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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Roboter, ein Robotersystem und ein Verfahren zum Festlegen eines Koordinatensystems eines Roboters.
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Das Koordinatensystem eines Roboters wird in einem Roboter oder einer Steuervorrichtung für den Roboter zum Herstellungszeitpunkt oder Versandzeitpunkt des Roboters festgelegt, und der Roboter wird über die Steuervorrichtung unter Verwendung des Koordinatensystems als eine Referenz gesteuert. Wenn eine Kamera an dem Roboter angebracht ist und der Roboter auf der Grundlage eines von der Kamera erfassten Bildes betrieben wird, wird das Koordinatensystem des von dem optischen Sensor erfassten Bildes in das Koordinatensystem des Roboters umgewandelt, so dass eine von dem Roboter durchgeführte Arbeit in Bezug auf ein Werkstück oder dergleichen in dem Bild erzielt wird (siehe zum Beispiel
JP H02-12504 A ).
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In
DE 10 2017 212 261 A1 ist ein Messsystem und Verfahren zum Einmessen mindestens eines automatischen, insbesondere mehrachsigen, Manipulators offenbart.
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Ferner zeigt
DE 10 2017 209 178 A1 ein Verfahren zur Ermittlung der Raumlage eines bewegten Koordinatensystems sowie ein Verfahren zur Ermittlung der Raumlage eines Messpunkts eines Sensors oder eines Arbeitspunktes eines Werkzeugs bei einem Roboter, sowie eine hierfür geeignete Anordnung.
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Außerdem beschreibt
DE 10 2016 116 811 A1 ein Auslenkungsmesssystem zum Messen einer Auslenkung jeder Gelenksachse und eines Verbindungsstücks zwischen den Gelenksachsen eines Gelenkroboters.
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Darüber hinaus offenbart
DE 10 2016 012 065 A1 ein Robotersystem, das eine Funktion aufweist, um eine Position und eine Ausrichtung eines Sensors zu berechnen, der an einem bewegbaren Teil des Roboters angebracht ist.
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Des Weiteren sind in
US 2016/0239013 A1 ein System und ein Verfahren zum Kalibrieren des Ortes einer einen Endeffektor tragenden Vorrichtung relativ zu aufeinanderfolgenden Werkstücken vor dem Beginn eines Produktionsherstellungsvorgangs offenbart.
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Überdies sind in
US 2014/0376768 A1 ein System und ein Verfahren zur Verfolgung der Positionen eines beweglichen Zielobjekts, während es sich relativ zu einem Werkstück oder Teil bewegt, beschrieben.
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PATENTLITERATUR
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Um den Roboter zu veranlassen, die Arbeit in Bezug auf das von der Kamera erkannte Werkstück, wie es oben beschrieben wurde, durchzuführen, ist es erforderlich, das Koordinatensystem der Kamera und das Koordinatensystem des Roboters festzulegen, um einander zu entsprechen. Der Roboter ist auf einer Montagefläche montiert, um eine Haltung einzunehmen, die der ausgelegten Haltung entspricht. Es ist jedoch schwierig, das Koordinatensystem, das in dem Roboter oder der Steuervorrichtung für den Roboter festgelegt ist, mit dem Koordinatensystem in der Zeichnung vollständig ausgerichtet auszuführen. Zum Beispiel kann es schwierig sein, die z-Achse des Koordinatensystems vollständig parallel zur senkrechten Achse auszuführen.
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Dementsprechend wird im tatsächlichen Betrieb, um die Tätigkeit des Roboters exakt zu steuern, eine Kalibrierung durchgeführt, bei der ein abgelegenes Ende des Roboters an mehreren zehn bis mehreren hundert Messpositionen entlang einer Arbeitsbahn für den Roboter angeordnet ist, und die Position des abgelegenen Endes des Roboters an jeder Messposition korrigiert wird. Beim Durchführen der Kalibrierung ist jedoch das Koordinatensystem, das in dem Roboter oder der Steuervorrichtung für den Roboter festgelegt ist, nicht mit dem Koordinatensystem oder dergleichen in der Zeichnung übereinstimmend und somit kann die Position nicht präzise korrigiert werden oder die Korrektur der Position kann lange dauern.
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Die vorliegende Erfindung ist unter derartigen Umständen gemacht worden, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Roboter, ein Robotersystem und ein Verfahren zum Festlegen eines Koordinatensystems eines Roboters bereitzustellen, die eine exaktere Steuerung der Tätigkeit eines montierten Roboters ermöglichen.
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Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, setzt die vorliegende Erfindung die folgenden Mittel ein.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein auf einer ebenen Bezugsfläche montierter Roboter bereitgestellt, wobei der Roboter eine Robotersteuereinheit umfasst, die dafür ausgelegt ist, um eine Tätigkeit des Roboters zu steuern, wobei die Robotersteuereinheit dafür ausgelegt ist, um ein Koordinatensystem des Roboters, der auf der ebenen Bezugsfläche montiert ist, unter Verwendung von Messergebnissen von zumindest Positionskoordinaten in einer vertikalen Richtung von drei oder mehr Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche und Messergebnissen von Positionskoordinaten einer Mehrzahl von Bezugsreflektionsabschnitten an einem Basisabschnitt des Roboters festzulegen.
