DE3243341C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
In der DE 31 45 874 A1 (ältere Anmeldung) ist ein Roboter für Lehr- und
Wiedergabebetrieb beschrieben, dessen Arm von einer Transport
einrichtung bewegt wird. Ein Nachteil dieses Roboters
ist es, daß dann, wenn die Lage des zu bearbeitenden
Werkstücks von der Lage des Werkstücks im Lehrbetrieb
stark abweicht, sehr viel Korrekturbewegungen zur Aus
richtung notwendig sind, weil die Stellung des Arms zum
Werkstück bei Beginn des Wiedergabebetriebs nicht mit
Hilfe von Erkennungssignalen der Erkennungsvorrichtung
zur Erfassung einer vorgegebenen Bezugsstellung des Werk
stücks korrigiert wird. Der bekannte Roboter braucht
daher viel Zeit für Korrekturbewegungen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern
eines Industrie-Roboters zu schaffen, mit dem zufrieden
stellende Arbeiten bei minimalem Zeitaufwand ausgeführt
werden können, und zwar selbst dann, wenn die Position
der Werkstücke im Wiedergabebetrieb und/oder die Position
der zu bearbeitenden Bereiche der Werkstücke bei allen
Werkstücken verschieden ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden
Merkmale im Patentanspruch 1 zusammen mit dessen Ober
begriff.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs
beispiels näher erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht des Ausführungsbeispiels aus
Fig. 1;
Fig. 3 und 4 perspektivische Ansichten von Einzelheiten
eines Gelenks und seiner wesentlichen Teile;
Fig. 5 und 6 anschauliche Ansichten der von einer Fernseh
kamera empfangenen Schlitzbilder; und
Fig. 7 ein Blockdiagramm zur Erläuterung der Funk
tion des Ausführungsbeispiels in Fig. 1.
In den Figuren umfaßt ein Roboter-Hauptkörper oder
Industrie-Roboter 1 eines mehrgelenkigen Roboters eine Platt
form 2 und einen schwenkbaren Arm 3. Der schwenkbare
Arm 3 umfaßt einen gegenüber der Plattform 2 in Rich
tung A drehbaren Drehtisch 4, einen gegenüber dem Dreh
tisch 4 in Richtung B drehbaren Stützpfosten 5, einen
gegenüber dem Stützpfosten 5 in Richtung C drehbaren
Arm 6 und ein freibiegbares Gelenk 7 der sogenannten
flexiblen Art.
An einer zylindrischen Spitze 8 des Gelenks 7 ist ein
erster Bügel 9 befestigt, an dem mit Hilfe eines Verbin
dungsteils 10 ein zweiter Bügel 12 drehbar um eine Ach
se 11 befestigt ist. An dem zweiten Bügel 12 ist eine
Schlitzlichtquelle 16, die ein Schlitzbild 15 auf die
Oberfläche 14 eines zu bearbeitenden Werkstücks 13
projiziert, angebracht sowie eine Fernsehkamera 17, die
mit Hilfe von Halbleitersensoren oder ähnlichem das
Schlitzbild 15 auf der Oberfläche 14 und einem Werk
zeug 18 empfängt. Eine drehbare Achse 19 ist zur dreh
baren Befestigung des zweiten Bügels 12 an den ersten
Bügel 9 in der Achse 11 angebracht, in ihrem mittleren
Bereich an der Fernsehkamera 17 befestigt und mit bei
den Enden drehbar an seitlichen Fortsätzen 20, 21 des
ersten Bügels 9 festgemacht. An einem Ende der drehba
ren Achse 19 ist ein Zahnscheibensegment 22 befestigt,
das mit einem Ritzel 23 kämmt, welches auf einer Aus
gangswelle eines Untersetzungsgetriebes 24 sitzt. Das
Untersetzungsgetriebe 24 ist mit einem Motor 25 verbun
den, der ein gutes Ansprechverhalten wie ein kernloser
Motor hat und an dem ersten Bügel 9 befestigt ist.
Aufgrund der Funktion des Motors 25 als Korrektionsvor
richtung werden die Schlitzlichtquelle 16, die Fernseh
kamera 17 und das Werkzeug 18 zusammen um die Achse 11
in Richtung H verdreht.
