DE102006003556A1 - Tool sensor device has positioning tool, relative to reference component for joining reference component together with another component or, for processing reference component, where sensor produces positional data, defining tool position - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Werkzeug zum Fügen oder Bearbeiten von Bauteilen, beispielsweise zum Bolzen- oder Mutternschweißen oder Blindnieten, und einem Sensor zur Bestimmung der Position des Werkzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbau und Kalibrieren einer derartigen Vorrichtung. Die Erfindung kann insbesondere in der Fahrzeugindustrie und dort bevorzugt in der Montage von Fahrzeugteilen Verwendung finden. Innerhalb der Fahrzeugindustrie zielt die Erfindung insbesondere auf die Automobilfertigung ab.The The invention relates to a device with a tool for joining or Processing of components, for example, for bolt or nut welding or Blind rivets, and a sensor to determine the position of the tool. Furthermore, the invention relates to a method for assembly and Calibrating such a device. The invention can in particular in the automotive industry and there preferably in the assembly of vehicle parts Find use. Within the vehicle industry, the invention aims especially on the automotive industry.
Beim Anschweißen von Bolzen oder Muttern besteht das Problem, dass diese Bauteile relativ zu einem anderen Bauteil, beispielsweise einem Karosserieteil eines Fahrzeugs, im verbundenen Zustand genau positioniert sein müssen. Das Problem besteht grundsätzlich überall dort, wo Bauteile positionsgenau miteinander verbunden werden müssen oder ein Bauteil exakt bearbeitet werden muss. In automatisierten Verfahren der Fügetechnik werden bewegbare Werkzeuge in Kombination mit Sensoren verwendet, um die Position des Werkzeugs zum jeweiligen Bauteil zu erfassen und das Werkzeug relativ zu den miteinander zu verbindenden Bauteilen oder nur relativ zu einem dieser Bauteile oder dem zu bearbeitenden Bauteil positionsgenau bis zu einem Zielort zu führen. Falls Werkzeug und zugeordneter Sensor eng beieinander und zueinander in fester Lagebeziehung angeordnet sind, kann das Werkzeug anhand des Sensorsignals bis unmittelbar zu einem beliebig gelegenen Zielort positionsgenau geführt werden. Ferner muss die Position des Werkzeugs nicht zusätzlich vermessen werden. Andererseits ist der Sensor den in vielen Anwendungen widrigen Verhältnissen der Umgebung ausgesetzt, die oft durch das Verbindungsverfahren bedingt sind, so beispielsweise beim Schweißen. Mit zunehmender Einsatzdauer erhöht sich die Gefahr der Fehlfunktion oder des gänzlichen Ausfalls des Sensors. Ein Austausch des Sensors gegen einen neuen ist allerdings mit Kosten verbunden, die sich entsprechend dem für den Austausch zu betreibenden Aufwand und der damit verbundenen Zeit erhöhen. Dies fällt insbesondere bei einem Einsatz in einer laufenden Serienfertigung ins Gewicht.At the welding of bolts or nuts is the problem that these components relative to another component, for example a body part a vehicle to be accurately positioned in the connected state have to. The problem is basically there, where components must be connected to each other positionally accurate or a component must be processed exactly. In automated procedures the joining technique Movable tools are used in combination with sensors, to detect the position of the tool to the respective component and the tool relative to the components to be joined together or only relative to one of these components or the component to be machined position accurate to lead to a destination. If tool and assigned sensor arranged close to each other and to each other in a fixed positional relationship are, the tool can on the basis of the sensor signal until immediately be guided to an arbitrarily located destination exact position. Furthermore, the position of the tool does not need to be additionally measured. on the other hand The sensor is the adverse in many applications conditions exposed to the environment, often through the connection process are conditional, such as welding. With increasing duration of use elevated the danger of the malfunction or the complete failure of the sensor. However, replacing the sensor with a new one is costly which correspond to that for the Exchange of effort and time involved increase. This falls especially when used in a current series production in the weight.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Fügen von Bauteilen oder Bearbeiten eines Bauteils zu schaffen, die ein Werkzeug und zum Positionieren des Werkzeugs einen Sensor umfasst, der einfach und in kurzer Zeit gegen einen Ersatzsensor ausgetauscht werden kann.It It is an object of the invention to provide a device for joining Building components or machining a component that is a tool and for positioning the tool comprises a sensor that is simple and be replaced in a short time against a replacement sensor can.
Eine Vorrichtung zum Fügen eines ersten Bauteils und eines zweiten Bauteils oder Bearbeiten des ersten Bauteils, wie die Erfindung sie betrifft, umfasst ein relativ zu dem ersten Bauteil positionierbares Werkzeug zum Fügen der Bauteile oder Bearbeiten des ersten Bauteils und einen Sensor zur Gewinnung von Positionsdaten, welche die Position des Werkzeugs relativ zu dem ersten Bauteil und gegebenenfalls zu weiteren Bauteilen beschreiben, zu dem oder denen das Werkzeug für das Fügen oder Bearbeiten positionsgenau bewegt werden muss. Das erste Bauteil ist die Referenz oder eine von mehreren Referenzen für die Positionierung und wird im Folgenden als Referenzbauteil bezeichnet.A Device for joining a first component and a second component or edit the first component, how the invention relates to it, comprises a relative to the first component positionable tool for joining the Components or processing of the first component and a sensor for Obtaining position data showing the position of the tool relative to the first component and optionally to other components describe to which or those the tool for the joining or editing positionally accurate has to be moved. The first component is the reference or a of several references for the positioning and is referred to below as a reference component.
Das Wort "oder" wird stets im Sinne von "und/oder" verwendet, soweit sich aus dem jeweiligen Zusammenhang nichts anderes ergibt. Der Begriff "Position" bezeichnet im Sinne der Erfindung entweder den Ort, den ein Körper relativ zu einem anderen einnimmt, oder die Ausrichtung des Körpers relativ zu dem anderen oder den Ort und die Ausrichtung in Kombination. Soweit keine besonderen Aussagen getroffen werden, betrifft der Begriff der Position die Ortsbeziehung stets und die Ausrichtung nur optional.The Word "or" is always in the sense used by "and / or", as far as nothing else results from the respective context. Of the Term "position" in the sense the invention either the location of one body relative to another or the orientation of the body relative to the other or the location and the orientation in combination. As far as no special Statements are made, the term position refers to the Location relationship always and orientation only optional.
Die mittels des Sensors gewonnenen Positionsdaten beschreiben die Position des Werkzeugs zu dem Referenzbauteil vorzugsweise vollständig, so dass das Werkzeug in Abhängigkeit von diesen Positionsdaten, vorzugsweise allein anhand der Positionsdaten, positioniert werden kann. Die Positionsdaten können die Position relativ zu dem Referenzbauteil bereits in einem Koordinatensystem beschreiben, nach X, Y und Z Koordinaten und vorzugsweise auch nach der Winkelstellung zur Referenz. In bevorzugten Ausführungen misst der Sensor allerdings nicht unmittelbar einen Abstand oder einen Winkel, sondern nimmt das Referenzbauteil auf und erzeugt Messdaten, die von einer nachgelagerten Datenverarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Werkzeugposition erst ausgewertet werden. So kann der Sensor beispielsweise ein Bild von der Referenz aufnehmen, d.h. von dem gesamten Referenzbauteil oder nur von einem Bereich um einen Zielort des Referenzbauteils. In solchen Fällen sind die Bilddaten des Sensors die Positionsdaten. Die nachgeordnete Datenverarbeitungseinrichtung wertet diese Positionsdaten aus und ermittelt daraus den Ort und vorzugsweise auch die Ausrichtung des Werkzeugs relativ zu dem Referenzbauteil bzw. zum Zielort an dem Referenzbauteil.The Positional data obtained by means of the sensor describe the position the tool to the reference component preferably completely, so that the tool depending from these position data, preferably solely on the basis of the position data, can be positioned. The position data can be the position relative to already describe the reference component in a coordinate system, after X, Y and Z coordinates and preferably also after the angular position for reference. In preferred embodiments, however, the sensor measures not immediately a distance or an angle, but takes the reference component and generates measurement data from a downstream Data processing device for determining the tool position to be evaluated first. For example, the sensor can take a picture from the reference, i. from the entire reference component or only from an area around a destination of the reference component. In such cases the image data of the sensor are the position data. The downstream data processing device evaluates this position data and determines from this the location and preferably also the orientation of the tool relative to the reference component or to the destination on the reference component.
