Meßsystems angefahren. Dazu ist es möglich, dass mit dem dritten Meßsystem Korrekturwerte für das erste und/oder zweite Meßsystem ermittelt werden und die korrigierte erste und/oder zweite Position mit Hilfe des ersten und/oder des zweiten Meßsystems angefahren wird. Vorteilhaft braucht eine Antriebsregelung des Maschinensystems hierzu praktisch nicht geändert werden, da mit Hilfe des dritten Meßsystems lediglich angepasste Sollwerte für das erste und/oder zweite Meßsystem vorgegeben werden. Denkbar ist aber auch, dass die Antriebe des Maschinensystems vom ersten und/oder zweiten Meßsystem abgekoppelt werden und stattdessen an das dritte Meßsystem angekoppelt werden. Dadurch erfolgt die Positionsregelung dann direkt über das dritte Meßsystem. Schließlich sind auch Mischformen der beiden genannten Verfahren möglich. Beispielsweise können sowohl die vom ersten/zweiten Meßsystem ermittelten Werte als auch die vom dritten Meßsystem ermittelten Werte für die Positionsregelung herangezogen werden. Unter Umständen kann solcherart die Positioniergenauigkeit gegenüber einem Verfahren, bei dem nur das erste/zweite Meßsystem oder nur das dritte Meßsystem verwendet wird, wesentlich verbessert werden. Als Beispiel wird wiederum angenommen, dass alle Meßsysteme eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm aufweisen.

[0036] Sind die „Skalen“ des ersten/zweiten Meßsystem und des dritten Meßsystems gegeneinander verschoben, insbesondere um 0,05 mm, so kann die Genauigkeit/Auflösung durch eine gleichzeitige Verwendung der Messwerte des ersten/zweiten Meßsystem und des dritten Meßsystems auf +/- 0,05 mm gesteigert werden.

[0037] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit durch das dritte Meßsystem direkt gemessen wird. Dadurch ist die Abweichung der Ist-Relativposition von der Soll- Relativposition maximal so groß wie die Ge- 3/19 österreichisches Patentamt AT 513 697 B1 2014-09-15 nauigkeit/Auflösung des dritten Meßsystems. Liegt die Genauigkeit/Auflösung beispielsweise bei +/- 0,1 mm, so kann die Relativposition mit +/- 0,1 mm Genauigkeit/Auflösung bestimmt werden.

[0038] Vorteilhaft ist es aber auch, wenn die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit durch Messung der Position der ersten beweglichen Einheit zu einem Referenzpunkt und durch Messung der Position der zweiten beweglichen Einheit zu diesem Referenzpunkt durch das dritte Meßsystem und durch anschließende Subtraktion der beiden Positionen ermittelt wird. Vorteilhaft ist dabei, dass das dritte Meßsystem ortsfest an einem Rahmen montiert sein kann. Dadurch kann es gut vor Verschmutzung und Beschädigung geschützt werden. Gegebenenfalls ist eine mögliche Fehleraddition zu berücksichtigen. Liegt die Genauigkeit/Auflösung der dritten Meßeinrichtung beispielsweise wiederum bei +/- 0,1 mm, so kann die Relativposition mit +/- 0,2 mm Genauigkeit/Auflösung bestimmt werden.

[0039] Besonders vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn die Messwerte des ersten und/oder zweiten Meßsystems bei Erreichen der vorgegebenen Relativposition als zukünftige erste und/oder zweite Position gespeichert werden. Die erste und zweite Position sind also nicht notwendigerweise konstant. Stattdessen wird die erste und/oder die zweiten Position laufend nachjustiert, sodass die durch die erste und zweite Position erreichte Relativposition sukzessive der erwünschten Soll- Relativposition respektive der durch das dritte Meßsystem bestimmten Ist- Relativposition laufend angenähert beziehungsweise nachgeführt wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erste und die zweite Position nicht im Laufe der Zeit aufgrund von temperaturbedingten oder plastischen Verformung der beteiligten Komponenten sowie Alterungserscheinungen und Sensordrift des ersten und/oder zweiten Meßsystems aus dem Meßbereich der dritten Meßbereich „hinaus wandern“ können. An dieser Stelle wird angemerkt, dass es sich bei diesem Vorgang um kein Kalibrieren der ersten und/oder zweiten Meßeinrichtung handelt, denn die Erreichung einer bestimmten Relativposition der ersten und der zweiten beweglichen Einheit zueinander ist nicht unbedingt an ein exakt arbeitendes respektive kalibriertes erstes und zweites Meßsystem gebunden. Eine korrekte Relativposition kann auch mit einer „falschen“ ersten und zweiten Position erreicht werden.

[0040] Bei dem vorgestellten Maschinensystem ist es von Vorteil, wenn die Auflösung und/oder Genauigkeit des dritten Meßsystems geringer ist als die des ersten und/oder zweiten Meßsystems. Ist die Genauigkeit/Auflösung der ersten und zweiten Meßeinrichtung ausreichend zur Realisierung einer bestimmten Genauigkeit/Auflösung der Relativposition zwischen der ersten und der zweiten beweglichen Einheit, so kann das dritte Meßsystem ohne Nachteil eine gegenüber dem ersten und dem zweiten Meßsystem geringere Genauigkeit/Auflösung aufweisen. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn das dritte Meßsystem lediglich Korrekturwerte für das erste und/oder das zweite Meßsystem liefert und die endgültige Position der ersten und der zweiten beweglichen Einheit mit Hilfe der ersten und zweiten Meßeinrichtung angefahren wird. Weist das erste Meßsystem beispielsweise eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm und das zweite Meßsystem eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,2 mm auf, so kann für die vorgegebene Relativposition eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,3 mm erreicht werden, wenn nur das erste und das zweite Meßsystem für die Positionsregelung verwendet werden. Für das dritte Meßsystem ist in diesem Fall daher eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,3 mm prinzipiell ausreichend.

[0041] Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn die Auflösung und/oder Genauigkeit des dritten Meßsystems höher ist als die des ersten Meßsystems und/oder des zweiten Meßsystems und/oder Summenauflösung/Summengenauigkeit des ersten und zweiten Meßsystems. Auf diese Weise kann die Relativposition mit höherer Genauigkeit bestimmt werden als dies mit dem ersten und zweiten Meßsystem möglich wäre. Grund dafür ist wiederum die bereits weiter oben erwähnte Fehleraddition. Weist das erste Meßsystem beispielsweise eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm und das zweite Meßsystem eine Genauigkeit/Auflösung von +/-0,2 mm auf, so kann für die vorgegebene Relativposition eine Genauigkeit/Auflösung von besser als +/- 0,3 mm erreicht werden, wenn das dritte Meßsystem für die Positionsregelung verwendet wird und die Auflösung/Genauigkeit des dritten Meßsystems höher ist als die Summen- 4/19 österreichisches Patentamt AT 513 697 B1 2014-09-15 auflösung/Summengenauigkeit des ersten und zweiten Meßsystems, in diesem Fall also besser ist als +/- 0,3 mm. Weiter bevorzugt ist die Auflösung/Genauigkeit des dritten Meßsystems höher ist als die des zweiten Meßsystems (also besser als +/- 0,2 mm) oder sogar höher ist als die des ersten Meßsystems (also besser als +/- 0,1 mm). Diese Variante ist also insbesondere dann sinnvoll, wenn die Positionsregelung der ersten und/oder zweiten beweglichen Einheit mit Hilfe des dritten Meßsystems erfolgt.