Die Licht aufnehmende optische Achse 26 der Fernsehka
mera 17, also ihre Mittellinie 26, fluchtet mit der
Mittellinie der zylindrischen Spitze 8 des Gelenks 7
und steht auf der Achse 11 senkrecht. Eine optische
Achse 27 der Schlitzlichtquelle 16 schneidet die op
tische Achse 26 und die Achse 11 schiefwinklig. Das
Werkzeug 18 umfaßt eine Dichtungsdüse 31, die mit ihrem
Vorderende 28 die Werkstückoberfläche 14 leicht berührt
und Dichtungsmasse 30 aus dem Vorderende 28 auf einen
Bereich 29 des zu dichtenden Werkstücks 13 aufbringt,
einem Düsenhalter 32, der die Düse 31 nachgiebig ent
lang der Abdichtungsrichtung D und senkrecht dazu ver
schiebbar hält, und ein Verbindungsteil 33, das den
Düsenhalter 32 an dem zweiten Bügel 12 befestigt. Der
Düsenhalter 32 kann Vertikalfehler am Vorderende 28 der
Düse 31 beim Wiedergabebetrieb absorbieren. Die Düse 31
liegt in einer Ebene, die die optischen Achsen 26, 27
einschließt und das Vorderende 28 der Düse 31 liegt im
Schnittpunkt der optischen Achsen 26 und 27. Die Platt
form 2 wird von einer Transporteinrichtung 34 getragen,
das eine endlose Kette umfaßt und der Industrie-Roboter 1
wird durch den Betrieb einer Kette der Transporteinrich
tung 34 in der Richtung F bewegt, die senkrecht auf der
Richtung E steht, in der das Werkstück 13 von einer
Transporteinrichtung 35 bewegt wird. Die Transportein
richtung 34 wird ihrerseits von einer Transporteinrich
tung 36 getragen, die ein endloses Kettenband umfaßt,
und die Transporteinrichtung 34 und damit der
Industrie-Roboter 1 werden durch den Betrieb der Kette der Trans
porteinrichtung 36 in Richtung G parallel zur Rich
tung E bewegt. Die Transporteinrichtung 35 umfaßt bei
spielsweise einen Endlosbandförderer und befördert die
Werkstücke 13 fortlaufend in Richtung E.
Wie unten beschrieben werden wird, speichert eine
Steuereinrichtung 37, die einen Mikrocomputer oder ähn
liches aufweist, die Lagedaten für den schwenkbaren
Arm 3 des Industrie-Roboters 1 in einer Speichereinheit 38
als Lehrdaten gemäß einem Steuerprogramm ab, das zuvor
in der Speichereinheit 38 im Lehrbetrieb gespeichert
wurde, liest die Lehrdaten aus, die in der Speicherein
heit 38 ebenfalls gemäß dem Steuerprogramm gespeichert
wurden, und steuert geschützt auf die im Wiedergabebe
trieb entsprechend ausgelesenen Lehrdaten den schwenk
baren Arm 3 des Industrie-Roboters 1. Die Steuereinrichtung
37 steuert auch die Funktion der Transporteinrichtun
gen 34 und 36 und die Transporteinrichtung 35 mit Hilfe
des Signals eines Detektors 39, der optisch oder magne
tisch das Herannahen von Werkstücken 13 erfaßt, des
Signals einer Bildverarbeitungseinrichtung 40 und mit
Hilfe des in der Speichereinheit 38 gespeicherten
Steuerprogramms.
Die
Bildverarbeitungseinrichtung 40 vergleicht die von der
Fernsehkamera 17 empfangenen Bilder mit vorher in der
Speichereinheit 41 gespeicherten Bezugsbildern und gibt
als Ausgangssignal ein auf dem Ergebnis des Vergleichs
beruhendes Steuersignal an die Steuereinrichtung 37 und
den Motor 25 ab.