Der Sensor ist mit dem Werkzeug mittels eines Trägers verbunden. Zumindest der Sensor ist an dem Träger montiert. Vorzugsweise ist auch das Werkzeug an dem Träger montiert. Grundsätzlich kann der Träger jedoch auch einstückig am Werkzeug angeformt oder stoffschlüssig mit dem Werkzeug verbunden sein, beispielsweise mittels Schweißverbindung. Über den gemeinsamen Träger ist der Sensor seiner Position nach definiert mit dem Werkzeug verbunden und macht dessen Bewegungen bei der Positionierung mit. Das Werkzeug, der Träger und der Sensor bilden eine Bewegungseinheit. Der Sensor kann auf dem Träger beweglich montiert sein, solange seine Position relativ zu dem Werkzeug definiert, d.h. einer Steuerung oder Regelung für die Bewegung des Werkzeugs bekannt oder über ein Getriebe vorgegeben ist. Vorzugsweise ist der Sensor im montierten Zustand relativ zu dem Träger und relativ zu dem Werkzeug jedoch nicht beweglich, sondern sowohl nach dem Ort als auch der Ausrichtung fixiert. Das bezüglich der Beweglichkeit des Sensors relativ zum Träger Gesagte gilt für das Werkzeug relativ zum Träger ebenso.The sensor is connected to the tool by means of a carrier. At least the sensor is mounted on the carrier. Preferably, the tool is also mounted on the carrier. In principle, however, the carrier can also be integrally formed on the tool or materially connected to the tool, for example by means of welded connection. About the common carrier, the sensor is defined in its position with the Tool connected and makes its movements in the positioning with. The tool, the carrier and the sensor form a movement unit. The sensor may be movably mounted on the carrier as long as its position relative to the tool is defined, ie, known to a controller or controller for the movement of the tool or predetermined via a gear. Preferably, however, the sensor is not movable in the mounted state relative to the carrier and relative to the tool, but fixed in both the location and the orientation. What has been said with regard to the mobility of the sensor relative to the carrier also applies to the tool relative to the carrier.
Nach der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Kupplung, die den Sensor lösbar mit dem Träger verbindet, so dass der Sensor gegen einen gleichwertigen Ersatzsensor ausgetauscht werden kann. Gegebenenfalls wird der Sensor lediglich für die Reparatur oder Wartung von der Träger abmontiert und anschließend wieder montiert. Desweiteren muss der Sensor auch nicht in allen Fällen durch einen völlig gleichwertigen Sensor ersetzt werden, sondern kann durch einen anderen Sensor ersetzt werden, der in Anpassung an beispielsweise eine andere Art von Bauteilen oder andere Umgebungsbedingungen modifiziert ist, um die veränderten Anforderungen besser zu erfüllen.To According to the invention, the device comprises a coupling which comprises the sensor solvable connecting with the carrier, so the sensor is replaced with an equivalent replacement sensor can be. If necessary, the sensor is only for repair or maintenance of the carrier dismantled and then remounted. Furthermore, the sensor does not have to be in all make by a completely equivalent Sensor can be replaced, but can be replaced by another sensor which is in adaptation to, for example, another type of components or other environmental conditions modified to the changed Better to meet requirements.
Nach der Erfindung umfasst die Vorrichtung ferner einen Datenspeicher für Kalibrierdaten des Sensors. Der Datenspeicher ist gemeinsam mit dem Sensor über die Kupplung mit dem Träger mechanisch verbunden und somit durch Lösen der Kupplung gemeinsam mit dem Sensor abnehmbar und umgekehrt mittels der Kupplung an dem Träger montierbar. Sensor und Datenspeicher bilden in diesem Sinne eine Montageeinheit. Bei den Kalibrierdaten kann es sich um sämtliche Kalibrierdaten des Sensors handeln einschließlich Kalibrierdaten, welche die Position des Sensors relativ zu dem Werkzeug beschreiben. Alternativ kann es sich jedoch auch nur um diejenigen Kalibrierdaten enthalten, die den Sensor als solchen beschreiben, aber noch nicht die Position des Sensors relativ zu dem Werkzeug. Derartige Kalibrierdaten werden vor dem erstmaligen Zusammenbau von Werkzeug und Sensor gewonnen. Der Sensor wird in diesem Sinne vorkalibriert. Wird der Sensor ein erstes Mal auf dem Träger montiert, bedarf es keiner Kalibrierung des Sensors als solchen, d.h. des Sensors in sich und gegebenenfalls in Bezug auf eine mit ihm verbundene Kupplungshälfte, sondern lediglich noch der Kalibrierung in Bezug auf das Werkzeug. Bildet beispielsweise eine CCD-Kamera den Sensor, so wird mittels den Kalibrierdaten, die den Sensor nur als solchen betreffen, beispielsweise eine Verzerrung eines Objektivs, die Ausrichtung des Objektivs relativ zu einem für Licht empfindlichen Aufnehmer oder eine Fertigungsgenauigkeit des Aufnehmers korrigiert.To According to the invention, the device further comprises a data memory for calibration data of the sensor. The data memory is shared with the sensor via the Clutch with the carrier mechanically connected and thus by releasing the clutch together Detachable with the sensor and vice versa by means of the coupling to the carrier mountable. Sensor and data storage form in this sense Mounting unit. The calibration data can be all Calibration data of the sensor act including calibration data which the Describe the position of the sensor relative to the tool. alternative however, it can only contain those calibration data which describe the sensor as such, but not yet the position the sensor relative to the tool. Such calibration data will be obtained before the first assembly of tool and sensor. Of the Sensor is pre-calibrated in this sense. Will the sensor be a first Time on the carrier mounted, there is no need to calibrate the sensor as such, i.e. of the sensor in and possibly with respect to one him connected coupling half, but only the calibration with respect to the tool. forms For example, a CCD camera the sensor, so by means of the calibration data, the affect the sensor only as such, such as a distortion a lens, the orientation of the lens relative to a for light sensitive transducer or manufacturing accuracy of the transducer corrected.
Die Kupplung umfasst eine erste Kupplungshälfte, die mit dem Träger verbunden, vorzugsweise ortsfester Bestandteil des Trägers ist, und eine zweite Kupplungshälfte, die mit dem Sensor vorzugsweise ortsfest verbunden ist. Vorzugsweise ist die Kupplung als Schnellwechselkupplung gebildet, beispielsweise als Schwalbenschwanzkupplung, bei der die beiden Kupplungshälften mittels einer Schwalbenschwanzführung aneinander geführt und durch die Schwalbenschwanzführung nach fünf Freiheitsgraden der Bewegung aneinander festgelegt sind. Der sechste Freiheitsgrad, nämlich die Richtung parallel zu den beiden seitlichen Führungen der Schwalbenschwanzführung, kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder einer lösbaren Rastverbindung festgelegt sein. Alternativ zu der bevorzugten Schwalbenschwanzführung können die Kupplungshälften auch mittels einer anders ausgeführten Linearführung aneinander festgelegt sein, die in Kombination mit vorzugsweise einer Einpunktverbindung, beispielsweise Schraub- oder Rastverbindung, vorzugsweise jegliche Relativbewegung verhindert.The Coupling comprises a first coupling half, which is connected to the carrier, preferably stationary component of the carrier, and a second coupling half, the Preferably connected to the sensor is stationary. Preferably the clutch is formed as a quick-change coupling, for example as a dovetail clutch, in which the two coupling halves means a dovetail guide led to each other and through the dovetail guide after five Degrees of freedom of movement are fixed to each other. The sixth Degree of freedom, viz the direction parallel to the two lateral guides of the dovetail guide can for example by means of a screw or a releasable latching connection be set. As an alternative to the preferred dovetail guide, the coupling halves also by means of a differently executed linear guide be fixed to each other in combination with preferably a one-point connection, for example screwed or latched connection, preferably prevents any relative movement.
Um die Montage des Sensors zu erleichtern, ist die Kupplung vorzugsweise so gebildet, dass der Kupplungseingriff bei Fixierung einer der Kupplungshälften manuell mit nur einer Hand herstellbar ist. Zu diesem Zweck kann die eine der Kupplungshälften, vorzugsweise die des Trägers, quer zu der Führungsrichtung in sich nachgiebig sein, vorzugsweise elastisch nachgiebig, um die Herstellung des Kupplungseingriffs zu erleichtern. Die betreffende Kupplungshälfte kann beispielsweise zweiteilig sein, wobei die beiden Teile gegen die Kraft einer Feder oder mehrerer Federn voneinander weg spannbar sind. Die andere Kupplungshälfte ist gegen eines der beiden Teile drückbar, so dass die beiden Teile auseinander bewegt werden. Nach Einsetzen der anderen Kupplungshälfte schnappen die beiden Teile wieder aufeinander zu und fassen die andere Kupplungshälfte zwischen sich ein. Die andere Kupplungshälfte wird mittels der bevorzugten Einpunktverbindung an einem der beiden Teile fixiert. Gegebenenfalls werden die beiden Teile der zweiteiligen Kupplungshälfte zusätzlich aneinander fixiert, sollte die rückstellende Federkraft für die Fixierung des Sensors noch nicht ausreichen.Around To facilitate the mounting of the sensor, the coupling is preferably formed so that the clutch engagement in fixing one of coupling halves can be produced manually with just one hand. For this purpose can one of the coupling halves, preferably that of the wearer, transverse to the guiding direction be resilient in itself, preferably elastically yielding to the Making the clutch engagement easier. The person in question coupling half can for example be in two parts, the two parts against the force of a spring or several springs tensioned away from each other are. The other coupling half is pressed against one of the two parts, so that the two parts be moved apart. After inserting the other coupling half, snap the two parts back to each other and take the other half of the coupling between yourself. The other coupling half becomes by means of the preferred one-point connection at one of the two Parts fixed. Optionally, the two parts of the two-part coupling half additionally fixed together, should the restoring spring force for the Fixing the sensor is not enough.