[0042] Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn das erste und/oder zweite Meßsystem als diskontinuierliches Meßsystem und das dritte Meßsystem als kontinuierliches Meßsystem ausgeführt sind.

[0043] In einem „diskontinuierlichen“ Meßsystem werden physikalische Größen in Form einer Stufenfunktion (digital) erfasst. Ein Beispiel ist ein Längenmeßsystem oder ein Winkelmeßsystem, dass auf Basis eines Strichcodes arbeitet. Ist die Breite eines Strichs bekannt, so braucht lediglich die Anzahl der passierten Striche gezählt werden, um so einen Längenmesswert oder einen Winkelmesswert zu erhalten. Dieser entspricht einfach der Strichbreite multipliziert mit der Anzahl der passierten Striche. Beispielsweise können solche diskontinuierlichen Längenmeßsysteme oder Winkelmeßsysteme als Inkrementalgeber oder Absolutwertgeber ausgeführt sein. Während bei Absolutwertgebern ein Messwert über den gesamten Meßbereich eindeutig ist, beispielsweise durch Zuweisung eines eindeutigen Codes, wird bei Inkrementalgebern eine zusätzliche Referenzposition benötigt, von der aus die Längeninkremente gezählt werden können.

[0044] Im Gegensatz zu „diskontinuierlichen" Meßsystemen wird eine physikalische Größe bei einem „kontinuierlichen" Meßsystem kontinuierlich, das heißt stufenlos (analog) erfasst. Eine kontinuierliche Erfassung einer physikalischen Größe schließt eine anschließende Digitalisierung des erfassten Messwertes natürlich nicht aus, die Erfassung als solche erfolgt aber stufenlos. Die Erfassung eines Messwertes kann dabei jedoch keinesfalls feiner erfolgen, als dies physikalische Gesetze, insbesondere die Quantenmechanik, zulassen.

[0045] Die genannte Ausführungsvariante des Maschinensystems kombiniert nun die Vorteile beider Meßsysteme in vorteilhafter Form. Während das erste und/oder zweite Meßsystem als diskontinuierliches und damit sehr robustes Meßsystem ausgeführt ist, wird das dritte Meßsystem als kontinuierliches und damit in der Regel sehr genaues Meßsystem ausgeführt.

[0046] Bei einer weiteren günstigen Ausführungsform des Maschinensystems umfasst das dritte Meßsystem wenigstens einen aus der Gruppe Hallsensor, Wirbelstromabstandsmeßsensor, Magnetoinduktiver Abstandssensor, Kapazitiver Abstandssensor, Lasertriangulationssensor, Optischer Positionssensor (Position Sensitive Device), Kameraabstandssensor.

[0047] Aus dem Stand der Technik sind einige Arten von Abstandsmeßsensoren respektive Positionssensoren bekannt, von denen oben einige illustrative Beispiele aufgezählt sind. Generell ist die Erfindung nicht auf diese konkret genannten Arten beschränkt, sondern kann auch mit anderen Meßprinzipien realisiert sein.

[0048] Wird ein Hallsensor von einem Strom durchflossen und in ein senkrecht dazu verlaufendes Magnetfeld gebracht, liefert er eine Ausgangsspannung, die proportional zum Produkt aus magnetischer Feldstärke und Strom ist. Ein Hall-Sensor liefert anders als bei elektrodynamischen Sensoren auch dann ein Signal, wenn das besagte Magnetfeld konstant ist. Da die Feldstärke eines Magneten mit zunehmendem Abstand abnimmt, kann über die Feldstärke der Abstand des Hallsensors vom Magneten bestimmt werden. Das dritte Meßsystem des Maschinensystems kann somit einen Hallsensor und wenigstens einen Magneten aufweisen, wobei [0049] a) der Hallsensor auf der ersten beweglichen Einheit und ein erster Magnet auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist oder [0050] b) der Hallsensor an einem Fixpunkt (z.B. Maschinenrahmen, Maschinenfundament) angeordnet ist, ein erster Magnet auf der ersten beweglichen Einheit und ein zweiter Magnet der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist. 5/19 österreichisches Patentamt AT513 697 B1 2014-09-15 [0051] Im Fall a) kann die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit somit direkt gemessen werden, im Fall b) wird sie durch Subtraktion der beiden gemessenen Positionen ermittelt. Im Fall b) kann der Hallsensor vorteilhaft an einem unbewegten Maschinenteil montiert sein, wohingegen die beweglichen Einheiten mit den wenig störanfälligen Magneten ausgestattet sind.

[0052] Ein Wirbelstromsensor weist einen Schwingkreis auf, der häufig einen im Wesentlichen induktiv wirkenden Meßkopf und eine im Wesentlichen als Kapazität wirkende Leitung umfasst, und durch ein metallisches Objekt bedämpft wird. Der aktive Schwingkreis erzeugt ein magnetisches Wechselfeld, dessen Feldlinien aus dem Meßkopf austreten und in dem metallischen Objekt Wirbelströme erzeugt, welche joulsche Verluste zur Folge haben. Diese Verluste sind indirekt proportional zum Abstand des metallischen Objekts zum Meßkopf. Das dritte Meßsystem des Maschinensystems kann somit einen Wirbelstromsensor und wenigstens ein metallisches Objekt aufweisen, wobei [0053] a) der Wirbelstromsensor auf der ersten beweglichen Einheit und ein erstes metalli sches Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist oder [0054] b) der Wirbelstromsensor an einem Fixpunkt (z.B. Maschinenrahmen, Maschinenfun dament) angeordnet ist, ein erstes metallisches Objekt auf der ersten beweglichen Einheit und ein zweites metallisches Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist.

[0055] Im Fall a) kann die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit somit wiederum direkt gemessen werden, im Fall b) wird sie durch Subtraktion der beiden gemessenen Positionen ermittelt. Im Fall b) kann der Wirbelstromsensor vorteilhaft an einem unbewegten Maschinenteil montiert sein, wohingegen die beweglichen Einheiten mit den wenig störanfälligen metallischen Objekten ausgestattet sind.