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Bei dem ersten Aspekt ist der Roboter auf der ebenen Bezugsfläche montiert und Festlegen des Koordinatensystems des auf der ebenen Bezugsfläche montierten Roboters wird unter Verwendung der Messergebnisse von zumindest den Positionskoordinaten in der vertikalen Richtung der drei oder mehr Messpunkte auf der ebenen Bezugsfläche und der Messergebnisse der Positionskoordinaten der Mehrzahl von Bezugsreflektionsabschnitten, die an dem Basisabschnitt des Roboters vorgesehen sind, durchgeführt. Dementsprechend ist es im Vergleich zu einem Fall, bei dem das ursprüngliche Koordinatensystem, das im Voraus in dem Roboter oder der Robotersteuereinheit zum Herstellungszeitpunkt des Roboters festgelegt wird, so verwendet wird, wie es ist, möglich, die Tätigkeit des montierten Roboters exakter zu steuern.
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Zum Beispiel kann beim Durchführen der Korrektur von Positionsverschiebung (Kalibrierung) des abgelegenen Endes des Roboters, die aufgrund von Schwerkraft, Montagefehlern oder dergleichen auftreten kann, das Koordinatensystem des Roboters, das einen Bezug für die Korrektur bildet, in Bezug auf die ebene Bezugsfläche exakt eingestellt. Dementsprechend ist eine solche Konfiguration vorteilhaft zum exakten Durchführen der Kalibrierung.
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Ferner ist bei einer offline Programmerstellungseinrichtung, wie beispielsweise einer Simulationseinrichtung, die z-Achse des Koordinatensystems des Roboters vollständig parallel zur vertikalen Achse. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, die z-Achse des ursprünglichen Koordinatensystems des tatsächlich montierten Roboters vollständig parallel zur vertikalen Achse auszuführen. Auf der anderen Seite wird bei dieser Ausführungsform das Koordinatensystem des auf der ebenen Fläche montierten Roboters in Bezug auf die ebene Bezugsfläche festgelegt, wodurch die Einstellung ermöglicht wird, um das Koordinatensystem einem idealen Zustand näher kommen zu lassen, und der Festlegungsvorgang ermöglicht wird, der das Koordinatensystem verwendet. Dementsprechend ist eine solche Konfiguration vorteilhaft, um eine Beeinträchtigung oder dergleichen zwischen einem Werkstück und dem Roboter beim Betreiben des Roboters durch das durch die offline Programmerstellungseinrichtung erzeugte Betriebsprogramm zu verhindern.
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Das Koordinatensystem, das festgelegt wird, wird in der offline Programmerstellungseinrichtung festgelegt, wie beispielsweise der Simulationseinrichtung, wodurch es der offline Programmerstellungseinrichtung ermöglicht wird, ein Betriebsprogramm zu erzeugen, das mit den tatsächlichen Bedingungen besser übereinstimmt.
Wenn ferner Arbeitsbereiche der Mehrzahl von Robotern einander überlappen, werden die Koordinatensysteme der Vielzahl von auf den ebenen Bezugsflächen jeweils montierten Robotern in Bezug auf die jeweiligen ebenen Bezugsflächen präzise festgelegt. Dementsprechend ist eine solche Konfiguration vorteilhaft zum Betreiben der Mehrzahl von Robotern, während Beeinträchtigungen untereinander vermieden werden.
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Bei dem oben genannten Aspekt ist es bevorzugt, dass die Robotersteuereinheit dafür ausgelegt ist, um die Positionskoordinaten auf der ebenen Bezugsfläche und die Positionskoordinaten der Bezugsreflektionsabschnitte von einer Positionsmessvorrichtung zu erhalten, die einen Laserstrahl verwendet, und dafür ausgelegt ist, um das Koordinatensystem unter Verwendung der erhaltenen Positionskoordinaten festzulegen
Bei einer solchen Konfiguration wird die Positionsmessvorrichtung, die einen Laserstrahl verwendet, verwendet, so dass Festlegen des Koordinatensystems in einer kurzen Zeit problemlos durchgeführt werden kann.
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Bei dem oben genannten Aspekt ist es bevorzugt, dass die ebene Bezugsfläche eine ebene Fläche ist, die eine garantierte Planheit aufweist.
Die Planheit der ebenen Bezugsfläche wird auf diese Weise garantiert. Das heißt, dass die ebene Fläche eine bekannte Planheit eines vorgegebenen Wertes oder weniger aufweist. Dementsprechend ist es möglich, das Koordinatensystem des Roboters mit größerer Sicherheit festzulegen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Robotersystem bereitgestellt, umfassend: einen auf einer ebenen Bezugsfläche montierten Roboter; und eine Robotersteuereinheit, die dafür ausgelegt ist, um eine Tätigkeit des Roboters zu steuern, wobei die Robotersteuereinheit dafür ausgelegt ist, um ein Koordinatensystem des Roboters, der auf der ebenen Bezugsfläche montiert ist, unter Verwendung von Messergebnissen von zumindest Positionskoordinaten in einer vertikalen Richtung von drei oder mehr Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche und Messergebnissen der Positionskoordinaten einer Mehrzahl von Bezugsreflektionsabschnitten, die an einem Basisabschnitt des Roboters vorgesehen sind, festzulegen, und das Robotersystem ferner ein Betriebsprogramm-Neufestlegungsmittel umfasst, das dafür ausgelegt ist, um Neufestlegen eines Parameters eines Betriebsprogramms auf der Grundlage von Verschiebung des festgelegten Koordinatensystems durchzuführen, die Verschiebung eine Verschiebung des festgelegten Koordinatensystems in Bezug auf ein im Voraus in dem Roboter oder der Robotersteuereinheit festgelegtes, ursprüngliches Koordinatensystem oder eine Verschiebung einer Z-Achse des festgelegten Koordinatensystems in Bezug auf eine vertikale Achse ist, das Betriebsprogramm zum Betreiben des Roboters dient.