Die bereits vor der Montage des Sensors in dem Datenspeicher gespeicherten Kalibrierdaten der Vorkalibrierung beschreiben den Sensor wie bereits erwähnt in solch einer Weise, dass Fertigungsungenauigkeiten des Sensors, einzelner Komponenten des Sensors oder Ungenauigkeiten in der Position einzelner Komponenten zueinander mittels der Kalibrierdaten korrigiert werden können. Die Kalibrierdaten können ferner Kalibrierdaten umfassen, die die Position des Sensors relativ zu der zweiten Kupplungshälfte beschreiben. In Bezug auf seine Position relativ zu der zweiten Kupplungshälfte wird der Sensor zwar bevorzugterweise mechanisch kalibriert, indem er zu der zweiten Kupplungshälfte exakt ausgerichtet wird. Fehler in der Ausrichtung können aber dennoch auf der Basis von Messungen, die mittels des Sensors ausgeführt werden, zusätzlich mathematisch mittels hierfür gewonnener Kalibrierdaten kompensiert werden.The calibration data of the pre-calibration already stored in the data memory prior to mounting the sensor describe the sensor as already mentioned in such a way that manufacturing inaccuracies of the sensor, individual components of the sensor or inaccuracies in the position of individual components to each other can be corrected by means of the calibration data. The calibration data may further include calibration data representing the position of the sensor relative to the second coupling half of the description. In terms of its position relative to the second coupling half, although the sensor is preferably mechanically calibrated by being exactly aligned with the second coupling half. However, errors in the alignment can still be mathematically compensated on the basis of measurements carried out by means of the sensor by means of calibration data obtained for this purpose.
Bei exakter Fertigung der Kupplungshälften und exakter Positionierung der ersten Kupplungshälfte relativ zum Werkzeug bedarf es nach der Montage des Sensors auf den Träger nicht einmal mehr einer Kalibrierung relativ zu dem Werkzeug. Allerdings entspricht es bevorzugten Ausführungsformen, wenn der Sensor im montierten Zustand in Bezug auf seine Position relativ zu dem Werkzeug vermessen wird und aus der Messung weitere Kalibrierdaten gewonnen werden. Der Sensor wird in derartigen Ausführungen vor der Montage an dem Träger vorkalibriert und im montierten Zustand endkalibriert.at exact manufacture of the coupling halves and exact positioning of the first coupling half relative to the tool requires after the mounting of the sensor on the carrier not even a calibration relative to the tool. However, it corresponds to preferred embodiments, when the sensor is in the assembled state with respect to its position relative to the tool is measured and from the measurement more Calibration data are obtained. The sensor is in such embodiments before mounting on the carrier pre-calibrated and finally calibrated in assembled state.
Die aus den beiden Kalibrierungen gewonnenen Kalibrierdaten können in dem Datenspeicher des Sensors als zwei Datensätze gespeichert sein. Die Endkalibrierung wird in bevorzugten Ausführungen mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung durchgeführt, die im späteren Einsatz der Vorrichtung gemeinsam mit dem Sensor zu der Vorrichtung gehört und die von dem Sensor gewonnenen Positionsdaten für eine Aktorsteuerung eines im Raum beweglichen Aktors aufbereitet, an dem die Einheit aus Werkzeug, Träger und Sensor befestigbar oder bereits befestigt ist. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise eine zu der Aktorsteuerung externe Einrichtung und mit der Aktorsteuerung signaltechnisch per Kabel oder leitungslos, beispielsweise per Funk, verbunden. Die Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise in einem eigenen Gehäuse untergebracht. Sie kann in enger räumlicher Verbindung mit dem Sensor angeordnet und mittels der Kupplung gemeinsam mit dem Sensor an dem Träger montierbar sein. Vorzugsweise ist sie jedoch auch eine externe Einrichtung in Bezug auf den Sensor und mit dem Sensor signaltechnisch ebenfalls leitungslos oder vorzugsweise per Kabel verbunden. Die Datenverarbeitungseinrichtung verfügt über einen Datenspeicher, in dem vorteilhafterweise die Kalibrierdaten der Endkalibrierung gespeichert werden. In derartigen Ausführungen enthält der Datenspeicher des Sensors vorzugsweise nur die Kalibrierdaten der Vorkalibrierung, und der Datenspeicher der Datenverarbeitungseinrichtung enthält die Kalibrierdaten der Endkalibrierung. Bei der Positionierung des Werkzeugs oder vorzugsweise nur einmalig im Rahmen einer Inbetriebnahme eines neuen Sensors werden dessen Kalibrierdaten ausgelesen und in dem Datenspeicher der Datenverarbeitungseinrichtung als ein zweiter Datensatz neben den Kalibrierdaten der Endkalibrierung permanent gespeichert oder nur zwischengespeichert. Die Datenverarbeitungseinrichtung, die auch die Positionsdaten des Sensors im Einsatzbetrieb erhält und für die Aktorsteuerung aufbereitet, kann die beiden Kalibrierdatensätze entsprechend permanent speichern und bei der Auswertung der Positionsdaten verarbeiten oder aber aus den beiden Kalibrierdatensätzen einen neuen Kalibrierdatensatz bilden und diesen permanent speichern, der dann sämtliche Arten von Fertigungs- oder Positionsfehlern des Sensors bei der Aufbereitung der Positionsdaten mathematisch korrigiert. Die Datenverarbeitungseinrichtung und deren Zusammenwirken mit der Aktorsteuerung und dem Sensor wird in der deutschen Patentanmeldung mit dem Titel "Steuerung für eine Werkzeug-Sensor-Vorrichtung" beschrieben, die die Anmelderin am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung hinterlegt hat. In Bezug auf die Steuerung und insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung wird die parallele Anmeldung in Bezug genommen.The Calibration data obtained from the two calibrations can be stored in the data memory of the sensor to be stored as two records. The final calibration is in preferred embodiments performed by a data processing device, the later Use of the device together with the sensor to the device belongs and the position data obtained by the sensor for an actuator control a movable in space actuator, where the unit from tool, carrier and sensor attachable or already attached. The data processing device is preferably an external device to the actuator control and with the actuator control signaling by cable or without wires, For example, by radio, connected. The data processing device is preferably housed in a separate housing. she can in close spatial Connected to the sensor and shared by the clutch with the sensor on the carrier be mountable. Preferably, however, it is also an external device in terms of the sensor and with the sensor also signaling leadless or preferably connected by cable. The data processing device has one Data storage, in which advantageously the calibration data of the final calibration get saved. In such embodiments, the data store contains the sensor preferably only the calibration data of the pre-calibration, and the data memory of the data processing device contains the calibration data the final calibration. When positioning the tool or preferably only once during commissioning of a new sensor its calibration data are read and stored in the data memory of Data processing device as a second record in addition to the Calibration data of the final calibration permanently stored or only cached. The data processing device, too receives the position data of the sensor in the operation and for the actuator control processed, the two calibration data sets can be permanent Save and process in the evaluation of the position data or from the two calibration records form a new calibration record and store it permanently, which then stores all kinds of manufacturing or position errors of the sensor during the preparation of the position data corrected mathematically. The data processing device and its Cooperation with the actuator control and the sensor is in the German patent application entitled "Control for a tool-sensor device" described the applicant deposited on the same day as the present application Has. With respect to the controller and in particular the data processing device the parallel application is referenced.