[0056] Magnetoinduktiver Abstandssensoren kombinieren das die Auswertung der magnetischen Feldstärke mit dem Wirbelstromprinzip. Vorteilhaft können damit weitgehend lineare Kennlinien über einen breiten Erfassungsbereich erzielt werden.

[0057] Die zum Hallsensor und dem Wirbelstromsensor angeführten Fälle a) und b) können auch beim magnetoinduktiven Abstandssensor in entsprechender Weise angewandt werden.

[0058] Kapazitive Sensoren basieren darauf, dass die Kapazität oder Kapazitätsänderung zweier gegeneinander verschiebbarer Elektroden gemessen wird. Die Kapazität oder Kapazitätsänderung ist ein Maß für den Abstand der Elektroden zueinander. Generell kann der Normalabstand der Elektroden oder deren Transversalabstand (Änderung der wirksamen Fläche respektive des Schnittbereichs der beiden Elektroden) zu diesem Zweck verändert werden. Das dritte Meßsystem des Maschinensystems kann somit einen Kapazitiven Abstandssensor aufweisen, wobei [0059] a) eine erste Elektrode auf der ersten beweglichen Einheit und eine zweite Elektrode auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist oder [0060] b) eine erste Elektrode auf der ersten beweglichen Einheit, eine zweite Elektrode auf der zweiten beweglichen Einheit und eine dritte Elektrode an einem Fixpunkt (z.B. Maschinenrahmen, Maschinenfundament) angeordnet ist.

[0061] Im Fall a) kann die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit somit wiederum direkt gemessen werden, im Fall b) wird sie durch Subtraktion der beiden gemessenen Positionen ermittelt.

[0062] Bei der Abstandsmessung mittels Lasertriangulation wird ein Laserstrahl auf ein Meßobjekt ausgesendet, trifft dort unter einem bestimmten Winkel auf einem Reflektor auf und wird entsprechend des Reflexionsgesetzes zu einem Empfänger reflektiert. Anhand der Position, an welcher der reflektierte Laserstrahl auf den Empfänger auftrifft, kann der Abstand zwischen Sender/Empfänger und Meßobjekt berechnet werden. Das dritte Meßsystem des Maschinensystems kann somit einen Lasertriangulationssensor und wenigstens einen Reflextor aufwei- 6/19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15 sen, wobei [0063] a) der Sender und der Empfänger auf der ersten beweglichen Einheit und ein erster

Reflektor auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist oder [0064] b) der Sender und der Empfänger an einem Fixpunkt (z.B. Maschinenrahmen, Maschi nenfundament) angeordnet sind, ein erster Reflektor auf der ersten beweglichen Einheit und ein zweiter Reflektor Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist, wobei der Laserstrahl vom Sender über beide Reflektoren auf den Empfänger geführt ist oder [0065] c) der Sender auf der ersten beweglichen Einheit, der Empfänger an einem Fixpunkt und ein erster Reflektor auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist oder [0066] d) der Empfänger auf der ersten beweglichen Einheit, der Sender an einem Fixpunkt und ein erster Reflektor auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet ist.

[0067] In den Fällen a), c) und d) kann die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit wiederum direkt gemessen oder wenigstens das Vorliegen einer bestimmten Relativposition detektiert werden, im Fall b) wird sie wiederum durch Subtraktion der beiden gemessenen Positionen ermittelt. Die beweglichen Einheiten können wiederum mit wenig störanfälligen Reflektoren ausgestattet sein.

[0068] In obigem Zusammenhang ist die Verwendung eines optischen Positionssensors (OPS) von Vorteil. Ein optischer Positionssensor (oder auch „Position Sensitive Device“ beziehungsweise „Position Sensitive Detector“, kurz PSD) ist ein Sensor, mit dem die ein- oder zweidimensionale Position eines Lichtpunktes gemessen werden kann. Beispielsweise kann hierzu eine großflächigen Photodiode (Lateraldiode, „Position sensitive diode“) eingesetzt werden, bei der Im Bereich der Belichtung ein Fotostrom entsteht, der je nach Lichtposition in einem bestimmten Verhältnis über die an den Rändern liegenden Kontaktierungen abfließt. Aus den Strömen kann der Ort der Belichtung ein- oder zweidimensional berechnet werden. Alternativ kann für den OPS auch eine CCD- oder CMOS-Kamera eingesetzt werden, insbesondere eine Linienkamera. Der optische Positionssensor (OPS) entspricht dann einem Kameraabstandssensor.

[0069] In einer weiteren günstigen Ausführungsform des Maschinensystems umfasst das dritte Meßsystem wenigstens eine Lichtquelle und wenigstens ein lichtempfindliches Element, wobei die Relativposition zwischen der ersten beweglichen Einheit und der zweiten beweglichen Einheit durch Auswertung eines Schattens auf dem zumindest einen lichtempfindlichen Element bestimmt wird, der durch das von der zumindest einen Lichtquelle ausgesendete Licht und der ersten beweglichen Einheit und/oder der zweiten beweglichen Einheit verursacht wird.

[0070] Diese Ausführungsform kann daher als Sonderform eines optischen Positionssensors (beziehungsweise als Sonderform eines „Position Sensitive Device“ / „Position Sensitive Detector“) aufgefasst werden. Allerdings wird der Lichtstrahl hierbei nicht gebündelt sondern bewusst in Keilform ausgesendet. Ohne störende Objekte im Lichtstrahl wird das lichtempfindliche Element, das beispielsweise als Transversaldiode, CCD- oder CMOS-Kamera ausgebildet ist, im Wesentlichen gleichmäßig oder wenigstens in definierter Weise ausgeleuchtet. Wird ein Objekt in den Lichtstrahl eingebracht, so verursacht dieses einen Schatten auf dem lichtempfindlichen Element, der Aufschluss darüber gibt, in welcher Lage sich das genannte Objekt in Relation zur Lichtquelle respektive dem lichtempfindlichen Element befindet.

[0071] Bei einem solchen Meßsystem des Maschinensystems kann [0072] a) der Sender und der Empfänger auf der ersten beweglichen Einheit und ein erstes beschattendes Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet sein oder [0073] b) der Sender und der Empfänger sind an einem Fixpunkt (z.B. Maschinenrahmen,

Maschinenfundament) angeordnet, wohingegen ein erstes beschattendes Objekt auf der ersten beweglichen Einheit und ein zweites beschattendes Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet sind, oder 7/19 österreichisches Patentamt AT513 697 B1 2014-09-15 [0074] c) der Sender ist auf der ersten beweglichen Einheit, der Empfänger an einem Fix punkt und ein erstes beschattendes Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet oder [0075] d) der Empfänger ist auf der ersten beweglichen Einheit, der Sender an einem Fix punkt und ein erstes beschattendes Objekt auf der zweiten beweglichen Einheit angeordnet.