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Auch bei dem zweiten Aspekt ist der Roboter auf der ebenen Bezugsfläche montiert und Festlegen des Koordinatensystems des auf der ebenen Bezugsfläche montierten Roboters wird unter Verwendung der Messergebnisse von zumindest den Positionskoordinaten in der vertikalen Richtung der drei oder mehr Messpunkte auf der ebenen Bezugsfläche und der Messergebnisse der Positionskoordinaten der Vielzahl von Bezugsreflektionsabschnitten an dem Basisabschnitt des Roboters durchgeführt. Dementsprechend ist es im Vergleich zu einem Fall, bei dem das ursprüngliche Koordinatensystem, das im Voraus in dem Roboter oder der Robotersteuereinheit zum Herstellungszeitpunkt des Roboters festgelegt wird, so verwendet wird, wie es ist, möglich, die Tätigkeit des montierten Roboters exakter zu steuern.
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Ferner wird Neufestlegen von Parametern des Betriebsprogramms zum Betreiben des Roboters auf der Grundlage von Verschiebung des Koordinatensystems, das festgelegt ist, in Bezug auf das im Voraus in dem Roboter oder der Robotersteuereinheit festgelegte, ursprüngliche Koordinatensystem oder auf der Grundlage von Verschiebung der z-Achse des Koordinatensystems, das festgelegt ist, in Bezug auf die vertikale Achse durchgeführt. Eine derartige Konfiguration ist vorteilhaft zum exakteren Steuern der Tätigkeit des Roboters durch das Betriebsprogramm.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Festlegen eines Koordinatensystems eines Roboters bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: einen Schritt des Montierens eines Roboters auf einer ebenen Bezugsfläche; einen Messschritt von ebener Flächenposition zum Messen von zumindest Positionskoordinaten in einer vertikalen Richtung von drei oder mehr Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche; einen Messschritt von Reflexionsabschnittspositionen zum Messen von Positionskoordinaten einer Mehrzahl von Bezugsreflektionsabschnitten, die an einem Basisabschnitt des Roboters vorgesehen sind; und ein Koordinatensystem-Festlegungsschritt zum Festlegen eines Koordinatensystems des auf der ebenen Bezugsfläche montierten Roboters unter Verwendung der Positionskoordinaten der Messpunkte auf der ebenen Bezugsfläche und der Positionskoordinaten der Bezugsreflektionsabsch n itte.
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Bei dem Koordinatensystem-Festlegungsschritt bei dem dritten Aspekt ist es bevorzugt, dass eine Robotersteuereinheit die Positionskoordinaten auf der ebenen Bezugsfläche und die Positionskoordinaten der Bezugsreflektionsabschnitte von einer Positionsmessvorrichtung erhält, die einen Laserstrahl verwendet, und die Robotersteuereinheit das Koordinatensystem unter Verwendung der erhaltenen Positionskoordinaten festlegt.
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Bei dem dritten Aspekt ist es bevorzugt, dass das Verfahren ferner einen Betriebsprogramm-Neufestlegungsschritt zum Durchführen von Neufestlegen eines Parameters eines Betriebsprogramms auf der Grundlage von Verschiebung des festgelegten Koordinatensystems umfasst, wobei die Verschiebung eine Verschiebung des festgelegten Koordinatensystems in Bezug auf ein im Voraus in dem Roboter oder der Robotersteuereinheit festgelegtes, ursprüngliches Koordinatensystem oder eine Verschiebung einer Z-Achse des festgelegten Koordinatensystems in Bezug auf eine vertikale Achse ist, das Betriebsprogramm zum Betreiben des Roboters dient.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Tätigkeit des montierten Roboters exakter zu steuern.
- 1 ist eine schematische Draufsicht eines Robotersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine schematische Vorderansicht eines Roboters des Robotersystems dieser Ausführungsform.
- 3 ist ein Blockdiagramm einer Robotersteuereinheit dieser Ausführungsform.
- 4 ist eine Seitenansicht einer Positionsmessvorrichtung dieser Ausführungsform.
- 5 ist ein Blockdiagramm einer Messsteuervorrichtung dieser Ausführungsform.
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Ein Robotersystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf Zeichnungen beschrieben.
Wie in 1 und 3 gezeigt ist, umfasst dieses Robotersystem einen Roboter 2, eine Simulationseinrichtung 3 und eine Positionsmessvorrichtung 4. Die Simulationseinrichtung 3 arbeitet als eine offline Programmerstellungseinrichtung zum Erzeugen eines Betriebsprogramms 23b, um den Roboter 2 eine vorgegebene Tätigkeit durchführen zu lassen. Die Positionsmessvorrichtung 4 verwendet einen Laserstrahl.
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Wie in 1 gezeigt ist, führt der Roboter 2 eine vorgegebene Arbeit durch, wie beispielsweise (in den Zeichnungen nicht gezeigtes) Punktschweißen an einem Werkstück. Der Roboter 2 umfasst eine Mehrzahl von Armelementen und Gelenken und umfasst auch eine Mehrzahl von Servomotoren 11 zum jeweiligen Antreiben der Mehrzahl von Gelenken (siehe 3). Jeder Servomotor 11 kann von einer Vielfalt von Servomotoren ausgebildet sein, wie beispielsweise ein Rotationsmotor oder ein Linearmotor. Jeder Servomotor 11 weist eine Betriebspositionsdetektionseinrichtung auf, wie beispielsweise einen Encoder, die eine Betriebsposition des Servomotors 11 detektiert, und detektierte Werte der Betriebspositionsdetektionseinrichtung werden an eine Steuereinheit 20 gesendet.
