DE102022003666A1

DE102022003666A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kalibrierung von Werkzeugen eines Roboters in einem Produktionsprozess

Info

Publication number: DE102022003666A1
Application number: DE102022003666.5A
Authority: DE
Inventors: Klaus Demmler; Helmut Kraus
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2023-01-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Werkzeugen eines Roboters in einem Produktionsprozess, bei welchem mindestens ein zu kalibrierendes Kamerasystem (5) von einem Kalibrierkörper (9) zur Erfassung eines Referenzpunktes (11) unterstützt wird. Bei einem Verfahren, bei welchem eine Rekalibrierung bei Austausch des Kamerasystems entfällt, wird der Referenzpunkt (11) des Werkzeugs (1) am Kamerasystem (5) zur genauen Bestimmung der relativen Lage des Werkzeugs (1) des Roboters (3) zu dem Kalibrierkörper (9) integriert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung von Werkzeugen eines Roboters in einem Produktionsprozess, bei welchem mindestens ein Kamerasystem von einem Kalibrierkörper zur Erfassung eines Referenzpunktes unterstützt wird, sowie eine Kalibriervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Aus der DE 10 2018 200 155 A1 sind eine Kalibrationsvorrichtung und ein Kalibrationsverfahren bekannt, bei welchen ein Parameter zum Detektieren einer Zielmarkierung für Kameras einer Stereokameraansicht für jede Kamera wiederholt eingestellt wird. Die Zielmarkierung ist dabei an dem Roboter angebracht. Eine Kalibrationsvorrichtung verknüpft eine Positionsinformation in einem Bildkoordinatensystem bei einer ersten Kamera der Stereokamera und eine Positionsinformation in einem Bildkoordinatensystem bei einer zweiten Kamera der Stereokamera und eine Positionsinformation in einem Roboterkoordinatensystem bei einem Roboter. Die Detektierung der Zielmarkierung erfolgt aus Daten über ein durch die zweite Kamera aufgenommenes Bild basierend auf dem ersten mittels der ersten Kamera bestimmten Parameter.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kalibrierung von Roboterwerkzeugen in einem Produktionsprozess anzugeben, bei welchen eine Rekalibrierung bei Austausch des Kamerasystems entfällt.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Bei dem eingangs erläuterten Verfahren zur Kalibrierung von Werkzeugen eines Roboters in einem Produktionsprozess, bei welchem mindestens ein Kamerasystem von einem Kalibrierkörper zur Erfassung eines Referenzpunktes unterstützt wird, wird der Referenzpunkt des Werkzeugs am Kamerasystem zur genauen Bestimmung der relativen Lage des Werkzeug des Roboters zu dem Kalibrierkörper integriert. Dadurch entfallen beim Austausch des Kamerasystems am Werkzeug des Roboters zusätzliche Kalibrierungen des Kamerasystems. Dies führt zur Verringerung von Standzeiten des Roboters während der Produktion. Die Komplexität des Kameramessystems wird reduziert.
Vorteilhafterweise wird der am Kamerasystem angeordnete Referenzpunkt des Werkzeugs im Nullpunkt des Kamerasystems berechnet. Durch eine automatisierte Berechnung der geometrischen Position des Kamerasystems am Roboter wird nach einem Defekt des Kamerasystems eine neue Inbetriebnahme überflüssig.
In einer Ausgestaltung wird vor der Berechnung des am Kamerasystem angeordneten Referenzpunktes des Werkzeuges der Kalibrierkörper zum Roboter eingemessen. Damit wird die Genauigkeit des Messvorganges zur Bestimmung des Referenzpunktes verbessert.
In einer Variante wird das Kamerasystem an dem Kalibrierkörper kalibriert, um im metrischen Raum zu messen. Dadurch werden weitere Messpunkten zur zuverlässigen Bestimmung des Referenzpunktes ermittelt.
In einer Ausführungsform nimmt der Roboter zu Beginn eines Produktionsprozesses eine fest programmierte Messposition ein, welche auf dem berechneten, am Kamerasystem angeordneten Referenzpunkt des Werkzeuges des Roboters beruht. Dadurch werden Differenzen, welche zwischen der Position des alten Kamerasystems und der Position des neuen Kamerasystems auftreten, ausgeglichen.
Es ist von Vorteil, wenn als Kalibrierkörper das zu bearbeitende Bauteil verwendet wird. Dies führt zu einer Vereinfachung und Kostenreduzierung der Kalibrierung.
Ein weitere Aspekt der Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung für ein Werkzeug eines Industrieroboters, umfassend mindestens ein an dem Werkzeug angeordnetes Kamerasystem, welches zur Kalibrierung mit einem Kalibrierkörper in einer Wirkverbindung steht. Bei einer Kalibriervorrichtung, bei welcher eine Rekalibrierung bei Austausch des Kamerasystems entfällt, ist der zur Kalibrierung des Werkzeugs notwendige Referenzpunkt an dem Kamerasystem angeordnet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung,