[0076] Bei dieser Ausführungsform kann die Relativposition der ersten beweglichen Einheit zur zweiten beweglichen Einheit In allen Fällen a) bis d) direkt gemessen oder wenigstens das Vorliegen einer bestimmten Relativposition detektiert werden. Um im Fall b) eine eindeutige Zuordnung von beweglicher Einheit zum erzeugten Schatten zu schaffen, können die beschattenden Objekte verschieden geformt sein oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Erzeugt das erste beschattende Objekt beispielsweise einen größeren Schatten als das erste Objekt, so kann die Zuordnung von detektiertem Schatten auf die entsprechende bewegliche Einheit eben über die Größe des Schattens ermittelt werden.

[0077] Günstig ist es weiterhin, wenn die erste bewegliche Einheit des Maschinensystems als Kopf eines Roboters und die zweite bewegliche Einheit des Maschinensystems als Werkstückträger oder Werkzeugträger ausgebildet sind. Dies ist eine Anordnung, bei der sich die eingangs erwähnte der Erfindung zugrunde liegende Problematik häufig ergibt und/oder besonders zu Tage tritt. Insbesondere ist dies dann der Fall, wenn zum Beispiel bewegliche Einheiten unterschiedlicher Hersteller miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann ein handelsüblicher Industrieroboter des einen Herstellers mit einem speziell angefertigten Werkstück- oder Werkzeugtransportsystem kombiniert werden. Positionierfehler und Probleme aufgrund unterschiedlicher Verantwortungen sind praktisch unausweichlich. Durch Vorsehen des dritten Meßsystems können diese Nachteile jedoch überwunden werden. Der Anlagenbau gestaltet sich damit insgesamt flexibler.

[0078] Günstig ist es zudem, wenn mehrere Werkstückträger oder Werkzeugträger ringförmig miteinander verbunden sind, insbesondere direkt miteinander verbunden, an einer Kette befestigt oder an einem Seil befestigt sind. Die Vorteile des vorgestellten Verfahrens respektive der vorgestellten Maßnahmen kommen bei dieser Ausführungsform besonders zum Tragen, da sich die Kette beziehungsweise das Seil, an dem die Werkstückträger oder Werkzeugträger befestigt sind, mit der Zeit dehnen kann. Dadurch stimmen insbesondere die vom zweiten Meßsystem gemessenen Werte nicht mehr mit den ursprünglichen Verhältnissen überein, wodurch es ohne weitere Maßnahmen zu einer Abweichung der realisierten Ist- Relativposition zwischen dem Kopf des Roboters und einem Werkstückträger/Werkzeugträger von der Soll-Relativposition kommt. Durch Vorsehen des dritten Meßsystems ist dies aber nicht mehr der Fall.

[0079] Günstig ist es schließlich, wenn die Werkstückträger oder Werkzeugträger als selbstfahrende Einheiten ausgeführt sind, insbesondere als schienengebundene Einheiten. Auch hier kommen die Vorteile des vorgestellten Verfahrens respektive der vorgestellten Maßnahmen besonders zum Tragen, da selbstfahrende Einheiten, selbst wenn sie schienengeführt sind, generell schwieriger zu positionieren sind als zum Beispiel über eine serielle oder parallele Kinematik angetriebene bewegliche Werkstückträger oder Werkzeugträger. Durch das Vorsehen des dritten Meßsystems kann eine Relativposition zwischen Roboterkopf und Werkstückträger.

[0080] An dieser Stelle wird angemerkt, dass die verschiedenen Ausführungsformen des Maschinensystems sowie die daraus resultierenden Vorteile sinngemäß auch auf das Verfahren zu dessen Betrieb angewendet werden können und umgekehrt.

[0081] Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: [0082] Fig. 1 ein schematisch dargestelltes Maschinensystem mit einem beweglichen Robo- 8/19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15 terkopf, einem beweglichen Werkstückträger und einem Kamera-Meßsystem; [0083] Fig. 2 ein beispielhaftes vom Kamera-Meßsystem erfasstes Bild; [0084] Fig. 3 ein drittes Meßsystem in Form eines Hallsensors in Kombination mit einem Mag neten; [0085] Fig. 4 ein drittes Meßsystem in Form eines Hallsensors in Kombination mit zwei Magne ten; [0086] Fig. 5 ein drittes Meßsystem basierend auf der Lasertriangulation; [0087] Fig. 6 ein drittes Meßsystem bei dem ein Schattenwurf auf einem lichtempfindlichen

Element zur Bestimmung der Relativposition zwischen erster und zweiter beweglicher Einheit herangezogen wird und [0088] Fig. 7 wie Fig. 6 nur mit zwei beschattenden Objekten.

[0089] Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.

[0090] Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mit umfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereich beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1 oder 5,5 bis 10.

[0091] Fig. 1 zeigt ein schematisch dargestelltes Maschinensystem 1 mit einer ersten beweglichen Einheit, welche in diesem Beispiel als Kopf 2 eines Roboters 3 ausgebildet ist. Der Kopf 2, welcher hier mit einem Greifer ausgestattet ist, ist mit Hilfe zumindest eines ersten Antriebs in einem ersten, hier halbkugelförmigen Bewegungsraum 4 bewegbar. Mit Hilfe eines ersten, der ersten beweglichen Einheit 3 zugeordneten Meßsystems, kann die erste bewegliche Einheit 2 in an sich bekannter Weise an einer beliebigen vorgebbaren Position im ersten Bewegungsraum 4 positioniert werden. Konkret umfasst das erste Meßsystem bei dem als Mehrachs-Industrieroboter ausgebildeten Roboter 3 mehrere Inkremental- oder Absolutwertgeber, welche die Winkel der einzelnen Armsegmente zueinander messen. Damit kann die Position des Kopfs 2 bestimmt werden.

[0092] Weiterhin umfasst das Maschinensystem 1 eine zweite bewegliche Einheit, welche in diesem Beispiel als Werkstückträger 5 ausgebildet ist. Mehrere Werkstückträger 5 sind dabei über eine Kette 6 ringförmig miteinander verbunden und laufen auf zwei erhöht angeordneten Schienen 7. Die Werkstückträger 5 sind mit Hilfe eines zweiten Antriebs 8 in einem zweiten, hier ringförmig ausgebildeten Bewegungsraum bewegbar. Mit Hilfe eines zweiten, der zweiten beweglichen Einheit 5 zugeordneten, Meßsystems, das in diesem Beispiel als Drehwinkelgeber 9 ausgebildet ist, kann die zweite bewegliche Einheit 5 an einer beliebigen vorgebbaren Position im zweiten Bewegungsraum positioniert werden. Auf einem der Werkstückträger 5 ist in diesem Beispiel ein Werkstück 10 angeordnet.