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Ein Bearbeitungswerkzeug 12 ist an einem abgelegenen Endabschnitt des Roboters 2 montiert, und das Bearbeitungswerkzeug 12 führt Punktschweißen an dem Werkstück W durch. Wenn der Roboter 2 dafür vorgesehen ist, ein Werkstück zu transportieren, ist ein Spannfutter, eine Saugeinrichtung oder dergleichen, die jeweils eine Haltevorrichtung zum Halten des Werkstücks bilden, an dem abgelegenen Endabschnitt des Roboters 2 anstelle des Bearbeitungswerkzeugs 12 montiert.
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Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist der Roboter 2 auf einer garantiert ebenen Fläche montiert, auf einer ebenen Bezugsfläche 5a mit einer bekannten Planheit eines vorgegebenen Referenzwerts oder weniger. Eine Mehrzahl von Positionen auf einer oberen Fläche der ebenen Bezugsfläche 5a werden gemessen, und Positionen von Reflexionselementen (Bezugsreflexionsabschnitte) 2c, die jeweils in zwei auf einem Basisteil 2a des Roboters 2 präzise ausgebildeten Bezugslöchern 2b montiert sind, werden gemessen, wodurch ein Koordinatensystem (was auch als „Welt-Koordinatensystem“ bezeichnet wird) des Roboter 2 festgelegt wird.
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Bei dieser Ausführungsform ist die ebene Bezugsfläche 5a eine obere Fläche einer ebenen Platte 5 aus Metall, und die ebene Platte 5 wird auf einer Basisplatte 7 und einer Bodenplatte 8 durch einen Rahmen 6 getragen. Bei dieser Ausführungsform, wenn eine Planheit der ebenen Fläche 5a an mehreren zehn oder mehr Positionen gemessen wird, beträgt die Planheit der ebenen Fläche 5a vorzugsweise 1/10 mm oder weniger und beträgt besonders bevorzugt 1/100 mm oder weniger. Die Planheit der ebenen Fläche 5a ist jedoch nicht auf solche Werte beschränkt. Vorausgesetzt, dass eine Bodenfläche eine bekannte Planheit eines vorgegebenen Bezugswerts oder weniger aufweist, kann die Bodenfläche ferner als die ebene Bezugsfläche 5a verwendet werden.
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Wie es in 3 gezeigt ist, umfasst die Steuereinheit 20 zum Beispiel: eine Steuerung 21 mit einer CPU, einem RAM und dergleichen; eine Anzeigeeinrichtung 22; eine Speichereinrichtung 23 mit einem nichtflüchtigen Speicher, einem ROM und dergleichen; eine Mehrzahl von Servosteuerungen 24, die vorgesehen sind, um jeweils den Servomotoren 11 des Roboters 2 zu entsprechen; und ein Programmierhandgerät 25, das mit der Robotersteuereinheit 20 verbunden ist und von einer Bedienperson getragen werden kann. Das Programmierhandgerät 25 kann dafür ausgelegt sein, um drahtlose Kommunikation mit der Robotersteuereinheit 20 durchzuführen.
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Die Speichereinrichtung 23 speichert ein Systemprogramm 23a. Das Systemprogramm 23a ist für die Basisfunktion der Robotersteuereinheit 20 verantwortlich. Die Speichereinrichtung 23 speichert auch mindestens ein Betriebsprogramm 23 ab, das durch die Simulationseinrichtung 3 erstellt wird. Um genauer zu sein, werden in der Simulationseinrichtung 3 ein Modell des Roboters 2 und ein Modell des Werkstücks erstellt. Zum Beispiel wird das Betriebsprogramm 23b für den Roboter 2 in der Simulationseinrichtung 3 erstellt, so dass der Roboter 2 Punktschweißen an einer Mehrzahl von Schweißpunkten an der Innen- und Außenseite des Werkstücks unter Vermeidung von Kontakt mit dem Werkstück durchführt, und das Betriebsprogramm 23b ist in der Speichereinrichtung 23 gespeichert. Die Speichereinrichtung 23 speichert auch ein Koordinatensystem-Festlegungsprogramm 23c und ein Betriebsprogramm-Neufestlegungsprogramm (Betriebsprogramm-Neufestlegungsmittel) 23d.
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Die Robotersteuerung 21 arbeitet durch das Systemprogramm 23a. Beim Durchführen von Schweißen an dem Werkstück wird das in der Speichereinrichtung 23 gespeicherte Betriebsprogramm 23b ausgelesen und vorübergehend in dem RAM gespeichert. Die Steuersignale werden an die jeweiligen Servosteuerungen 24 gemäß dem Betriebsprogramm 23 gesendet, das ausgelesen wird. Mit derartigen Arbeitsschritten werden Servoverstärker der jeweiligen Servomotoren 11 des Roboters 2 gesteuert, und auch die Aussendung eines Laserstrahls aus dem Bearbeitungswerkzeug 12 wird gesteuert, um Schweißen an dem Werkstück durchzuführen.
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Die Positionsmessvorrichtung 4 umfasst eine Messsteuervorrichtung 50, die in 5 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Messsteuervorrichtung 50 in der Positionsmessvorrichtung 4 eingebunden. Die Messsteuervorrichtung 50 kann jedoch an einer anderen Position außerhalb der Positionsmessvorrichtung 4 angeordnet sein.