Bei den gespeicherten Kalibrierdaten kann es sich um reine Messdaten handeln. Vorzugsweise sind die Kalibrierdaten jedoch bereits Korrekturwerte oder gegebenenfalls nur ein einziger Korrekturwert, die oder der bei dem Positionieren des Werkzeugs je als konstanter Wert mit den vom Sensor ermittelten Positionsdaten verrechnet wird oder werden, vorzugsweise nur additiv oder multiplikativ, um die Fertigungs- oder Positionsfehler des Sensors zu korrigieren. Die Korrekturwerte sind vorzugsweise mathematische Transformationsvorschriften für eine mathematische Korrektur von Sensorfehlern. Falls die Positionsdaten Bilddaten sind, können die Kalibrierdaten beispielsweise eine Verschiebung oder Drehung oder Dehnung oder Stauchung des aufgenommenen Bilds bewirken. Die beispielhaft genannten Transformationen, beispielsweise eine Dehnung, können das gesamte Bild oder auch nur einen oder mehrere lokale Bereiche des Bilds betreffen.at The stored calibration data may be pure measurement data act. Preferably, however, the calibration data are already correction values or if necessary, only a single correction value, the or at positioning the tool as a constant value with each of the Sensor determined position data is or will be charged, preferably only additive or multiplicative to the manufacturing or position errors to correct the sensor. The correction values are preferably mathematical transformation rules for a mathematical correction of sensor errors. If the position data is image data, the Calibration data, for example, a shift or rotation or Cause stretching or compression of the recorded image. The example mentioned transformations, such as stretching, the entire Image or just one or more local areas of the image affect.
Das Werkzeug ist bevorzugt ein Werkzeug zum Fügen, d. h. ein Werkzeug zum Herstellen einer Fügeverbindung oder zum Halten eines zu fügenden Bauteils. Es kann insbesondere ein Fügewerkzeug zum Herstellen eines Stoffschlusses, beispielsweise eine Schweißeinrichtung, Löteinrichtung oder Klebeeinrichtung, oder ein Werkzeug für eine auf Kraft- oder Formschluss beruhende Fügetechnik sein, beispielsweise eine Nieteinrichtung, Schraubeinrichtung oder Rollfalzeinrichtung. Vorzugsweise ist es in der Lage, die Bauteile automatisch zu verbinden. Es kann eine Zuführeinrichtung für zweite Bauteile, beispielsweise Bolzen, Muttern, Schrauben, Niete, Scharniere und dergleichen umfassen. In alternativen Ausführungen handelt es sich um eine Halteeinrichtung für das zweite Bauteil, beispielsweise eine Spanneinrichtung oder Greifeinrichtung für ein Anbauteil einer Fahrzeugkarosserie, die das jeweilige Anbauteil bei der Montage hält. Das zweite Bauteil kann in derartigen Anwendungen beispielsweise eine Fahrzeugtür, eine Klappe, Haube, ein der Befestigung dienendes Scharnier oder eine Fahrzeugleuchte sein. Das Werkzeug kann alternativ ein Bearbeitungswerkzeug sein, vorzugsweise für eine spanende Bearbeitung wie insbesondere Fräsen oder Bohren. Es können auch mehrere Werkzeuge über den Träger mit dem Sensor verbunden sein, so dass der Sensor der Positionierung von jedem dieser Werkzeuge dient. In solchen Ausführungen sind mittels des Sensors die Positionsdaten für eines dieser Werkzeuge gewinnbar, das für die Positionierung einer derart erweiterten Werkzeug-Sensor-Vorrichtung als Referenzwerkzeug dient. Das andere oder die mehreren anderen Werkzeuge sind in derartigen Ausführungen mit dem Träger in vorgegebener Weise beweglich verbunden, so dass die Positionierung des Referenzwerkzeugs auch für die Positionierung des oder der weiteren Werkzeuge ausreicht. Alternativ kann jedes der mittels des Trägers miteinander kombinierten Werkzeuge nacheinander selbst das Referenzwerkzeug für den Sensor bilden, wenn die betreffenden Werkzeuge zeitlich nacheinander oder gleichzeitig an unterschiedlichen Zielorten am Referenzbauteil zum Einsatz gelangen. Vorteilhaft ist die Kombination einer Halteeinrichtung für ein zweites Bauteil, etwa ein Fahrzeuganbauteil oder ein Scharnier für eine gelenkige Befestigung des Anbauteils, mit einem Fügewerkzeug für die Befestigung des zweiten Bauteils am Referenzbauteil. Beispiele sind die Kombination einer Halteeinrichtung für eine Fahrzeugleuchte mit einem Schweiß- oder Nietwerkzeug zur Befestigung der Fahrzeugleuchte oder eine Halteeinrichtung für eine Fahrzeugtür mit einem Schweiß- oder Schraubwerkzeug. Alternativ zu der Anordnung mehrerer Werkzeuge am gleichen Träger kann auch für jedes der mehreren Werkzeuge je ein eigener Sensor vorgesehen sein. Die in diesem Falle der Art nach gleich aufgebauten Werkzeug-Sensor-Vorrichtungen werden steuerungstechnisch aufeinander abgestimmt bewegt und aktiviert.The tool is preferably a tool for joining, ie a tool for producing a joint or for holding a component to be joined. In particular, it can be a joining tool for producing a material bond, for example a welding device, soldering device or adhesive device, or a tool for a joining technique based on force or positive locking, for example a riveting device, screwing device or roller folding device. Preferably, it is able to automatically connect the components. It may include a feeder for second components, such as bolts, nuts, screws, rivets, hinges, and the like. In alternative embodiments, it is a holding device for the second component, for example, a clamping device or gripping device for an attachment of a vehicle body, the respective Attachment stops during assembly. The second component may be in such applications, for example, a vehicle door, a flap, hood, a fastening serving hinge or a vehicle lamp. The tool may alternatively be a machining tool, preferably for a machining operation such as in particular milling or drilling. Also, multiple tools may be connected to the sensor via the carrier so that the sensor serves to position each of these tools. In such embodiments, by means of the sensor, the position data for one of these tools can be obtained, which serves for the positioning of such an extended tool-sensor device as a reference tool. The other or several other tools are movably connected in such a manner with the carrier in a predetermined manner, so that the positioning of the reference tool is sufficient for the positioning of the one or more other tools. Alternatively, each of the tools combined with each other by means of the carrier can successively form the reference tool for the sensor if the respective tools are used successively or simultaneously at different target locations on the reference component. Advantageously, the combination of a holding device for a second component, such as a vehicle attachment or a hinge for a hinged attachment of the attachment, with a joining tool for attaching the second component to the reference component. Examples are the combination of a holding device for a vehicle lamp with a welding or riveting tool for fixing the vehicle lamp or a holding device for a vehicle door with a welding or screwing tool. As an alternative to the arrangement of several tools on the same carrier, a separate sensor can also be provided for each of the several tools. The tool-sensor devices, which in this case are of the same type, are moved and activated in a coordinated manner with regard to control technology.
Der Sensor kann zwar grundsätzlich ungerichtet sein, d. h. aus allen Richtungen aufnehmen, bevorzugt handelt es sich jedoch um einen gerichteten Sensor mit einer Messfläche, vorzugsweise Messebene, die in eine Messrichtung gerichtet ist und nur Signale aufnimmt, die aus einer Richtung auf die Messfläche treffen, die zumindest eine gegen die Messrichtung weisende Richtungskomponente aufweist. Der Sensor hat entsprechend eine Messachse parallel zu der Messrichtung. Die Messachse ist eine Flächennormale auf die Messfläche und erstreckt sich durch einen zentralen Bereich der Messfläche. Die Messrichtung kann mit einer Arbeitsrichtung des Werkzeugs zusammenfallen oder winkelig zu der Arbeitsrichtung weisen. Bevorzugt sind die Arbeitsrichtung des Werkzeugs und die Messrichtung des Sensors parallel voneinander beabstandet, wobei ein zwischen der Messachse und einer zentralen Arbeitsachse des Werkzeugs gemessener Abstand über etwa 30 cm nicht hinausgehen sollte. Ein solch geringer Abstand von Werkzeug und Sensor ist auch für eine zur Arbeitsrichtung des Werkzeugs winkelige Anordnung des Sensors vorteilhaft. Als Arbeitsrichtung wird bei einem Werkzeug zum Setzen von beispielsweise Muttern, Bolzen, Nieten oder Schrauben die Längsrichtung derartiger zweiter Bauteile verstanden. Bei einem Klebewerkzeug wäre es entsprechend die Austrittsrichtung des Klebers, bei einer Halteeinrichtung beispielsweise eine Richtung, in die das gehaltene Bauteil gegen das Referenzbauteil beispielsweise gedrückt wird. Die Kalibrierdaten der Vorkalibrierung umfassen vorzugsweise solche Kalibrierdaten, mittels denen ein etwaiger Geometriefehler der Messfläche, beispielsweise ein Wölbungsfehler, korrigiert werden kann.Of the Although sensor can basically be undirected, d. H. record from all directions, preferred However, it is a directional sensor with a measuring surface, preferably Measuring plane, which is directed in a measuring direction and only signals absorbs that hit the measuring surface from one direction at least has a pointing against the direction of measurement direction component. The sensor accordingly has a measuring axis parallel to the measuring direction. The measuring axis is a surface normal on the measuring surface and extends through a central area of the measuring surface. The Measuring direction can coincide with a working direction of the tool or pointing at an angle to the working direction. Preferred are the Working direction of the tool and the measuring direction of the sensor parallel spaced apart, one between the measuring axis and a central working axis of the tool measured distance over about 30 cm should not go out. Such a small distance from tool and sensor is synonymous for one to the working direction of the tool angular arrangement of the sensor advantageous. The working direction is a tool for setting For example, nuts, bolts, rivets or screws the longitudinal direction understood such second components. With a glue tool would it be according to the exit direction of the adhesive, in a holding device For example, a direction in which the held component against the reference component is pressed, for example. The calibration data the pre-calibration preferably include such calibration data, by means of which a possible geometry error of the measuring surface, for example a vaulting error, can be corrected.