[0093] Darüber hinaus umfasst das Maschinensystem 1 ein drittes Meßsystem 11, dessen Erfassungsbereich 12 in einem Überschneidungsbereich des ersten Bewegungsraums 4 und des zweiten Bewegungsraums liegt und das dazu eingerichtet ist, eine Relativposition zwischen der ersten beweglichen Einheit (Roboterkopf) 2 und der zweiten beweglichen Einheit (Werkstückträger) 5 zu bestimmen. Das dritte Meßsystem ist in diesem Beispiel als Kamera-Meßsystem 11 ausgebildet. 9/19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15 [0094] Fig. 2 zeigt ein beispielhaftes vom Kamera-Meßsystem 11 erfasstes Bild. Darin ist der Roboterkopf 2 zu sehen, dessen im Greifer angeordneter erster Referenzpunkt an einer ersten Position 13 liegt. Des Weiteren ist der Werkstückträger 5 mit dem darauf angeordneten Werkstück 10 zu sehen. Ein auf dem Werkstückträger 5 angeordneter zweiter Referenzpunkt liegt an einer zweiten Position 14.

[0095] Ausgehend vom zweiten Referenzpunkt ist strichliert die Soll-Relativposition des ersten Referenzpunkts dargestellt. Nach Möglichkeit sollen der Roboterkopf 2 und der Werkstückträger 5 also in die strichliert dargestellte Relativposition zueinander gebracht werden. Dazu kann der Roboterkopf 2 etwas nach rechts unten bewegt werden. Alternativ ist natürlich auch vorstellbar, dass der Roboterkopf 2 nur nach unten und der Werkstückträger 5 nach links bewegt werden. Beliebige Kombinationen sind hier vorstellbar. Ist die vorgegebene Relativposition erreicht, so führt der Roboterkopf 2 vordefinierte Arbeiten am Werkstück 10 aus.

[0096] Somit umfasst das Verfahren zum Positionieren einer ersten beweglichen Einheit (Roboterkopf) 2 eines Maschinensystems 1 und einer zweiten beweglichen Einheit (Werkstückträger) 5 des Maschinensystems 1 in einer vorgebbaren Relativposition zueinander die Schritte: [0097] - Bewegen des Roboterkopfs 2 an eine erste Position 13 innerhalb eines ersten

Bewegungsraums 4 mit Hilfe eines ersten Meßsystems, [0098] - Bewegen des Werkstückträgers 5 an eine zweite Position 14 innerhalb eines zwei ten Bewegungsraums mit Hilfe eines zweiten Meßsystems 9, wobei die erste Position 13 und die zweiten Position 14 innerhalb eines Erfassungsbereichs 12 eines dritten Meßsystems (Kamera) 11 liegen und [0099] - Bewegen des Roboterkopfs 2 und/oder des Werkstückträgers 5 mit Hilfe des Kame ra-Meßsystems 11 in die genannte vorgegebene Relativposition.

[00100] Dafür existieren nun mehrere Möglichkeiten. Beispielsweise können die ersten Antriebe des Roboters 3 zum Anfahren der ersten Position 13 mit dem ersten Meßsystem gekoppelt werden, [00101] - der zweite Antrieb 8 zum Anfahren der zweiten Position 14 mit dem zweiten Meß system 9 gekoppelt werden und [00102] - die ersten Antriebe und/oder der zweite Antrieb 8 zum Anfahren der vorgegebenen

Relativposition mit dem Kamera-Meßsystem 11 gekoppelt werden, insbesondere ausschließlich mit dem Kamera-Meßsystem 11.

[00103] Das Maschinensystem 1 umfasst dazu Mittel zum Koppeln [00104] - der ersten Antriebe mit dem Kamera-Meßsystem 11 alternativ/zusätzlich zum ersten

Meßsystem und/oder [00105] - des zweiten Antriebs 8 mit dem Kamera-Meßsystem 11 alternativ/zusätzlich zum zweiten Meßsystem 9.

[00106] Einerseits ist es nun möglich, dass mit dem Kamera-Meßsystem 11 Korrektunwerte für das erste Meßsystem und/oder zweite Meßsystem 9 ermittelt werden und die korrigierte erste Position 13 und/oder zweite Position 14 mit Hilfe des ersten Meßsystems und/oder des zweiten Meßsystems 9 angefahren wird. Vorteilhaft braucht eine Antriebsregelung des Maschinensystems hierzu praktisch nicht geändert werden, da mit Hilfe des Kamera-Meßsystem 11 lediglich angepasste Sollwerte für das erste Meßsystem und/oder zweite Meßsystem 9 vorgegeben werden. Generell kann die Auflösung und/oder Genauigkeit des Kamera-Meßsystems 11 dabei geringer sein als die des ersten Meßsystems und/oder zweiten Meßsystems 9, da der Roboterkopf 2 und der Werkstückträger 5 nicht genauer positioniert werden, als es die Summenauflö-sung/Summengenauigkeit des ersten Meßsystems und/oder zweiten Meßsystems 9 erlauben. Weist das erste Meßsystem beispielsweise eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm und das zweite Meßsystem 9 eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,2 mm auf, so kann für die vorgegebene Relativposition eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,3 mm erreicht werden. Für das Ka- 10/19 österreichisches Patentamt AT513 697 B1 2014-09-15 mera-Meßsystems 11 ist in diesem Fall daher eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,3 mm prinzipiell ausreichend.

[00107] Denkbar ist aber auch, dass die ersten Antriebe und/oder der zweite Antrieb 8 des Maschinensystems 1 vom ersten Meßsystem und/oder zweiten Meßsystem 9 abgekoppelt werden und stattdessen an das Kamera-Meßsystem 11 angekoppelt werden. Dadurch erfolgt die Positionsregelung dann direkt über das Kamera- Meßsystem 11. Die Auflösung und/oder Genauigkeit des Kamera-Meßsystems 11 ist dann vorteilhaft höher als die des ersten Meßsystems und/oder des zweiten Meßsystems 9 und/oder Summenauflösung/Summengenauigkeit des ersten Meßsystems und zweiten Meßsystems 9. Die erzielbare Genauigkeit/Auflösung der Relativposition hängt in diesem Fall ja nur von der Genauigkeit/Auflösung des Kamera-Meßsystems 11 ab. Mit den oben genannten Werten für das erste Meßsystems und/oder das zweiten Meßsystems 9 ist die Genauigkeit/Auflösung des Kamera-Meßsystems 11 bevorzugt besser als +/- 0,3 mm. Weiter bevorzugt ist die Auflösung/Genauigkeit des Kamera-Meßsystems 11 höher ist als die des zweiten Meßsystems 9 (also besser als +/- 0,2 mm) oder sogar höher ist als die des ersten Meßsystems (also besser als +/- 0,1 mm).