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Wie in 4 gezeigt ist, umfasst die Positionsmessvorrichtung 4 einen Laserkopf 41, einen Vertikalachsenmotor 42 und einen Horizontalachsenmotor 43 (siehe 5). Der Laserkopf 41 sendet einen Laserstrahl in Richtung auf die ebene Bezugsfläche 5a und die Reflexionselemente 2c aus und empfängt das von der ebenen Bezugsfläche 5a und den Reflexionselementen 2c reflektierte Licht. Der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 bilden eine Kopfantriebseinrichtung, die eine Richtung des Laserkopfes 41 ändert.
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Der Vertikalachsenmotor 42 ist dafür vorgesehen, den Laserkopf 41 um eine vertikale Achse zu drehen, und der Horizontalachsenmotor 43 ist dafür vorgesehen, den Laserkopf 41 um eine horizontale Achse zu drehen. Der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 sind mit der Messsteuervorrichtung 50 verbunden, und der Vertikalachsenmotor 42 und der Horizontalachsenmotor 43 werden durch die Messsteuervorrichtung 50 gesteuert. Jeder Motor 43 weist eine Betriebspositionsdetektionseinrichtung auf, wie beispielsweise einen Encoder, die eine Betriebsposition des Motors 43 detektiert, und detektierte Werte der Betriebspositionsdetektionseinrichtung werden an die Messsteuervorrichtung 50 gesendet.
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Eine Laserstrahlaussendeeinheit 41a ist in dem Laserkopf 41 vorgesehen und derartig ausgelegt, dass ein Laserstrahl von einem (in der Zeichnung nicht dargestellten) Laseroszillator von der Laserstrahlaussendeeinheit 41a ausgesendet wird. Ferner ist ein Lichtempfangssensor 41b in der Laserstrahlaussendeeinheit 41a des Laserkopfes 41 angeordnet, und der Lichtempfangssensor 41b empfängt das reflektierte Licht, das von den Reflexionselementen 2c und dergleichen reflektiert wird. Der Laserkopf 41 ist mit der Messsteuervorrichtung 50 verbunden. Die Messsteuervorrichtung 50 steuert die Aussendung eines Laserstrahls von der Laserstrahlaussendeeinheit 41a des Laserkopfes 41. Ein Detektionsergebnis des Lichtempfangssensors 41b des Laserkopfes 41 wird an die Messsteuervorrichtung 50 gesendet.
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Wie in 5 gezeigt ist, umfasst die Messsteuervorrichtung 50 zum Beispiel: eine Steuerung 51 mit einer CPU, einem RAM und dergleichen; eine Anzeigeeinrichtung 52; eine Speichereinrichtung 53 mit einem nicht flüchtigen Speicher, einem ROM und dergleichen; und eine Eingabeeinrichtung 54. Die Eingabeeinrichtung 54 kann dafür ausgelegt sein, um drahtlose Kommunikation mit der Messsteuervorrichtung 50 durchzuführen.
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Die Speichereinrichtung 53 speichert ein Systemprogramm 53a. Das Systemprogramm 53a ist für die Basisfunktionen der Messsteuervorrichtung 50 verantwortlich. Um das Koordinatensystem des Roboters 2 festzulegen, speichert die Speichereinrichtung 53 auch ein Positionsmessprogramm (Positionsmessmittel) 53b. Das Positionsmessprogramm 53b steuert die Positionsmessvorrichtung 4, um Positionskoordinaten einer Mehrzahl von entsprechenden Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche 5a und Positionskoordinaten der jeweiligen Reflexionselemente 2C zu messen.
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Bei dieser Ausführungsform wird auf der Grundlage von zumindest der vertikalen Position der Positionskoordinaten der Mehrzahl von Punkten auf der oberen Fläche der ebenen Bezugsfläche 5a, einer horizontalen Ebene, die die x-Achse und die y-Achse des Koordinatensystems des Roboters 2 enthält, festgelegt. Richtungen der x-Achse und y-Achse des Roboterkoordinatensystems werden auf der Grundlage von Positionskoordinaten der jeweiligen Reflexionselemente 2C festgelegt. Ferner wird auf der Grundlage der Positionen der jeweiligen Reflexionselemente 2c und der horizontalen Ebene der Ursprung des Koordinatensystems des Roboters 2 an einer Position etwas oberhalb der horizontalen Ebene festgelegt, und die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse, die senkrecht auf der horizontalen Ebene steht, werden unter Verwendung des Ursprungs als der Mittelpunkt festgelegt.
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Ein Koordinatensystem (ursprüngliches Koordinatensystem) ist in dem Roboter 2 oder der Steuereinheit 20 dieser Ausführungsform festgelegt, bevor der Roboter 2 auf der ebenen Bezugsfläche 5a montiert wird, zum Beispiel zum Zeitpunkt der Herstellung des Roboters 2. Das heißt, dass bei dieser Ausführungsform, wenn der Roboter 2 auf der ebenen Bezugsfläche 5a montiert ist, Neufestlegen (Kalibrierung) des Koordinatensystems des Roboters 2 unter Verwendung der Positionskoordinaten der Mehrzahl von Punkten auf der oberen Fläche der ebenen Bezugsfläche 5a und der Positionskoordinaten der Reflexionselemente 2C durchgeführt wird.
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Die Funktion der Robotersteuerung 21 und der Steuerung 51 bei Durchführen der Neufestlegung des Koordinatensystems des Roboters 2 wird nachfolgend beschrieben.