Die Funktion des dargestellten mehrgelenkigen Roboters
50 wird im folgenden erklärt. Im Lehrbetrieb wird
die Transporteinrichtung 35 angehalten und das Werk
stück 13 in einer vorgegebenen Lage auf das Band der
Transporteinrichtung 35 gebracht. Dann wird der
Industrie-Roboter 1 manuell zum stillstehenden Werkstück 13 bewegt,
während das Vorderende 28 an die Anfangsstelle 51 eines
Abdichtungsvorgangs gebracht, die Achse 11 parallel zum
zu bearbeitenden Dichtungsbereich 29 eingestellt, die
optische Achse 26 senkrecht auf die bearbeitete Werk
stückoberfläche 14 gestellt und der Schnittpunkt der
optischen Achsen 26 und 27 auf die Anfangsstelle 51
eingestellt wird. Danach wird das Vorderende 28 entlang
dem Dichtungsbereich 29 zur Endstelle 52 verschoben, wo
bei die oben beschriebenen Lageverhältnisse beibehalten
werden. Während das Vorderende 28 von der Anfangs
stelle 51 zur Endstelle 52 verschoben wird, werden alle
Stellungen für den schwenkbaren Arm 3 nacheinander als
Lehrdaten gespeichert, d. h. es wird unter Steuerung
durch die Steuereinrichtung 37 ein Arbeitsprogramm in
die Speichervorrichtung 38 eingespeichert. Jede Stel
lung für den schwenkbaren Arm 3 kann beispielsweise von
einem an jedem Gelenk des schwenkbaren Arms 3 angebrach
ten Potentiometer erfaßt werden. Im Wiedergabebereich
wird die Transporteinrichtung 34 von der Transportein
richtung 36 entgegen der Richtung A bewegt und unter
Überwachung der Steuereinrichtung 37 in die Anfangslage
am äußersten rechten Rand in Fig. 2 gebracht. Nachdem
die Transporteinrichtung 35 durch die Steuereinrich
tung 37 mit dem Arbeitsbeginn-Signal in Betrieb gesetzt
wurde, werden die Werkstücke 13 nacheinander in Rich
tung E bewegt. Wenn die Lagebeziehung zwischen dem
ersten herangebrachten Werkstück 13 und der Transport
einrichtung 34 gleich der im Lehrbetrieb eingestellten
Lagebeziehung ist, werden die in der Speichervorrich
tung 38 gespeicherten Lehrdaten aufgrund eines Signals
des Detektors 39 ausgelesen, der unter Überwachung der
Steuereinrichtung 37 die genannte Stellung optisch oder
magnetisch erfaßt; dadurch wird der Industrie-Roboter 1 so
gesteuert, daß das Vorderende 28 durch die Lehrdaten an
die Anfangsstelle 51 gebracht wird, während anderer
seits die Transportvorrichtung 36 unter Überwachung der
Steuereinrichtung 37 so betrieben wird, daß der
Industrie-Roboter 1 synchron in der Bewegungsrichtung E des Werk
stücks 13 bewegt wird. Industrie-Roboter 1 und Werkstück 13
werden also gleich schnell in Richtung E bewegt. Nach
dem das Vorderende 28 an die Anfangsstelle 51 gebracht
wurde, untersucht die Bildverarbeitungseinrichtung 40
des Roboters 50 die von der Fernsehkamera 17 empfange
nen Schlitzbilder 15. Wenn sich die Schlitzlichtquel
le 16, die Fernsehkamera 17, das Werkzeug 18 und der
Dichtungsbereich 29 in der gleichen Lagebeziehung wie
im Lehrbetrieb befinden, empfängt die Fernsehkamera 17
Schlitzbilder 52 als ein Erkennungssignal. Wenn sich
andererseits die Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehka
mera 17, das Werkzeug 18 und der Dichtungsbereich 29
des Werkstücks 13 in einer anderen Lagebeziehung als im
Lehrbetrieb befinden, empfängt die Fernsehkamera 17
beispielsweise Schlitzbilder 54 als Erkennungssignal.
Bei den dem Schlitzbild 15 entsprechenden Abbildun
gen 55 in den Schlitzbildern 54 verkörpert der Abstand
58 in Richtung F zwischen der Stelle 56 für den abge
knickten Bereich, der sich an dem Absatz des Dichtungs
bereichs 29 ergibt, und der Mitte 57 des Schlitzbil
des 54 die Abweichung in der Richtung F zwischen dem
Vorderende 28 und dem Dichtungsbereich 29. Wenn die
Schlitzbilder 53 von der Fernsehkamera 17 aufgenommen
werden, betätigt die Steuereinrichtung 37 des Roboters
50 direkt den schwenkbaren Arm 3, um das Vorderende 28
in Richtung D zu bewegen und zwar aufgrund eines Anzei
gesignals der Bildverarbeitungsvorrichtung 40, so daß
die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 von der Anfangs