[00108] Schließlich sind auch Mischformen der beiden genannten Verfahren möglich. Beispielsweise können sowohl die vom ersten/zweiten Meßsystem 9 ermittelten Werte als auch die vom Kamera-Meßsystem 11 ermittelten Werte für die Positionsregelung herangezogen werden. Unter Umständen kann solcherart die Positioniergenauigkeit gegenüber einem Verfahren, bei dem nur das erste/zweite Meßsystem 9 oder nur das Kamera-Meßsystem 11 verwendet wird, wesentlich verbessert werden. Als Beispiel wird wiederum angenommen, dass alle Meßsysteme eine Genauigkeit/Auflösung von +/- 0,1 mm aufweisen. Sind die „Skalen“ des ersten/zweiten Meßsystem 9 und des Kamera-Meßsystem 11 gegeneinander verschoben, insbesondere um 0,05 mm, so kann die Genauigkeit/Auflösung durch eine gleichzeitige Verwendung der Messwerte des ersten/zweiten Meßsystem 9 und des Kamera-Meßsystem 11 auf +/- 0,05 mm gesteigert werden.

[00109] Generell kann die Relativposition des Roboterkopfs 2 zum Werkstückträger 5 durch das Kamera-Meßsystem 11 direkt gemessen wird, so wie dies in der Fig. 2 dargestellt ist. Dadurch ist die Abweichung der Ist-Relativposition von der Soll- Relativposition maximal so groß wie die Genauigkeit/Auflösung des Kamera- Meßsystem 11. Liegt die Genauigkeit/Auflösung beispielsweise bei +/- 0,1 mm, so kann die Relativposition mit +/- 0,1 mm Genauigkeit/Auflösung bestimmt werden.

[00110] Die Relativposition des Roboterkopfs 2 zum Werkstückträger 5 kann aber auch durch Messung der Position des Roboterkopfs 2 zu einem Referenzpunkt und durch Messung der Position des Werkstückträgers 5 zu diesem Referenzpunkt und durch anschließende Subtraktion der beiden Positionen ermittelt werden. In der Fig. 2 könnte dazu beispielsweise ein abseits des Roboterkopfs 2 und des Werkstückträgers 5 liegender Referenzpunkt verwendet werden.

[00111] In einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Messwerte des ersten und/oder zweiten Meßsystems 8 bei Erreichen der vorgegebenen Relativposition als zukünftige erste und/oder zweite Position gespeichert. Bei einem neuerlichen Positioniervorgang werden die erste Position 13, die vom Roboterkopf 2 angefahren wird, und die zweite Position, die vom Werkstückträger 5 angefahren wird, somit schon in der vorgegebenen Relativposition zueinander liegen oder dieser wenigstens weitgehend entsprechen. Eine Nachpositionierung durch das Kamera- Meßsystem 11 wird daher nicht mehr oder nur in geringem Ausmaß nötig sein. Weiterhin wird auf diese Weise wird sichergestellt, dass die erste Position 13 und die zweite Position 14 nicht im Laufe der Zeit aufgrund von temperaturbedingten oder plastischen Verformung der beteiligten Komponenten sowie Alterungserscheinungen und Sensordrift des ersten Meßsystems und/oder zweiten Meßsystems 9 aus dem Meßbereich oder Erfassungsbereich 12 des Kamera-Meßsystems 11 „hinaus wandern“ können.

[00112] Fig. 3 zeigt nun ein Beispiel, bei dem das dritte Meßsystem einen Hallsensor 15 umfasst, der am Kopf 2 des Roboters 3 angebracht ist. Auf dem Werkstückträger 5 ist ein Magnet 16 angeordnet. Mit Hilfe des Hallsensors 15 kann nun in an sich bekannter Weise die Relativ- 11 /19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15

Position zum Magneten 16 und damit die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 direkt gemessen werden.

[00113] In einer weiteren in Fig. 4 dargestellten Variante umfasst das Maschinensystem 1 einen fix montierten Hallsensor 15, und einem auf dem Werkstückträger 5 montierten Magneten 16 sowie einen auf dem Roboterkopf 2 montierten Magneten 17. Durch Subtraktion der vom Hallsensor 15 gemessenen Positionen der Magneten 16 und 17 kann die Relativposition zwischen den Magneten 16 und 17 und damit die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 bestimmt werden.

[00114] In ähnlicher Weise wie in den Figuren 3 und 4 dargestellt können auch andere Sensoren eingesetzt werden, beispielsweise Wirbelstromabstandsmeßsensoren, magnetoinduktive Abstandssensoren sowie kapazitiver Abstandssensor. Bei einem Wirbelstromabstandsmeßsensor beispielsweise tritt der Meßkopf an die Stelle des Hallsensors 15 und ein zu erfassendes metallisches Objekt an die Stelle des Magneten 16 beziehungsweise an die Stelle des Magneten 17. Bei einem kapazitiven Abstandssensor können entsprechend Elektroden an den entsprechenden Bauteilen des Maschinensystems 1 vorgesehen werden.

[00115] Fig. 5 zeigt eine Variante des Maschinensystems 1, bei dem die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 mit Hilfe der Lasertriangulation bestimmt wird. Dazu ist am Roboterkopf ein Laser-Sende-/Empfängermodul 18 angeordnet, mit dem ein Laserstrahl 19 auf einen auf dem Werkstückträger 5 montierten Reflektor 20 gerichtet wird. Durch Auswertung der Position des am Laser- Sende-/Empfängermodul 18 empfangenen Laserstrahls 19 kann wiederum auf die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 geschlossen werden.

[00116] Fig. 6 zeigt eine weitere Variante zur Bestimmung der Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5. Dazu umfasst das dritte Meßsystem eine Lichtquelle 21, welche auf dem Roboterkopf 2 montiert ist, und ein längliches lichtempfindliches Element 22, welches stationär montiert ist. Das lichtempfindliche Element 22 kann beispielsweise als Transversaldiode, CCD- oder CMOS-Kamera ausgebildet sein. Die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 wird in diesem Beispiel durch Auswertung des Schattens 23 auf dem lichtempfindlichen Element 22 bestimmt, der durch das von der Lichtquelle 21 ausgesendete Licht und einem hier als Bolzen ausgebildeten ersten beschattenden Objekts 24 auf dem Werkstückträger 5 verursacht wird. Durch Vorsehen mehrerer quer aufeinander ausgerichteter Lichtquellen 21 beziehungsweise lichtempfindlicher Elemente 22 kann die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 auch in mehreren Dimensionen bestimmt werden. Selbiges gilt natürlich auch, wenn ein mehrdimensional auswertbares lichtempfindliches Element 22 verwendet wird. Beispielweise kann das beschattende Objekt 24 eine Spitze oder ein Loch aufweisen, deren oder dessen Position auf einem solchen lichtempfindlichen Element 22 auch in zwei Dimensionen erfasst werden kann.