Zuerst wird die Positionsmessvorrichtung 4 an einer annähernden Position zur Messung positioniert. Wenn zum Beispiel die Steuerung 51 ein vorgegebenes Signal empfängt (Schritt S1-1), wird die Steuerung 51 von dem Positionsmessprogramm 53b betrieben. Dementsprechend wird ein Laserstrahl von dem Laserkopf 41 zu den jeweiligen Reflexionselementen 2c ausgesendet, die in den beiden auf einem Basisteil 2a des Roboters 2 ausgebildeten Bezugslöchern 2b montiert sind, und der Lichtempfangssensor 41b empfängt das von den jeweiligen Reflexionselementen 2C reflektierte Licht. Mit derartigen Arbeitsschritten werden Positionskoordinaten der jeweiligen Reflexionselemente 2c in Bezug auf die Positionsmessvorrichtung 4 (Positionskoordinaten in dem Koordinatensystem der Positionsmessvorrichtung 4) gemessen (Schritt S1-2).
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Bei dieser Ausführungsform kann Einstellen der Richtung des Laserkopfes 41 durch die Steuerung 51 unter Verwendung des Vertikalachsenmotors 42 und des Horizontalachsenmotors 43 es dem Laserstrahl ermöglichen, die jeweiligen Reflexionselemente 2c von dem Laserkopf 41 aus anzustrahlen. Alternativ kann manuelles Einstellen der Richtung des Laserkopfes 41 durch eine Bedienperson es dem Laserstrahl ermöglichen, die jeweiligen Reflexionselemente 2c von dem Laserkopf 41 aus anzustrahlen. Jedes Reflexionselement 2c weist einen extrem kleinen Einfallsbereich auf. Wenn der Laserstrahl auf den Einfallsbereich einfällt, führt das Reflexionselement 2c eine Retroreflexion durch, bei der das Reflexionselement 2c den Laserstrahl in der Einfallsrichtung reflektiert.
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Anschließend richtet die Steuerung 51 den Laserstrahl, um jeweilige drei oder mehr Messpunkte (vier Messpunkte bei dieser Ausführungsform) auf der ebenen Bezugsfläche 5a anzustrahlen, und ermöglicht es dem Lichtempfangssensor 41b, das reflektierte Licht von den jeweiligen Messpunkten zu empfangen. Mit derartigen Arbeitsschritten werden Positionskoordinaten der jeweiligen Messpunkte in Bezug auf die Positionsmessvorrichtung 4 (Positionskoordinaten in dem Koordinatensystem der Positionsmessvorrichtung 4) gemessen (Schritt S1-3). Alle drei oder mehr Messpunkte sind nicht in einer geraden Linie angeordnet.
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Bei dieser Ausführungsform kann Einstellen der Richtung des Laserkopfes 41 durch die Steuerung 51 unter Verwendung des Vertikalachsenmotors 42 und des Horizontalachsenmotors 43 es dem Laserstrahl ermöglichen, die jeweiligen Messpunkte von dem Laserkopf 41 aus anzustrahlen. Alternativ kann manuelles Einstellen der Richtung des Laserkopfes 41 durch eine Bedienperson es dem Laserstrahl ermöglichen, die jeweiligen Messpunkte von dem Laserkopf 41 aus anzustrahlen. Ferner können Reflexionselemente an den jeweiligen Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche 5a vorgesehen sein. In diesem Fall wird der Laserstrahl, der auf die Reflexionselemente einfällt, in der Einfallsrichtung (Retroreflexion) reflektiert.
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Anschließend legt die Steuerung 51 auf der Grundlage der gemessenen Positionskoordinaten der jeweiligen Reflexionselemente 2c und zumindest der Positionskoordinaten in der vertikalen Richtung der jeweiligen Messpunkte das Koordinatensystem des Roboters 2 und die Positionskoordinaten des Ursprungs des Koordinatensystems in dem Koordinatensystem der Positionsmessvorrichtung 4 (Messvorrichtungskoordinatensystem) fest (Schritt S1-4).
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Die Steuerung 51 legt zum Beispiel die x-Achse des Koordinatensystems des Roboters 2 und die y-Achse, die senkrecht zu der x-Achse ist, auf einer ebenen Fläche fest, die die Positionskoordinaten aller Messpunkte enthält, und die Steuerung 51 legt die Z-Achse des Koordinatensystems des Roboters 2 in der Richtung senkrecht zu der ebenen Fläche fest. Die x-Achse wird festgelegt, um parallel zu einer geraden Linie zu sein, die durch die jeweiligen Reflexionselemente 2c verläuft, und eine Position, die durch Bewegen in der y-Achsenrichtung und in der z-Achsenrichtung um jeweilige vorgegebene Abstände von den Positionskoordinaten der Mittenposition der Reflexionselemente 2c erreicht wird, wird als der Ursprung des Koordinatensystems des Roboters 2 festgelegt. In diesem Fall erhält die Messsteuervorrichtung 50 die vorgegebenen Abstände von der Robotersteuereinheit 20 oder dergleichen im Voraus und speichert die vorgegebenen Abstände darin.
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Anschließend sendet die Steuerung 51 der Robotersteuereinheit 20 die gemessenen Positionskoordinaten der jeweiligen Messpunkte und der jeweiligen Reflexionselemente 2c oder die Koordinaten der jeweiligen Messpunkte und der jeweiligen Reflexionselemente 2c, wie sie von dem Ursprung des Roboters 2 aus gesehen werden, der in dem oben genannten Schritt S1-4 festgelegt wird (Schritt S1-5). Wenn die Steuerung 51 die gemessenen Positionskoordinaten der jeweiligen Messpunkte und der jeweiligen Reflexionselemente 2c an die Robotersteuereinheit 20 sendet, wie es ist, es ist unnötig, Schritt S1-4 durchzuführen.