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung dargestellt. Am Werkzeug 1 eines Roboters 3 ist ein Industriekamerasystem 5 montiert, das zur Lagekorrektur des Roboters 3 verwendet wird. Der Roboter 3 wird in einem fest programmierten Programm für diverse Aufgabe zur Bearbeitung eines Bauteiles 7 eingesetzt. Vor der Bearbeitung des Bauteils wird das Kamerasystem 5 mit Hilfe eines Kalibrierkörpers 9 kalibriert, um im metrischen Raum messen zu können. Zusätzlich zur Berechnung der metrischen Größen, wird das Werkzeug 1 im Nullpunkt des Kamerasystems 5 für den Roboter 3 berechnet. Dazu ist an dem Kamerasystem 5 ein Referenzpunkt 11 angeordnet, der die relativen Lage des Werkzeugs 1 zum Kalibrierkörper 9 wiedergibt.
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei einem normalen Messvorgang bewegt der Roboter 3 seinen Greifer 13, an welchem das Werkzeug 1 mit dem Kamerasystem 5 befestigt ist, in eine fest programmierte Messposition. Diese Position basiert auf dem Referenzpunkt 11 des am Werkzeug 1 positionierten Kamerasystems 5a (2a). Vor der erstmaligen Einstellung der fest programmierten Messposition wurde der Roboter 3 einmalig zum Kalibrierkörper 7 eingemessen, um die metrischen Größen zu bestimmen.
Ist das Kamerasystem 5 defekt, muss es ausgetauscht und durch ein neues Kamerasystem 5b ersetzt werden. Nach Anbringung des neuen Kamerasystems 5 an dem Werkzeug 1 des Roboters 3 fährt der Roboter 3 wieder die ursprüngliche Messposition an. In dieser Messposition wird, wie in 2b gezeigt ist, die Position des Bauteils 7 ermittelt und ein Offset 15 für die Position des Roboters 3 bestimmt, welches eine Differenz Δ zu der Position des defekten Kamerasystems 5a darstellt. Da die mechanische Positionierung des defekten Kamerasystems 5a durch das neu installierte Kamerasystem 5b nicht wiederhergestellt werden kann, entsteht eine neue Position des Kamerasystems 5 an dem Werkzeug 1, die bei der ursprüngliche Kalibrierung nicht berücksichtigt wurde und nun mit Hilfe des an dem Kamerasystem 5b angeordneten Referenzpunktes 11 nachprogrammiert wird. Bei der Kalibrierung wird nun wieder die neue Position des Werkzeugs 1 mit Hilfe des Referenzpunktes 11 des Kamerasystems 5 berechnet, so dass die Position des Werkzeugs 1 automatisch im Nullpunkt der Kamerasystems 5 liegt.
Nach dem Kalibriervorgang nimmt der Roboter 3 die neu berechnete Messposition ein. Dabei fährt das mit dem neuen Kamerasystem 5b versehene Werkzeug 1 automatisch an diese Messposition (2c). Dies führt dazu, dass das Kamerasystem 5b wieder in der gleichen Position zum Bauteil 13 steht. Hieraus ergibt sich, dass keine Nachjustierungen des Roboters 3 notwendig sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018200155 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Kalibrierung von Werkzeugen eines Roboters in einem Produktionsprozess, bei welchem mindestens ein Kamerasystem (5) von einem Kalibrierkörper (9) zur Erfassung eines Referenzpunktes (11) unterstützt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzpunkt (11) des Werkzeugs (1) am Kamerasystem (5) zur genauen Bestimmung der relativen Lage des Werkzeug (1) des Roboters (3) zu dem Kalibrierkörper (9) integriert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der am Kamerasystem (5) angeordnete Referenzpunkt (11) des Werkzeugs (1) im Nullpunkt des Kamerasystems (5) berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Berechnung des am Kamerasystem (5) angeordneten Referenzpunktes (11) des Werkzeuges (1) der Kalibrierkörper (9) zum Roboter (3) eingemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kamerasystem (5) an dem Kalibrierkörper (9) kalibriert wird, um im metrischen Raum zu messen.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (3) zu Beginn eines Produktionsprozesses eine fest programmierte Messposition einnimmt, welche auf dem berechneten, am Kamerasystem (5) ausgebildeten Referenzpunkt (11) des Werkzeuges (1) des Roboters (3) basiert.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kalibrierkörper (9) das zu bearbeitende Bauteil (7) verwendet wird.
Kalibriervorrichtung für ein Werkzeug eines Industrieroboters, umfassend mindestens ein an dem Werkzeug (1) angeordnetes Kamerasystem (5), welches zur Kalibrierung mit einem Kalibrierkörper (9) in einer Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Kalibrierung des Werkzeuges (1) notwendige Referenzpunkt (11) an dem Kamerasystem (5) angeordnet ist, welches fest mit dem Werkzeug (1) verbunden ist.