[00117] Fig. 7 zeigt nun eine Ausführungsform des Maschinensystems 1, das dem in Fig. 6 dargestellten Maschinensystem 1 sehr ähnlich ist. Im Unterschied dazu ist aber die Lichtquelle 21 stationär angeordnet, und auf dem Roboterkopf 2 befindet sich ein zweites beschattendes Objekt 25. Durch Auswertung des Schattenwurfs der Objekte 24 und 25 kann wiederum die Relativposition des Roboterkopfs 2 zum Werkstückträger 5 ermittelt werden. Vorteilhaft kann das empfindliche Meßsystem an geschützter Stelle angeordnet sein, der Roboterkopf 2 und der Werkstückträger 5 sind dagegen mit den relativ unempfindlichen beschattenden Objekten 24 und 25 ausgestattet.

[00118] Um eine eindeutige Zuordnung von beweglicher Einheit 2, 5 zum erzeugten Schatten 23 zu schaffen, können die beschattenden Objekte 24 und 25 verschieden geformt sein oder eine unterschiedliche Größe aufweisen. Erzeugt das erste beschattende Objekt 24 beispielsweise einen größeren Schatten 23 als das zweite beschattende Objekt 25, so kann die Zuordnung von detektiertem Schatten 23 auf die entsprechende bewegliche Einheit 2, 5 eben über die Größe des Schattens 23 ermittelt werden. Denkbar ist natürlich auch, dass die Bewegung eines beschattenden Objekts 24, 25 für die genannte Zuordnung herangezogen wird. Wird 12/19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15 beispielsweise der Roboterkopf 2 bewegt, der Werkstückträger 5 aber nicht, so ist der bewegte Schatten 23 dem Roboterkopf 2 zugeordnet, der stillstehende dagegen dem Werkstückträger 5 [00119] Alternativ zu den in den Figuren 6 und 7 gezeigten Ausführungsformen kann [00120] - die Lichtquelle 21 auf dem Roboterkopf 2, das lichtempfindliche Element 22 an einem Fixpunkt und ein erstes beschattendes Objekt 24 auf dem Werkstückträger 5 angeordnet sein, oder [00121] - das lichtempfindliche Element 22 ist auf dem Roboterkopf 2, die Lichtquelle 21 an einem Fixpunkt und ein erstes beschattendes Objekt 24 auf dem Werkstückträger 5 angeordnet.

[00122] Selbstverständlich können die Rollen des Roboterkopfs 2 und des Werkstückträgers 5 in obigen Beispielen auch vertauscht sein.

[00123] Von Vorteil ist es auch, wenn das erste und/oder zweite Meßsystem 9 als diskontinuierliches Meßsystem und das dritte Meßsystem 11, 15..25 als kontinuierliches Meßsystem ausgeführt sind.

[00124] In einem „diskontinuierlichen“ Meßsystem werden physikalische Größen in Form einer Stufenfunktion (digital) erfasst, wie dies zum Beispiel bei dem ersten Meßsystem des Roboters 3 und dem Drehwinkelgeber 9 der Fall ist. Im Gegensatz zu „diskontinuierlichen“ Meßsystemen wird eine physikalische Größe bei einem „kontinuierlichen“ Meßsystem kontinuierlich, das heißt stufenlos (analog) erfasst.

[00125] Beispielsweise kann der Hallsensor 15, ein Wirbelstromabstandsmeßsensor, ein Magnetoinduktiver Abstandssensor, ein Kapazitiver Abstandssensor, der Lasertriangulationssensor 18 und das lichtempfindliche Element 22 die Relativposition zwischen Roboterkopf 2 und Werkstückträger 5 kontinuierlich. Auch bei der Kamera 11 ist dies möglich, vorausgesetzt sie ist als Analog-Kamera ausgebildet. CMOS- und CCD-Kameras sind wegen der diskreten Pixel dagegen den diskontinuierlichen Systemen zuzurechnen.

[00126] Die Vorteile beider Meßsysteme können kombiniert werden, indem das erste und/oder zweite Meßsystem 9 als diskontinuierliches und damit sehr robustes Meßsystem ausgeführt ist, wird das dritte Meßsystem 11, 15..25 als kontinuierliches und damit in der Regel sehr genaues Meßsystem ausgeführt.

[00127] In den vorangegangenen Beispielen wurde die zweite bewegliche Einheit als Werkstückträger 5 ausgebildet. Selbstverständlich kann die zweite bewegliche Einheit auch eine andere Bauform aufweisen und beispielsweise als Werkzeugträger ausgebildet sein. In diesem Fall kann am Kopf 2 des Roboters 3 beispielsweise eine Frässpindel angeordnet sein und die ringförmig miteinander verbundenen Werkzeugträger ein Werkzeugmagazin für den Roboter 3 darstellen.

[00128] Weiterhin müssen die Werkstückträger 5 nicht über eine Kette miteinander verbunden sein. Stattdessen können diese beispielsweise auch über ein Seil oder überhaupt direkt miteinander verbunden sein. In einer weiteren Ausführungsform können die Werkstückträger 5 auch als selbstfahrende Einheiten ausgeführt sein und beispielsweise auf den Schienen 7 oder überhaupt frei auf einer Fahrfläche fahren.

[00129] Selbstverständlich muss auch der Roboter 3 nicht die dargestellte Bauweise aufweisen. Stattdessen kann dieser beispielsweise als Portalroboter aufgebaut sein oder zum Beispiel anstelle des dargestellten seriell-kinematischen Antriebs einen parallel-kinematischen Antrieb aufweisen.

[00130] Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten eines erfindungsgemäßen Maschinensystems 1, wobei auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind.

[00131] Insbesondere wird festgehalten, dass die dargestellten Maschinensysteme 1 in der Realität auch mehr oder weniger Bestandteile als dargestellt umfassen können. 13/19 österreichisches Patentamt AT513 697 B1 2014-09-15 [00132] Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass die Maschinensysteme 1, sowie deren Bestandteile zum besseren Verständnis ihres Aufbaus teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.

[00133] Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.