stelle 51 bis zur Endstelle 52 entsprechend den Lehr
daten ausgeführt wird. Für den Fall, daß Schlitzbilder
54 von der Fernsehkamera 17 empfangen werden, gibt die
Bildverarbeitungseinrichtung 40 als Ausgangssignal ein
dem Abstand 58 entsprechendes Signal an die Steuer
einrichtung 37 des Roboters 50 ab, die die Transportein
richtung 34 betätigt, um den Industrie-Roboter 1 entsprechend
dem Anzeigesignal der Bildverarbeitungseinrichtung 40
in Richtung F zu bewegen, bis die Schlitzbilder 53
empfangen werden. Wenn als Ergebnis der Bewegung des
Industrie-Roboters 1 in Richtung F die Schlitzbilder 53
empfangen werden, beginnt der Roboter 50 die Abdichtung
im Dichtungsbereich 29 wie oben beschrieben. Während
der Abdichtung im Dichtungsbereich 29 von der Anfangs
stelle 51 bis zur Endstelle in Übereinstimmung mit
den Lehrdaten, überwacht die Bildverarbeitungsvorrich
tung 40 die von der Fernsehkamera 17 aufgenommenen
Schlitzbilder. Wenn im Velauf der Abdichtung aufgrund
einer Verschiebung des Dichtungsbereichs 29 die Schlitz
bilder 54 empfangen werden, betätigt die Bildverarbei
tungseinrichtung 40 den umschaltbaren Motor 25, um die
Schlitzlichtquelle 16, die Fernsehkamera 17 und das
Werkzeug 18 um die Achse 11 in Richtung H zu drehen, so
daß das Schlitzbild 53 empfangen wird, und stellt das
Vorderende 28 auf den Dichtungsbereich 29 ein. Der Ab
stand 58 kann dadurch erfaßt werden, daß die empfange
nen Schlitzbilder 54 mit dem Schlitzbild 53 verglichen
werden, das zuvor als Bezugsbild in der Speicherein
heit 41 in Form von Digital-Signalen gespeichert wur
de. Wenn die Abdichtung im Dichtungsbereich 29 entspre
chend den Lehrdaten vollendet wurde, veranlaßt die
Steuereinheit 37 die Transporteinrichtung 36 die Bewe
gung des Industrie-Roboters 1 in Richtung E zu beenden und
bewegt dann den Industrie-Roboter 1 mit Hilfe der Transport
einrichtung 36 entgegengesetzt zur Richtung E, um den
Industrie-Roboter 1 in die Ausgangsstellung zu bringen. Wenn
der Industrie-Roboter 1 in Ausgangsstellung gebracht ist, wie
derholt der Roboter 50 die Abdichtung in gleicher Weise
beim nächsten herangebrachten Werkstück 13.
In dem Ausführungsbeispiel wurden die Erklärungen für
eine Verschiebung des zu bearbeitenden Bereichs in Rich
tung F gemacht, beispielsweise eines Dichtungsbereichs
29, der sich die Transportvorrichtung 35 in Rich
tung E erstreckt. Für den Fall, daß sich der Dichtungs
bereich 29 beispielsweise in Richtung F erstreckt, wird
die Schlitzlichtquelle 16 verschoben, so daß die
Schlitzbilder auf der Werkstückoberfläche 14 senkrecht
zur Richtung F erzugt werden und die Bewegungsgeschwin
digkeit des Industrie-Roboters 1 in Richtung E wird durch die
Transporteinrichtung 36 entsprechend den Schlitzbildern
richtig eingestellt, wodurch das Vorderende 28 unter
Berücksichtigung von Verschiebungen des Dichtungsbe
reichs 29 in oder entgegen der Richtung E genau auf die
Anfangsstelle 51 des Abdichtungsvorgangs eingestellt
wird. Dadurch, daß der erste Bügel 9 an dem Gelenk 7 so
angebracht ist, daß die Achse 11 parallel zum Dichtungs
bereich 29 verläuft, kann bei Verschiebungen des Dich
tungsbereichs 29 entgegen der Richtung E das Vorderen
de 28 genau dem Dichtungsbereich 29 von der Anfangsstel
le 51 bis zur Endstelle 52 folgen, um ihn ebenso abzu
dichten, wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel,
selbst wenn der Dichtungsbereich 29 sich in oder entge
gen der Richtung E verschiebt. Der zu bearbeitende Be
reich muß nicht notwendig gerade sein, wie oben be
schrieben, sondern kann auch gekrümmt sein. In diesem
Fall ist eine Erkennungsvorrichtung zur Erfassung ge
krümmter Bereiche an der Spitze 8 des Gelenks 7 be
festigt und beide Transporteinrichtungen 34 und 36 wer
den entsprechend einem Erfassungssignal von der Erken
nungsvorrichtung gesteuert. Zuerst wird das Vorderen
de 28 an eine Bezugsstelle des zu bearbeitenden Be
reichs gebracht und während des den Lehrdaten entspre