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Die Robotersteuerung 21 wird auf der Grundlage des Koordinatensystem-Festlegungsprogramms 23a betrieben. Dementsprechend wird Festlegen (Neufestlegen) des Koordinatensystems des Roboters 2 auf der Grundlage der Positionskoordinaten der jeweiligen Messpunkte und der jeweiligen Reflexionselemente 2c, die von der Messsteuervorrichtung 5 gesendet werden, oder auf der Grundlage der Positionskoordinaten der jeweiligen Messpunkte und der jeweiligen Reflexionselemente 2c durchgeführt, wie sie von dem Ursprung des Roboters 2 aus gesehen werden, der in dem oben genannten Schritt S1-4 festgelegt wird (Schritt S1-6).
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Die Robotersteuerung 21 legt zum Beispiel die x-Achse des Koordinatensystems des Roboters 2 und die y-Achse, die senkrecht zu der x-Achse ist, auf einer ebenen Fläche fest, die die Positionskoordinaten aller Messpunkte enthält, und die Robotersteuerung 21 legt die Z-Achse des Koordinatensystems des Roboters 2 in der Richtung senkrecht zu der ebenen Fläche fest. Die x'-Achse wird festgelegt, um parallel zu einer geraden Linie zu sein, die durch die jeweiligen Reflexionselemente 2C verläuft.
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Eine vorgegebene Position in Bezug auf die Reflexionselemente 2c kann als der Ursprung des Koordinatensystems des Roboters festgelegt werden. Eine Position, die durch Bewegen in der y-Achsenrichtung und in der Z-Achsenrichtung um jeweilige vorgegebene Abstände von den Positionskoordinaten der Mittenposition der Reflexionselemente 2c erreicht wird, kann zum Beispiel als der Ursprung des Koordinatensystems des Roboters 2 festgelegt werden. In diesem Fall wird die Position des Ursprungs in Bezug auf die Reflexionselemente 2c im Voraus bestimmt.
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Anschließend erfasst die Robotersteuerung 21 die Verschiebung des Koordinatensystems, für das die Neufestlegung durchgeführt wird, in Bezug auf das ursprüngliche Koordinatensystem, oder erfasst die Verschiebung der z'-Achse des Koordinatensystems, für das die Neufestlegung durchgeführt wird, in Bezug auf die vertikale Achse (Schritt S1-7). Zum Beispiel erfasst die Robotersteuerung 21 Gradienten der x'-Achse, der y'-Achse und der z'-Achse des Koordinatensystems, für die die Neufestlegung erfolgt, in Bezug auf die x-Achse, die y-Achse und die z-Achse des ursprünglichen Koordinatensystems. Die Robotersteuerung 21 erfasst einen Unterschied zwischen den Koordinaten des Ursprungs, für den die Neufestlegung durchgeführt wird, und den Koordinaten des Ursprungs des ursprünglichen Koordinatensystems, und einen Gradienten und eine Richtung der z'-Achse des Koordinatensystems, für das die Neufestlegung durchgeführt wird, in Bezug auf die vertikale Achse.
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Die Robotersteuerung 21 wird auf der Grundlage des Betriebsprogramm-Neufestlegungsprogramms 23d betrieben. Dementsprechend wird die Neufestlegung von Parametern des Betriebsprogramms 23b unter Verwendung der in Schritt S1-7 erfassten Verschiebung durchgeführt, wodurch ein Betriebsprogramm 23b' erzeugt wird (Schritt S1-8). Das heißt, das Betriebsprogramm 23b wird derartig festgelegt, dass ein abgelegener Endabschnitt des Roboters 2 die vorgesehene Bahn in dem ursprünglichen Koordinatensystem durchläuft. In einer solchen Situation wird eine Neufestlegung der Parameter derartig durchgeführt, dass der abgelegene Endabschnitt des Roboters 2 die vorgesehene Bahn in dem Koordinatensystem, für das die Neufestlegung durchgeführt wird, durchläuft.
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Das Betriebsprogramm-Neufestlegungsprogramm 23d kann in der Simulationseinrichtung 3 gespeichert sein. In diesem Fall empfängt die Simulationseinrichtung 3 die Verschiebung, und die Simulationseinrichtung 3 führt die Neufestlegung von Parametern des Betriebsprogramms 23b unter Verwendung der Verschiebung durch. Wenn das Programmierhandgerät 25 eine Funktion aufweist, die der Simulationseinrichtung 3 entspricht, kann es ferner derartig ausgelegt sein, dass das Programmierhandgerät 25 die Neufestlegung von Parametern des Betriebsprogramms 23b unter Verwendung der Verschiebung durchführt.
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Gemäß dieser Ausführungsform ist der Roboter 2 auf der ebenen Bezugsfläche 5a montiert und Festlegen (Neufestlegen) des Koordinatensystems des auf der ebenen Bezugsfläche 5a montierten Roboters 2 wird unter Verwendung von zumindest den Positionskoordinaten in der vertikalen Richtung der drei oder mehr Messpunkte auf der ebenen Bezugsfläche 5a und der Messergebnisse der Positionskoordinaten der Mehrzahl von Reflexionselementen 2c durchgeführt, die an dem Basisabschnitt 2a des Roboters 2 vorgesehen sind. Dementsprechend ist es im Vergleich zu einem Fall, bei dem das ursprüngliche Koordinatensystem, das im Voraus in dem Roboter 2 oder der Robotersteuereinheit 20 zum Herstellungszeitpunkt des Roboters 2 festgelegt wird, so verwendet wird, wie es ist, möglich, die Tätigkeit des montierten Roboters 2 exakter zu steuern.