BEZUGSZEICHENLISTE 1 Maschinensystem 2 erste bewegliche Einheit (Roboterkopf) 3 Roboter 4 erster Bewegungsraum 5 zweite bewegliche Einheit (Werkstückträger) 6 Kette 7 Schienen 8 zweiter Antrieb 9 zweites Meßsystem (Drehwinkelgeber) 10 Werkstück 11 drittes Meßsystem (Kamera) 12 Erfassungsbereich drittes Meßsystem 13 erste Position 14 zweite Position 15 Hallsensor 16 Magnet 17 Magnet 18 Laser-Sende-/Empfängermodul 19 Laserstrahl 20 Reflektor 21 Lichtquelle 22 lichtempfindliches Element 23 Schatten 24 erstes beschattendes Objekt 25 zweites beschattendes Objekt 14/19

Claims (15)

1. österreichisches Patentamt AT 513 697 B1 2014-09-15 Patentansprüche 1. Verfahren zum Positionieren einer ersten beweglichen Einheit (2) eines Maschinensystems (1) und einer zweiten beweglichen Einheit (5) des Maschinensystems (1) in einer vorgebbaren Relativposition zueinander, umfassend die Schritte: - Bewegen der ersten beweglichen Einheit (2) an eine erste Position (13) innerhalb eines ersten Beweg ungs rau ms (4) mit Hilfe eines ersten Meßsystems, - Bewegen der zweiten beweglichen Einheit (5) an eine zweite Position (14) innerhalb eines zweiten Bewegungsraums mit Hilfe eines zweiten Meßsystems (9), dadurch gekennzeichnet, dass - die erste Position (13) und die zweiten Position (14) innerhalb eines Erfassungsbereichs (12) eines dritten Meßsystems (11,15..25) liegen und - die erste bewegliche Einheit (2) und/oder die zweite bewegliche Einheit (5) mit Hilfe des dritten Meßsystems (11, 15..25) in die genannte vorgegebene Relativposition bewegt wird/werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - wenigstens ein der ersten beweglichen Einheit (2) zugeordneter erster Antrieb zum Anfahren der ersten Position (13) mit dem ersten Meßsystem gekoppelt wird, - wenigstens ein der zweiten beweglichen Einheit (5) zugeordneter zweiter Antrieb (8) zum Anfahren der zweiten Position (14) mit dem zweiten Meßsystem (9) gekoppelt wird und - der erste Antrieb und/oder zweite Antrieb (9) zum Anfahren der vorgegebenen Relativposition mit dem dritten Meßsystem (11, 15..25) gekoppelt wird/werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativposition der ersten beweglichen Einheit (2) zur zweiten beweglichen Einheit (5) durch das dritte Meßsystem (11,15..25) direkt gemessen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativposition der ersten beweglichen Einheit (2) zur zweiten beweglichen Einheit (5) durch Messung der Position der ersten beweglichen Einheit (2) zu einem Referenzpunkt und durch Messung der Position der zweiten beweglichen Einheit (5) zu diesem Referenzpunkt durch das dritte Meßsystem (11, 15..25) und durch anschließende Subtraktion der beiden Positionen ermittelt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messwerte des ersten und/oder zweiten Meßsystems (9) bei Erreichen der vorgegebenen Relativposition als zukünftige erste und/oder zweite Position (13, 14) gespeichert werden.
6. 6. Maschinensystem (1), umfassend - eine erste bewegliche Einheit (2), welche mit Hilfe zumindest eines ersten Antriebs in einem ersten Bewegungsraum (4) bewegbar ist, - ein erstes der ersten beweglichen Einheit (2) zugeordnetes Meßsystem, mit dessen Hilfe die erste bewegliche Einheit (2) an einer beliebigen vorgebbaren Position im ersten Bewegungsraum (4) positioniert werden kann, - eine zweite bewegliche Einheit (5), welche mit Hilfe zumindest eines zweiten Antriebs (8) in einem zweiten Bewegungsraum bewegbar ist, wobei der erste Bewegungsraum (4) und der zweite Bewegungsraum einen Überschneidungsbereich aufweisen, - ein zweites der zweiten beweglichen Einheit (5) zugeordnetes Meßsystem (9), mit dessen Hilfe die zweite bewegliche Einheit (5) an einer beliebigen vorgebbaren Position im zweiten Bewegungsraum positioniert werden kann, gekennzeichnet durch - ein drittes Meßsystem (11, 15..25), dessen Erfassungsbereich (12) in dem genannten Überschneidungsbereich liegt und welches dazu eingerichtet ist, eine Relativposition zwischen der ersten beweglichen Einheit (2) und der zweiten beweglichen Einheit (5) zu bestimmen. 15/19 österreichisches Patentamt AT513 697B1 2014-09-15
7. 7. Maschinensystem (1) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Mittel zum Koppeln - des ersten Antriebs mit dem dritten Meßsystem (11, 15..25) alternativ/zusätzlich zum ersten Meßsystem und/oder - des zweiten Antriebs (9) mit dem dritten Meßsystem (11, 15..25) alternativ/zusätzlich zum zweiten Meßsystem (9).
8. 8. Maschinensystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung und/oder Genauigkeit des dritten Meßsystems (11, 15..25) geringer ist als die des ersten und/oder zweiten Meßsystems (9).
9. 9. Maschinensystem (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflösung und/oder Genauigkeit des dritten Meßsystems (11, 15..25) höher ist als die des ersten Meßsystems und/oder des zweiten Meßsystems (9) und/oder Summenauflö-sung/Summengenauigkeit des ersten und zweiten Meßsystems (9).
10. 10. Maschinensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite Meßsystem (9) als diskontinuierliches Meßsystem und das dritte Meßsystem (11,15..25) als kontinuierliches Meßsystem ausgeführt sind.
11. 11. Maschinensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Meßsystem (11, 15..25) wenigstens einen aus der Gruppe Hallsensor (15), Wirbelstromabstandsmeßsensor, Magnetoinduktiver Abstandssensor, Kapazitiver Abstandssensor, Lasertriangulationssensor (18), optischer Positionssensor, Kameraabstandssensor umfasst.
12. 12. Maschinensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Meßsystem (11, 15..25) wenigstens eine Lichtquelle (21) und wenigstens ein lichtempfindliches Element (22) umfasst, wobei die Relativposition zwischen der ersten beweglichen Einheit (2) und der zweiten beweglichen Einheit (5) durch Auswertung eines Schattens (23) auf dem zumindest einen lichtempfindlichen Element (22) bestimmt wird, der durch das von der zumindest einen Lichtquelle (21) ausgesendete Licht und der ersten beweglichen Einheit (2) und/oder der zweiten beweglichen Einheit (5) verursacht wird.
13. 13. Maschinensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dass die erste bewegliche Einheit als Kopf (2) eines Roboters (3) und die zweite bewegliche Einheit als Werkstückträger (5) oder Werkzeugträger ausgebildet sind.
14. 14. Maschinensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Werkstückträger (5) oder Werkzeugträger ringförmig miteinander verbunden sind, insbesondere direkt miteinander verbunden, an einer Kette (6) befestigt oder an einem Seil befestigt sind.
15. 15. Maschinensystem (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträger (5) oder Werkzeugträger als selbstfahrende Einheiten ausgeführt sind. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 16/19