Der Sensor ist vorzugsweise ein optischer Sensor, obgleich die Verwendung eines anderen Sensors, beispielsweise eines anderen elektromagnetischen Sensors oder eines Ultraschallsensors, nicht ausgeschlossen werden soll. Besonders bevorzugt bildet eine Bilderfassungseinrichtung den Sensor. Der Sensor kann ein 3D-Sensor oder in bevorzugten, einfacheren Ausführungen ein 2D-Sensor sein. Denkbar ist auch eine Kombination von wenigstens zwei 1D-Sensoren, mittels denen der Zielort in einer Ansichtsebene des Referenzbauteils ermittelbar ist. In sehr einfachen Ausführungen kann der Sensor auch nur ein 1D-Sensor sein, beispielsweise ein Abstandssensor, mit dem nur der Abstand des Werkzeugs zu dem Referenzbauteil längs einer einzigen Achse ermittelt wird. Insbesondere kann eine CCD-Kamera verwendet werden. Bei der Endkalibrierung wird im Falle eines bilderfassenden Sensors vorzugsweise der Bildmittelpunk des Sensors zum Ort der Befestigung des Sensors auf dem Träger oder gleich relativ zu dem Werkzeug kalibriert.Of the Sensor is preferably an optical sensor, although the use another sensor, such as another electromagnetic Sensors or an ultrasonic sensor, can not be excluded should. Particularly preferred is an image capture device the sensor. The sensor can be a 3D sensor or in preferred, simpler versions be a 2D sensor. It is also conceivable a combination of at least two 1D sensors, by means of which the destination in a view plane of the reference component can be determined. In very simple versions the sensor may also be just a 1D sensor, for example a Distance sensor with which only the distance of the tool to the reference component along one single axis is determined. In particular, a CCD camera be used. When final calibration is in the case of an image-capturing Sensors preferably the image center point of the sensor to the place of Mounting the sensor on the carrier or equal to calibrated to the tool.
Eine Sensorsteuerung zur Steuerung der Aktivität des Sensors ist vorzugsweise ebenfalls auf dem Träger angeordnet, vorzugsweise gemeinsam mit dem Sensor über die Kupplung mechanisch mit dem Träger verbunden. Die Sensorsteuerung ist mit einer übergeordneten Steuerung verbunden, welche die Bewegungen des Werkzeugs und damit gemeinsam auch des Sensors in Abhängigkeit von den Positionsdaten steuert. Die Positionsdaten werden der übergeordneten Steuerung aufgegeben, und die Sensorsteuerung wird von der übergeordneten Steuerung angesteuert, um den Sensor zu aktivieren. Umfasst der Sensor eine Strahlungseinrichtung, beispielsweise einen Laser oder eine Beleuchtungseinrichtung, so wird die Strahlungseinrichtung bei Ansteuerung der Sensorsteuerung vorzugsweise von dieser aktiviert. Falls ein Aufnehmer des Sensors aktiviert werden muss, so wird dieser über die Sensorsteuerung aktiviert. Misst der Sensor rein passiv, enthält er also nur einen Aufnehmer, so kann die Aktivierung beispielsweise nur darin bestehen, dass die Positionsdaten des Sensors in den Datenspeicher für die Kalibrierdaten oder einen anderen Datenspeicher des Sensors eingelesen oder direkt der übergeordneten Steuerung übermittelt werden, gegebenenfalls über eine sensoreigene Datenverarbeitungseinrichtung. Vorzugsweise werden die Positionsdaten der genannten externen Datenverarbeitungseinrichtung zur Auswertung übermittelt.A sensor control for controlling the activity of the sensor is preferably also arranged on the carrier, preferably mechanically connected to the carrier together with the sensor via the coupling. The sensor control is connected to a higher-level control, which controls the movements of the tool and thus also of the sensor as a function of the position data. The position data are given to the higher-level controller, and the sensor control is controlled by the higher-level controller in order to activate the sensor. If the sensor comprises a radiation device, for example a laser or an illumination device, the radiation device is preferably activated by the latter when the sensor control is actuated. If a transducer of the sensor has to be activated, it is activated via the sensor control. Measures the sensor purely passive, ent Thus, if it only holds one pickup, then the activation can only consist, for example, of the position data of the sensor being read into the data memory for the calibration data or another data memory of the sensor or transmitted directly to the higher-level control, optionally via a sensor-own data processing device. Preferably, the position data of said external data processing device are transmitted for evaluation.
Die übergeordnete Steuerung verwendet die Positionsdaten in bevorzugten Ausführungen nur zur Bildung einer Führungsgröße. Alternativ kann die übergeordnete Steuerung zu einer Regelung weitergebildet sein, die aus den Positionsdaten eine Regelgröße bildet. In einer bevorzugten Ausführung ist der Zielort der übergeordneten Steuerung vorgegeben, die übergeordnete Steuerung oder die vorzugsweise zwischengeschaltete Datenverarbeitungseinrichtung wertet die Positionsdaten und Kalibrierdaten aus und bildet hieraus eine neue Führungsgröße für eine das Werkzeug positionierende Stelleinrichtung.The parent Control uses the position data in preferred embodiments only for the formation of a reference variable. alternative can be the parent Control be developed to a scheme that from the position data forms a controlled variable. In a preferred embodiment is the destination of the parent Control specified, the parent Control or the preferably intermediate data processing device evaluates the position data and calibration data and forms from this a new leader for that Tool positioning adjusting device.
Die Vorrichtung ist in bevorzugten Ausführungen an einem im Raum beweglichen Aktor befestigt, den insbesondere ein Roboterarm bilden kann. Die übergeordnete Steuerung ist in derartigen Ausführungen die Aktorsteuerung, wobei der Begriff der Aktorsteuerung wie vorstehend erläutert auch eine Regelung umfassen kann.The Device is in preferred embodiments of a movable in space Attached actuator that can form a particular robotic arm. The parent Control is in such embodiments the actuator control, the term of the actuator control as above explained may also include a regulation.
Auf dem Träger kann eine Datenverarbeitungseinrichtung für die Verarbeitung der mittels des Sensors gewonnenen Positionsdaten angeordnet, insbesondere gemeinsam mit dem Sensor mittels der Kupplung mechanisch mit der Träger verbunden sein. Vorzugsweise ist diese Datenverarbeitungseinrichtung jedoch eine zu dem Sensor externe Einrichtung, die nicht gemeinsam mit dem Sensor mittels der Kupplung montierbar und vorzugsweise auch nicht auf dem Träger angeordnet ist. In bevorzugten Ausführungen ist diese Datenverarbeitungseinrichtung die bereits im Zusammenhang mit der Kalibrierung beschriebene Datenverarbeitungseinrichtung. In noch einer Variante, die allerdings ebenfalls nicht die bevorzugte ist, ist die Datenverarbeitungseinrichtung für die Verarbeitung der Positionsdaten integrierter Bestandteil der Aktorsteuerung oder einer anderen übergeordneten Steuerung. Die Datenverarbeitungseinrichtung errechnet vorzugsweise bereits die Position des Werkzeugs im Messkoordinatensystem. In diesem Falle wird der übergeordneten Steuerung die errechnete Position oder vorzugsweise bereits ein Korrekturvektor als Führungsgröße übermittelt. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann insbesondere einen Datenspeicher für die Positionsdaten und gegebenenfalls für Daten einer höheren Verarbeitungsstufe umfassen. Falls die Datenverarbeitungseinrichtung auf dem Träger angeordnet ist, umfasst sie den Datenspeicher des Sensors mit den darin gespeicherten Kalibrierdaten.On the carrier a data processing device for the processing of means The sensor obtained position data arranged, in particular common be mechanically connected to the sensor by means of the coupling with the carrier. However, this data processing device is preferably one to the sensor external device that is not common with the sensor mounted by means of the coupling and preferably not on the carrier is arranged. In preferred embodiments, this data processing device is the data processing device already described in connection with the calibration. In another variant, but also not the preferred is, is the data processing device for the processing of the position data integrated part of the actuator control or another parent Control. The data processing device preferably calculates already the position of the tool in the measuring coordinate system. In this case becomes the parent Control the calculated position or preferably already Correction vector transmitted as a reference variable. The data processing device can in particular be a data memory for the Position data and, where appropriate, data of a higher processing level include. If the data processing device is arranged on the carrier is, it includes the data memory of the sensor with the stored therein Calibration data.