chenden Arbeitsvorgangs an diesem Bereich wird das Vor
derende 28 der Verschiebung dieses Bereichs durch eine
auf dem Erfassungsignal der Erkennungsvorrichtung be
ruhenden Betätigung der Transporteinrichtungen 34 und
36 nachgeführt. Obwohl als Bezugsstelle die Anfangsstel
le 51 des Arbeitsvorgangs an dem Werkstück 13 gewählt
wurde, kann dies statt dessen auch eine Ecke 59 des
Werkstücks 13 sein. In diesem Fall werden im Lehr
betrieb die Bilder der Ecke 59 in der Speicherein
heit 41 gespeichert. Im Wiedergabebetrieb wird das Vor
derende 28 zuerst auf der Ecke 59 eingestellt, um deren
Bilder zu erfassen. Die so gewonnenen Bilder werden mit
den gespeicherten verglichen, um die Verschiebung des
Werkstücks 13 zu erfassen; die Transporteinrichtun
gen 34 und 36 werden so gesteuert, daß Verschiebungen
des Industrie-Roboters 1 kompensiert werden. Während in die
sem Fall Verschiebungen der einzelnen Werkstücke 13 auf
der Transporteinrichtung 35 einfach kompensiert werden
können, kann die Verschiebung des zu bearbeitenden Be
reichs selbst nicht leicht ausgeglichen werden. Deshalb
ist es in den Fällen wünschenswert, die Bezugsstelle in
dem zu bearbeitenden Bereich zu wählen, in denen die
Arbeitsbereiche für jedes Werkstück 13 etwas verschie
den sind. Darüber hinaus kann die Erfindung nicht nur
für Dichtungsroboter verwendet werden, sondern auch für
Schweiß- oder Beschichtungsroboter, für die ein an die
Arbeitsweise angepaßtes Werkzeug ausgewählt wird, also
ein Schweißbrenner zum Schweißen bzw. eine Spritzdüse
zum Beschichten.
Claims (4)
1. Verfahren zur Steuerung eines Industrie-Roboters (1)
- - mit einer Speichereinheit (41) zum Einspeichern eines Arbeitsprogramms während eines Lehrbetriebes,
- - mit einem schwenkbaren Arm (3), der ein Werkzeug (18) an seiner Spitze (8) aufweist, das während eines Wiedergabebetriebes in Übereinstimmung mit dem in der Speichereinheit (41) gespeicherten Arbeitsprogramm in vorbestimmte Positionen zu einem Werkstück (13) bringbar ist,
- - mit einer Erkennungsvorrichtung (17) an der Spitze (8) des Armes (3) zur Erfassung eines zu bearbei tenden Bereichs (29) des Werkstücks (13),
- - mit einer Korrekturvorrichtung (22, 23, 24, 25) zur Korrektur der Position des vom Industrie-Ro boter (1) bewegten Werkzeugs (18) gegenüber dem zu bearbeitenden Bereich (29) im Wiedergabebetrieb aufgrund der Erfassungssignale von der Erkennungs vorrichtung (17),
- - mit einer ersten Transporteinrichtung (34) zur Bewegung des Industrie-Roboters (1) in eine erste Bewegungsrichtung (F) und
- - mit einer zweiten Transporteinrichtung (36) zur Bewegung des Industrie-Roboters (1) in eine die erste Bewegungsrichtung (F) kreuzende zweite Be wegungsrichtung (G), durch die der Industrie-Robo ter (1) bei Beginn des Wiedergabebetriebs derart bewegt wird, daß das Werkzeug (18) programmge steuert in dem zu bearbeitenden Bereich (29) des Werkstücks (13) positioniert wird,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß dann der Industrie-Roboter (1) von der ersten und zweiten Transporteinrichtung (34, 36) aufgrund der Erfassungssignale von der Erkennungsvorrichtung (17) derart in die erste und zweite Bewegungs richtung (F, F) bewegt wird, daß bei Beginn des Wiedergabebetriebes das Werkzeug (18) in dieselbe Position bezüglich einer Bezugsstelle (51) auf dem Werkstück gebracht wird, in die es im Lehr betrieb gebracht worden ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Bewegungsrichtung (F) senkrecht zur
zweiten Bewegungsrichtung (G) verläuft.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gkennzeich
net, daß das Werkstück (13) durch eine dritte Trans
porteinrichtung (35) in dieselbe Bewegungsrichtung (E)
wie die zweite Bewegungsrichtung (G) bewegt wird,
wobei die Bewegung des Werkstückes (13) im Wiedergabe
betrieb synchron mit der Bewegung des Industrie-Ro
boters (1) durch die zweite Transporteinrichtung (36)
erfolgt.
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