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Zum Beispiel kann beim Durchführen der Korrektur von Positionsverschiebung (Kalibrierung) des abgelegenen Endes des Roboters 2, die aufgrund von Schwerkraft, Montagefehlern oder dergleichen auftreten kann, das Koordinatensystem des Roboters 2, das einen Bezug für die Korrektur bildet, in Bezug auf die ebene Bezugsfläche 5a exakt eingestellt werden. Dementsprechend ist eine solche Konfiguration vorteilhaft zum exakten Durchführen der Kalibrierung.
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Ferner ist bei einer offline Programmerstellungseinrichtung, wie beispielsweise einer Simulationseinrichtung, die z-Achse des Koordinatensystems des Roboters 2 vollständig parallel zur vertikalen Achse. Es ist jedoch außerordentlich schwierig, die z-Achse des ursprünglichen Koordinatensystems des tatsächlich montierten Roboters 2 vollständig parallel zur vertikalen Achse auszuführen. Auf der anderen Seite wird bei dieser Ausführungsform das Koordinatensystem des auf der ebenen Fläche montierten Roboters 2 in Bezug auf die ebene Bezugsfläche 5a festgelegt, wodurch die Einstellung ermöglicht wird, um das Koordinatensystem einem idealen Zustand näher kommen zu lassen und den Festlegungsvorgang zu ermöglichen, der das Koordinatensystem verwendet. Dementsprechend ist eine solche Konfiguration vorteilhaft, um eine Beeinträchtigung oder dergleichen zwischen einem Werkstück und dem Roboter beim Betreiben des Roboters 2 durch das durch die offline Programmerstellungseinrichtung erzeugte Betriebsprogramm 23b zu verhindern.
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Das Koordinatensystem, das festgelegt wird, wird in der offline Programmerstellungseinrichtung festgelegt, wie beispielsweise der Simulationseinrichtung 3, wodurch es der offline Programmerstellungseinrichtung ermöglicht wird, ein Betriebsprogramm 23b zu erzeugen, das den tatsächlichen Bedingungen näher kommt.
Wenn ferner Arbeitsbereiche von zwei Robotern 2 einander überlappen, werden die Koordinatensysteme der Vielzahl von auf den ebenen Bezugsflächen 5a jeweils montierter Roboter in Bezug auf die jeweiligen ebenen Bezugsflächen 5a exakt festgelegt. Dementsprechend ist eine solche Konfiguration vorteilhaft zum Betreiben von zwei Robotern 2, während Beeinträchtigungen untereinander vermieden werden.
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Ferner wird bei dieser Ausführungsform die Neufestlegung von Parametern des Betriebsprogramms zum Betreiben des Roboters 2 auf der Grundlage von Verschiebung des Koordinatensystems, das festgelegt wird, in Bezug auf das im Voraus in dem Roboter 2 oder der Robotersteuereinheit 20 festgelegte, ursprüngliche Koordinatensystem oder auf der Grundlage von Verschiebung der z'-Achse des Koordinatensystems, das festgelegt wird, in Bezug auf die vertikale Achse durchgeführt. Eine derartige Konfiguration ist vorteilhaft für exakteres Steuern der Tätigkeit des Roboters 2 durch das Betriebsprogramm.
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Die ebene Bezugsfläche 5a muss nicht notwendigerweise eine horizontale Ebene sein und kann eine geneigte ebene Fläche oder eine ebene Fläche sein, die sich in der vertikalen Richtung erstreckt. In diesen Fällen werden zusätzlich zu den Positionskoordinaten in der vertikalen Richtung der Mehrzahl von Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche 5a andere Positionskoordinaten der Mehrzahl von Messpunkten ebenfalls verwendet. Auch in diesen Fällen ist es möglich, eine Festlegung (Neufestlegung) des Koordinatensystems des Roboters 2 durchzuführen, der auf der ebenen Bezugsfläche 5a montiert ist.
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Bei dieser Ausführungsform werden die Positionskoordinaten der Mehrzahl von Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche 5a und der jeweiligen Reflexionselemente 2c unter Verwendung der Positionsmessvorrichtung 4 gemessen, die einen Laserstrahl verwendet. Allerdings können die Positionskoordinaten der Mehrzahl von Messpunkten und der jeweiligen Reflexionselemente 2c unter Verwendung anderer Messgeräte gemessen werden. Zum Beispiel können die Positionskoordinaten der Mehrzahl von Messpunkten auf der ebenen Bezugsfläche 5a unter Verwendung eines beliebigen anderen Messgeräts gemessen werden, wie beispielsweise ein Höhenmessgerät mit einer Horizontalebene. Die Positionskoordinaten der jeweiligen Reflexionselemente 2c kann unter Verwendung einer dreidimensionalen Messmaschine gemessen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Roboter
- 2c
- Reflexionselement (Bezugsreflektionsabschnitt)
- 5a
- ebene Bezugsfläche
- 4
- Positionsmessvorrichtung
- 11
- Servomotor
- 12
- Bearbeitungswerkzeug
- 20
- Robotersteuereinheit
- 21
- Robotersteuerung
- 23
- Speichereinrichtung
- 23b
- Betriebsprogramm
- 23c
- Koordinatensystem-Festlegungsprogramm
- 23d
- Betriebsprogramm-Neufestlegungsprogramm (Betriebsprogramm-Neufestlegungsmittel)
- 41
- Laserkopf
- 41a
- Laserstrahlaussendeeinheit
- 41b
- Lichtempfangssensor
- 42
- Vertikalachsenmotor (Kopfantriebseinrichtung)
- 43
- Horizontalachsenmotor (Kopfantriebseinrichtung)
- 50
- Messsteuervorrichtung
- 51
- Steuerung
- 53
- Speichereinrichtung
- 53b
- Positionsmessprogramm (Positionsmessmittel)