Zum Schutz vor schädlichen Umgebungseinflüssen wie beispielsweise Schmutz und Feuchte ist der Sensor in bevorzugter Ausführung in einem Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist vorzugsweise gemeinsam mit dem Sensor über die Kupplung mit dem Träger verbunden und daher gemeinsam mit dem Sensor austauschbar. Das Gehäuse weist eine Öffnung auf, durch die der Sensor die für die Erfassung der Position erforderlichen Signale aufnehmen kann. Im Falle des bevorzugt optischen Sensors ist die Öffnung lichtdurchlässig. Für das Arbeiten bei widrigen Umgebungsverhältnissen, wie sie beispielsweise beim Schweißen auftreten, ist vorzugsweise ein Verschluss vorgesehen, der zwischen einem Schutzzustand, in dem er die Öffnung verschließt, und einem Freigabezustand, in dem er die Öffnung freigibt, umsteuerbar ist. Obgleich die übergeordnete Steuerung den Verschluss steuern könnte, wird es bevorzugt, wenn die genannte Sensorsteuerung, die bevorzugt in dem Gehäuse angeordnet und über die Kupplung mit dem Träger verbunden ist, den Verschluss in Abhängigkeit von der Sensoraktivität zwischen dem Schutz- und dem Freigabezustand umsteuert. Der Verschluss kann beispielsweise als Schieber oder vorzugsweise als Haube oder Klappe gebildet sein. Bei Verlagerung der Verschlusssteuerung in die Sensorsteuerung wird die übergeordnete Steuerung entlastet.To the Protection against harmful environmental influences such as dirt and humidity, the sensor is more preferred execution in a housing arranged. The housing is preferably connected together with the sensor via the coupling to the carrier and therefore interchangeable with the sensor. The housing faces an opening on, through which the sensor for the recording of the position required signals can record. In the case of the preferred optical sensor, the opening is translucent. For working in adverse environmental conditions, as they occur during welding, for example, is preferably a Shutter provided between a protective state in which he the opening closes, and a release state in which it releases the opening, reversible is. Although the parent controller could control the closure, it is preferred if the said sensor control, the preferred in the case arranged and over the coupling with the carrier is connected, the shutter depending on the sensor activity between reverses the protection and the release state. The closure can formed, for example, as a slide or preferably as a hood or flap be. When shifting the shutter control in the sensor control becomes the parent controller relieved.
Die Vorrichtung kann über eine Strahlungseinrichtung zur Ausstrahlung eines nach Reflexion von dem Sensors aufnehmbaren Signals verfügen. Die Strahlungseinrichtung kann beispielsweise ein Ultraschallsender oder vorzugsweise eine Einrichtung zum Ausstrahlen elektromagnetischer Energie sein, wobei aus dem elektromagnetischen Spektrum der optische Bereich bevorzugt wird. In Ausführungen, in denen der Sensor wie bevorzugt im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts, im UV-Bereich oder im IR-Bereich arbeitet, kann die Strahlungseinrichtung eine Beleuchtungseinrichtung sein, mit welcher der Zielort oder ein anderer, auf dem Weg zum Zielort liegender Messort ausgeleuchtet werden kann, falls das Tageslicht oder eine in der Umgebung installierte künstliche Beleuchtung für das Ausleuchten des Messorts nicht ausreicht oder am Messort ein besonderer Lichteffekt erzeugt und für die Messung genutzt werden soll. Die Beleuchtungseinrichtung umfasst vorzugsweise mehrere Leuchtdioden, die vorteilhafterweise um die Öffnung des Gehäuses verteilt angeordnet sind. Um in der Umgebung der Vorrichtung arbeitendes Personal nicht zu blenden, strahlt die Beleuchtungseinrichtung vorzugsweise mit IR-Licht oder Rotlicht. Eine Beleuchtungseinrichtung, die weißes Licht abstrahlt, wird nicht zuletzt im Hinblick auf den günstigen Preis in alternativen Ausführungen bevorzugt. Die Beleuchtungseinrichtung kann insbesondere LEDs umfassen, vorzugsweise besteht sie aus LEDs. Eine bevorzugt verwendete Kamera oder ein sonstiger optischer Sensor kann mit einem passenden Filter für das Licht der Beleuchtungseinrichtung ausgestattet sein.The device can have a radiation device for emitting a signal that can be received by the sensor after reflection. The radiation device may, for example, be an ultrasound transmitter or preferably a device for emitting electromagnetic energy, with the optical range being preferred from the electromagnetic spectrum. In embodiments in which the sensor operates as preferred in the wavelength range of visible light, in the UV range or in the IR range, the radiation device can be a lighting device with which the destination or another location lying on the way to the destination location are illuminated If the daylight or any artificial lighting installed in the surrounding area is insufficient to illuminate the location or if a special lighting effect is to be generated and used for the measurement at the location of the measurement. The illumination device preferably comprises a plurality of light-emitting diodes, which are advantageously arranged distributed around the opening of the housing. In order not to dazzle personnel working in the vicinity of the device, the illumination device preferably radiates with IR light or red light. A lighting device that emits white light, not least in view of the low price in alternative versions preferred. The lighting device can In particular, LEDs comprise, preferably consists of LEDs. A preferred camera or other optical sensor may be equipped with a suitable filter for the light of the illumination device.
Ein Laser oder eine Anordnung mehrerer Laser kann ebenfalls die Strahlungseinrichtung bilden. Der Sensor und eine nachgeordnete, auf der Träger oder an anderer Stelle angeordnete Datenverarbeitungseinrichtung können vorteilhafterweise nach dem Lichtschnittverfahren arbeiten, beispielsweise um Anbauteile an Fahrzeugkarosserien oder Karosserieteilen zu montieren. Mittels Lichtschnittverfahren kann insbesondere im Hinblick auf eine hohe Spaltgüte montiert werden. Der oder die vorzugsweise mehreren Laser strahlen Laserlicht vorzugsweise so aus, dass sich am Zielort wenigstens ein schmaler, langgestreckter Laserstreifen oder vorzugsweise mehrere nebeneinander verlaufende Laserstreifen bilden, die oder der mittels des Sensors aufgenommen und von der Datenverarbeitungseinrichtung im Sinne des Lichtschnittverfahrens ausgewertet werden. Mit dem Lichtschnittverfahren können insbesondere die Spaltbreite und die Fallung zwischen zwei den betreffenden Spalt zwischen sich bildenden Bauteilkanten zweier Bauteile ermittelt werden.One Laser or an array of multiple lasers may also be the radiation device form. The sensor and a subordinate, on the carrier or arranged elsewhere data processing device can advantageously work according to the light section method, for example attachments to be mounted on vehicle bodies or body parts. through Light-slit method can be mounted in particular with regard to a high gap quality become. The or preferably several lasers emit laser light preferably in such a way that at least one narrow, elongated laser strip or preferably several adjacent form extending laser stripe, or by means of the sensor received and from the data processing device in the sense of Light section method are evaluated. With the light-section method can in particular, the gap width and the fall between two of the relevant Gap between forming component edges of two components determined become.
Die Strahlungseinrichtung ist am Gehäuse vorzugsweise leicht austauschbar befestigt, um in Anpassung an die jeweilige Messaufgabe den Sensor mit unterschiedlichen Strahlungseinrichtungen kombinieren zu können. Falls eine Schutzscheibe die Öffnung des Gehäuses abdeckt, kann die Strahlungseinrichtung vorteilhafterweise Bestandteil der Schutzscheibe sein, beispielsweise in die Schutzscheibe eingebettet oder auf der Schutzscheibe befestigt sein. In solch einer Ausbildung ist die Schutzscheibe vorteilhafterweise leicht austauschbar am Gehäuse des Sensors befestigt.The Radiation device is preferably on the housing easily replaceable fastened to adapt to the respective Measuring task to combine the sensor with different radiation devices to be able to. If a protective screen the opening of the housing covers, the radiation device can advantageously part the protective screen, for example, embedded in the protective screen or attached to the protective screen. In such an education the protective screen is advantageously easily replaceable on the housing of the Sensors attached.
Die Strahlungseinrichtung ist vorzugsweise ein- und ausschaltbar und in Weiterbildungen bezüglich der Strahlungsintensität verstellbar. Um die übergeordnete Steuerung von der Funktion einer Strahlungssteuerung zu entlasten, wird die Strahlungsseinrichtung in vorteilhaften Weiterbildungen von der integrierten Sensorsteuerung gesteuert, d.h. ein- und ausgeschaltet sowie gegebenenfalls auf eine optimale Strahlungsstärke eingestellt.The Radiation device is preferably switched on and off and in further developments the radiation intensity adjustable. To the parent Relieve control of the function of a radiation control, the radiation device is in advantageous developments controlled by the integrated sensor control, i. switched on and off and optionally adjusted to an optimal radiation intensity.
Für die Übertragung der Positionsdaten des Sensors zu der übergeordneten Steuerung wird vorteilhafterweise ein Lichtwellenleiter verwendet. Die Datenübertragung kann daher nicht durch magnetische Felder der Umgebung, wie sie beispielsweise beim Schweißen auftreten, gestört werden. Die Signalübertragung von der übergeordneten Steuerung zur Sensorsteuerung kann über eine elektrische Signalleitung erfolgen, vorzugsweise werden aber auch die Signale der übergeordneten Steuerung oder Regelung per Lichtwellenleiter zur Sensorsteuerung übertragen, vorzugsweise über den Lichtwellenleiter, der auch die vom Sensor ausgegebenen Daten überträgt. In noch einer Weiterentwicklung werden auch die Steuersignale für das Werkzeug per Lichtwellenleiter übertragen, beispielsweise wieder über den gleichen Lichtwellenleiter. In einer anderen bevorzugten Ausführung kommuniziert die Steuerung in herkömmlicher Weise über eine elektrische Leitung mit dem Werkzeug.For the transmission the position data of the sensor to the higher-level control is advantageously used an optical waveguide. The data transmission therefore can not be affected by magnetic fields of the environment, as they are for example, during welding occur, disturbed become. The signal transmission from the parent Control for sensor control can be via an electrical signal line take place, but preferably also the signals of the parent Transfer control or regulation via fiber-optic cable to the sensor control, preferably over the fiber optic cable, which also transmits the data output by the sensor. In still Another development is the control signals for the tool transmitted via fiber optic cable, for example, over again the same optical fiber. In another preferred embodiment communicates the control in conventional Way over an electrical line with the tool.
Der einfachen Austauschbarkeit des Sensors ist förderlich, wenn die Anschlüsse für die Übertragung der Positionsdaten, der Steuersignale und der Energieversorgung in einem einzigen Kabelverbinder integriert sind, so dass die Verbindungen mit dem gleichen Handgriff gelöst oder hergestellt werden können. Die Energieversorgungsleitung und die Leitung oder Leitungen für die Übertragung der Daten vom Sensor oder der Steuersignale zum Sensor können vorteilhafterweise in einem Hybridkabel kombiniert sein, wobei der oder die Lichtwellenleiter und ein elektrischer Leiter innerhalb eines gemeinsamen Mantels verlaufen. In alternativen Ausführungen werden die Daten des Sensors oder die Steuersignale drahtlos übertragen, vorzugsweise per Funk.Of the easy interchangeability of the sensor is conducive when the connections for transmission the position data, the control signals and the power supply integrated into a single cable connector so that the connections solved with the same handle or can be made. The power supply line and the line or lines for transmission The data from the sensor or the control signals to the sensor can advantageously be combined in a hybrid cable, wherein the one or more optical fibers and an electrical conductor within a common jacket run. In alternative versions the data of the sensor or the control signals are transmitted wirelessly, preferably by radio.
Die Vorrichtung umfasst vorteilhafterweise ferner eine Kalibriereinrichtung, mit deren Hilfe die Kalibrierdaten des auf dem Träger montierten Sensors ermittelt werden können. Die Kalibriereinrichtung ist für die Kalibrierung vorteilhafterweise stets in einer Arbeitsstation der Vorrichtung verfügbar. Die Kalibriereinrichtung umfasst ein Referenzelement und wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Marken in einer oder je einer bezogen auf das Referenzelement vorgegebenen Position. Bei der Endkalibrierung werden das Referenzelement und das Werkzeug relativ zueinander positioniert, vorzugsweise durch Kontaktierung. Im kontaktierten Zustand wird die Marke oder werden die mehreren Marken von dem Sensor aufgenommen. Das Referenzelement ist vorzugsweise ein Kontaktelement für einen unmittelbaren Kontakt mit dem Werkzeug, beispielsweise einer Werkzeugspitze. Die von dem Sensor aufgenommenen Positionsdaten werden von der Datenverarbeitungseinrichtung ausgewertet und vorteilhafterweise bereits zu Korrekturwerten verrechnet. Da die Kalibrierdaten der Vorkalibrierung bereits vorliegen und die Position oder Positionen der Marke oder Marken relativ zu dem Referenzelement bekannt ist oder sind, kann die Endkalibrierung vor Ort mit geringem Aufwand und daher geringem Zeitaufwand durchgeführt werden. Vorzugsweise erfolgt die Endkalibrierung automatisch, indem der Aktor nach dem Wechsel eines Sensors das Werkzeug in Kontakt mit dem Referenzelement bringt und der Sensor in diesem Zustand die Marke oder mehreren Marken aufnimmt.The Device advantageously further comprises a calibration device, with their help the calibration data of the mounted on the carrier Sensors can be determined. The calibration device is for the calibration advantageously always in a workstation the device available. The calibration device comprises a reference element and at least one, preferably several brands in one or each one related to the reference element predetermined position. At the final calibration the reference element and the tool are positioned relative to each other, preferably by contacting. In the contacted state, the Brand or the more brands are picked up by the sensor. The reference element is preferably a contact element for a direct contact with the tool, such as a tool tip. The position data taken by the sensor is provided by the data processing device evaluated and advantageously already charged to correction values. Since the calibration data of the pre-calibration already exists and the position or positions of the mark or marks relative to that Reference element is known or may be the final calibration be performed on site with little effort and therefore little time. Preferably, the final calibration is done automatically by the Actuator after changing a sensor the tool in contact with brings the reference element and the sensor in this state, the Brand or multiple brands.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise auch mit einer Anzeige ausgestattet, die anzeigt, ob die Signalverbindung zwischen dem Sensor und der Datenverarbeitungseinrichtung besteht und ordnungsgemäß funktioniert. Eine entsprechende Kontrolleinrichtung kann Bestandteil der Sensorsteuerung oder bevorzugter der Datenverarbeitungseinrichtung sein. Die Anzeige ist vorzugsweise bei dem Sensor, zweckmäßigerweise an dessen Gehäuse von außen gut sichtbar angeordnet. Die Anzeige sollte insbesondere vom Ort der Datenverarbeitungseinrichtung aus gut sichtbar angebracht sein. Die Anzeige ist vorteilhafterweise eine einfache Leuchte, beispielsweise eine LED und kann als solche Bestandteil der Strahlungseinrichtung oder vorzugsweise separat nur für die Anzeige des Status der Signalverbindung vorgesehen sein. Die Kontrolle der Signalverbindung wird von der Datenverarbeitungseinrichtung aus gesehen vorzugsweise hinter der Sensorsteuerung vorgenommen, d. h. zwischen der Sensorsteuerung und dem Aufnehmer des Sensors. Gleichzeitig kann mit der Kontrolle der Signalverbindung auch die weitere Kontrolle erfolgen, ob die Energieversorgung gewährleistet ist, indem die Anzeige ansonsten nicht anzeigt. Die Anzeige kann in einfachen Ausführungen auch nur anzeigen, ob die Energieversorgung für den Sensor funktioniert. In derartigen Ausführungen verbindet die Anzeige die Funktionen des Anzeigens und der Kontrolle in einem. In solch einer einfachen Ausgestaltung, aber auch in der Funktion als Anzeige des Status der Signalverbindung, wird die Energie für die Anzeige vorzugsweise zwischen der Sensorsteuerung und dem Aufnehmer des Sensors abgezweigt.The Device is preferably also equipped with a display, indicating whether the signal connection between the sensor and the Data processing device exists and works properly. A corresponding control device can be part of the sensor control or more preferably the data processing device. The ad is preferably in the sensor, suitably on the housing of Outside well arranged. The ad should be particular from the place be attached to the data processing device from clearly visible. The display is advantageously a simple light, for example an LED and as such may be part of the radiation device or preferably separately for the indication of the status of the signal connection can be provided. The Control of the signal connection is from the data processing device from preferably made behind the sensor control, d. H. between the sensor control and the transducer of the sensor. At the same time with the control of the signal connection also the further check whether the energy supply is guaranteed is, otherwise the ad does not display. The ad can in simple versions also just indicate if the power supply to the sensor is working. In such embodiments the display combines the functions of display and control in one. In such a simple design, but also in the Function as indication of the status of the signal connection, becomes the energy for the Display preferably between the sensor control and the pickup branched off the sensor.
Die Erfindung hat neben der Vorrichtung auch ein Verfahren der Montage einschließlich der Kalibrierung des Sensors zum Gegenstand, wobei es sich um die Montage bei der erstmaligen Schaffung der Vorrichtung oder insbesondere um einen Austausch des Sensors handeln kann. Bei dem Verfahren wird der Sensor als solcher, d. h. in sich und vorzugsweise auch relativ zu der mit dem Sensor verbundenen zweiten Kupplungshälfte vermessen. Die durch diese Messung gewonnenen Messdaten werden in dem Datenspeicher der Sensorsteuerung direkt oder als abgeleitete Korrekturwerte gespeichert.The Invention has in addition to the device and a method of assembly including the calibration of the sensor to the object, which are the Assembly at the first creation of the device or in particular can be an exchange of the sensor. In the process is the sensor as such, d. H. in itself and preferably also relatively Measure to the second coupling half connected to the sensor. The measurement data obtained by this measurement are stored in the data memory the sensor control directly or stored as derived correction values.
Die gespeicherten Daten bilden die Kalibrierdaten der Vorkalibrierung. Der Sensor und die Sensorsteuerung werden nach der Vorkalibrierung mittels der Kupplung auf dem Träger montiert. An die mechanische Montage schließt sich eine Endkalibrierung an, bei welcher der Sensor bezüglich seiner Position relativ zum Werkzeug kalibriert wird. Die aus der Endkalibrierung gewonnenen Kalibrierdaten werden direkt oder als abgeleitete Korrekturwerte gespeichert, beispielsweise in dem Datenspeicher des Sensors, einem Speicher der Aktorsteuerung oder vorzugsweise einem Datenspeicher der genannten externen Datenverarbeitungseinrichtung.The stored data form the calibration data of the pre-calibration. The sensor and the sensor control become after the pre-calibration by means of the coupling on the support assembled. The mechanical assembly is followed by a final calibration at which the sensor with respect its position relative to the tool is calibrated. The from the Final calibration obtained calibration data are directly or as derived correction values stored, for example in the data memory the sensor, a memory of the actuator control or preferably a data memory of said external data processing device.
Vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden auch in den Unteransprüchen und deren Kombinationen beschrieben. In den Unteransprüchen offenbarte Merkmale und die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen können einander wechselseitig ergänzend kombiniert werden. Es wird ferner darauf hingewiesen, dass die Erfindung vorliegend zwar mit den Merkmalen d) und e) von Anspruch 1 und auch entsprechend dem beanspruchten Verfahren der Montage auf die leichte Austauschbarkeit abzielt, dass es sich die Anmelderin jedoch vorbehält, auf eine Vorrichtung nur mit den Merkmalen a) bis c) von Anspruch 1, optional ergänzt durch eines der Merkmale d) und e), eine Teilungsanmeldung zu richten, die beispielsweise die Integration von Zusatzfunktionen in die Sensorsteuerung betrifft, etwa die Steuerung der Schutzeinrichtung oder Strahlungseinrichtung oder einer anderen, der Messung förderlichen Zusatzeinrichtung. Sinngemäß das gleiche gilt in Bezug auf die Verbindung der Vorrichtung mit einer übergeordneten Steuerung oder vorzugsweise einer Datenverarbeitungseinrichtung per Lichtwellenleiter. Die Anordnung einer umsteuerbaren Schutzeinrichtung und auch deren Form sind ebenfalls Merkmale von besonderem Interesse. Vorteilhaft ist des Weiteren auch bereits nur die Integration eines Werkzeugs, insbesondere eines Schweiß- oder Nietkopfs, und des Sensors auf einem gemeinsamen Träger in einer unmittelbaren räumlichen Nähe zueinander und auch die Montage des Sensors mittels Schnellwechselkupplung.advantageous Features of the invention are also in the subclaims and their combinations are described. Features disclosed in the subclaims and the embodiments described above may be mutually exclusive mutually complementary be combined. It is further noted that the invention in the present case with the features d) and e) of claim 1 and also according to the claimed method of mounting on easy Interchangeability, but the applicant reserves the right to a device having only the features a) to c) of claim 1, optionally supplemented by one of the features d) and e) to issue a divisional application, for example, the integration of additional functions in the sensor control concerns, such as the control of the protective device or radiation device or another optional device that aids the measurement. The same thing applies with respect to the connection of the device with a higher-level control or preferably a data processing device by means of optical waveguides. The arrangement of a reversible protective device and also their Shape are also features of particular interest. Advantageous Furthermore, it is already only the integration of a tool, in particular a welding or rivet head, and the sensor on a common carrier in an immediate spatial Close to each other and also the installation of the sensor by means of quick-change coupling.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Figuren erläutert. An dem Ausführungsbeispiel offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und auch die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen vorteilhaft weiter. Es zeigen:following is an embodiment of Invention explained with reference to figures. On the embodiment Obviously emerging features form each individually and in each combination of features the objects the claims and also the embodiments described above advantageous further. Show it:
Die
erste Kupplungshälfte
Das
Werkzeug
Der mit der Werkzeug-Sensor-Einheit bestückte Aktor kann insbesondere in einer Arbeitsstation an einer Fertigungslinie angeordnet sein, längs der die Referenzbauteile eines nach dem anderen in die Arbeitsstation und nach dem Fügen aus der Arbeitsstation gefördert werden. In bevorzugten Verwendungen handelt es sich um eine Fertigungslinie für die Serienfertigung von Automobilkarossen.Of the in particular equipped with the tool-sensor unit actuator be located in a workstation on a production line, along the the reference components one by one in the workstation and after joining promoted from the workstation become. Preferred uses are a production line for mass production of automobile bodies.
Das
erste Bauteil ruht bevorzugt während das
Werkzeug
Das
Gehäuse
Der
Sensor
Das
Gehäuse
Während des
Schweißens
wird die Schutzscheibe
Zusätzlich oder
anstatt des Verschlusses
Der
Sensor
Die
Signalleitung
In
dem Gehäuse
In
dem Gehäuse
Über die
Aktivität
des Sensors
Der
Verschluss
Da
das Getriebe
In
Nach
Erhalt des Steuersignals von der Stations- oder Anlagensteuerung
Die
Sensorsteuerung
Die
Datenverarbeitungseinrichtung
Bei
jedem Messvorgang errechnet die Datenverarbeitungseinrichtung
Wenn
die Aktorsteuerung
Der
Sensor
Vor
der Montage wird die neue Sensoreinheit wie bereits erwähnt vorkalibriert.
Im Rahmen der Vorkalibrierung wird der Sensor
Der
mechanisch in Bezug auf Ort und Ausrichtung auf der Kupplungshälfte positionierte
Sensor
Die
Sensoreinheit mit dem bereits zur zweiten Kupplungshälfte
Für die Endkalibrierung wird eine weitere Kalibriereinrichtung verwendet, die zwecks rascher Austauschbarkeit in der Arbeitsstation der Werkzeug-Sensor-Einheit vorgesehen sein sollte und dort vorzugsweise ortsfest angeordnet ist.For the final calibration Another calibration device is used for rapid interchangeability be provided in the workstation of the tool-sensor unit should and is preferably arranged there fixed.
Über die
Marken
Für die Endkalibrierung
wird das Werkzeug
Für die Endkalibrierung
genügt
eine einzige Aufnahme des aus den Marken
In
einer vereinfachten Variante ist die Kalibriereinrichtung
Die
Die
Sensoreinheit ist über
eine Signalleitung
- 11
- WerkzeugTool
- 22
- Trägercarrier
- 33
- Verbindungseinrichtungconnecting device
- 44
- erste Kupplungshälftefirst coupling half
- 4a4a
- Kupplungsteilcoupling part
- 4b4b
- Kupplungsteilcoupling part
- 55
- zweite Kupplungshälftesecond coupling half
- 66
- Aktoractuator
- 77
- Aktorsteuerungactuator control
- 88th
- DatenverarbeitungseinrichtungData processing device
- 99
- Stations- oder Anlagensteuerungstation- or plant control
- 1010
- Sensorsensor
- 1111
- Aufnehmerpickup
- 1212
- Objektivlens
- 1313
- Referenzbauteilreference component
- 1414
- Wandlerconverter
- 1515
- Wandlerconverter
- 1616
- Sensorsteuerungsensor control
- 1717
- Datenspeicherdata storage
- 1818
- 1919
- 2020
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