DE3311526C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum halbautomatischen Programmieren eines Industrieroboters, wobei ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes entlang einer komplexen Kontur bewegt wird, mit den Merkmalen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung.

Aus dem Industrieanzeiger Nr. 72 vom 07. 09. 1979, S. 26 und 27 ist es bekannt, daß mittels eines taktilen Sensors die beim Entgraten auftretenden Kräfte und Momente im Arm des Industrieroboters erfaßt werden können. Diese können zur adaptiven Steuerung des Roboters verwendet werden.

Die Anwendung ist sehr aufwendig bzgl. der Datenverarbei­ tung, ein zusätzlicher Prozeßrechner ist notwendig. Der Sensor wird nur während des Bearbeitungsvorgangs benutzt, und nicht zur Erstellung eines abzuspeichernden Programmes.

In der DE-OS 26 25 933 ist eine Anspaßsteuerung für einen Industrieroboter beschrieben. Das beschriebene Verbindungs­ glied zwischen Roboter und Werkzeug dient aber lediglich zur Unterstützung des Programmierers, zur Automatisierung gewisser Teile der Programmierarbeit, oder zur Steuerung des Roboters (Seite 6, 3. Abschnitt), nicht aber zur direkten Programmerstellung, wie es bei der Erfindung der Fall ist. Es ist zudem keinerlei Verfahren angedeutet, wie die Pro­ grammierarbeit bei der Bahnprogrammierung unterstützt werden könnte.

Aus der DE-OS 15 63 503 ist eine Einrichtung bekannt, bei der die Konturkoordinaten eines Werkstückes mittels eines Abtastsystems ermittelt werden. Die Konturkoordinaten werden dann in den Speicher des Roboters eingeschrieben. Es ist aber ein vom Roboter getrenntes Abtastsystem erforderlich. Durch eine Übertragung der Kontur in eine Bewegungsbahn eines Werkzeuges können Fehler auftreten. Der Anfangspunkt bleibt unbestimmt.

Ein Gegen­ stand der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 30 46 634 vorbekannt. Gegenstand dieser Schrift ist ein Verfahren zum Programmieren eines Industrieroboters, durch den ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstücks längs einer Bahn bewegt wird, die zunächst durch Punkte, die in einem den Roboter steuernden Rechner in Form eines entsprechenden Programmes gespeichert sind, vorgegeben und durch interpolierte Geraden und Kreisbogen­ stücke zwischen den Punkten ergänzt ist. Der Roboter arbei­ tet zunächst als Programm nur ein grob angenähertes Vorpro­ gramm mit einem Meßfühler an der Stelle seines Werkzeuges ab, dabei wird der Meßfühler an einem die exakte Sollbahn aufweisenden Muster entlangbewegt. Dabei tastet der Meßfüh­ ler die Sollbahn ab und ermittelt diejenigen Abweichungen, die sich aus den von dem Fühler aufgenommenen Meßwerten gegenüber den entsprechenden Werten des grob angenäherten Vorprogrammes ergeben. Das Programm wird entsprechend diesen Abweichungen korrigiert, worauf der Rechner, dann wieder mit seinem Werkzeug versehen, gemäß dem korrigierten Programm betrieben wird.

Bei der Korrektur der Sollbahn gegenüber dem grob angenäher­ ten Vorprogramm müssen hierbei die maximal vorkommenden Abweichungen zwischen programmierter Bahn und Sollbahn noch im Meßbereich des Fühlers liegen. Bei dem Verfahren gemäß DE-PS 30 46 634 wird die Abweichung der Bewegungsbahn von der Geometrie des Werkstückes als Länge gemessen und abge­ speichert. Diese Daten dienen zur Korrektur des Bewegungs­ programmes. Um diese Kurve überhaupt erfassen und erstellen zu können, sind bei dem Gegenstand nach der DE-PS 30 46 643 zahlreiche Einzelpunkte erforderlich. Es erfolgt dabei nur eine Umrechnung der Werte von der Grob- auf die Sollkurve, das heißt, der absolute Fehler des Industrieroboters geht in die Sollkurve ein und dieser Fehler ist keineswegs vernach­ lässigbar klein. Weitere Nachteile des Gegenstandes der DE-PS 30 46 634 sind darin zu sehen, daß ein separater Taster Verwendung findet, was wiederum eine Fehlerquelle beinhaltet, wenn das Werkzeug in den Industrieroboter zum Bearbeiten verwandt wird. Ferner ist ein erheblicher rechner­ ischer Aufwand zum Messen, Speichern und Verarbeiten von Abweichungen der Bewegungsbahn gegenüber der Sollbahn zu leisten. Der zeitliche Aufwand zum Erstellen von Programmen ist vor allem beim Gußputzen und Entgraten, aber auch beim Bearbeiten von Werkstücken mit dem Industrieroboter ein erheblicher Kostenfaktor.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde ein für die Massenfertigung geeignetes, einfaches und preiswertes Verfahren zum halbautomatischen Programmieren eines Industrieroboters gemäß dem Gegenstand des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das insbesondere beim Erstel­ len von Arbeitsprogrammen für den Industrieroboter eine Zeitverkürzung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Vorteile der Erfindung werden nachstehend erläutert. Bei dem Programmieren des Industrieroboters wird eine grob vorprogrammierte Bewegungsbahn in einem Meßzyklus verfeinert und die Programmpunkte werden entsprechend der Sollkontur definiert. Dabei entsteht die genaue Bewegungsbahn bzw. wird abgespeichert, da die drei Punkte A, B und C der grob vorprogrammierten Bahn direkt auf der Kontur liegen und damit wirkliche Punkte der zu bearbeitenden Kontur darstellen. Taster und Werkzeug sind bei der vorliegenden Erfindung identisch und damit entfallen die Justierprobleme und die Fehlerquellen bei der Verwendung von zwei Teilen. Die Abweichung zwischen der grobvorprogrammierten Bahn und der abzutastenden Kontur werden dabei nicht explizit gemessen, sondern sofort ausgeregelt. Die Auslenkung des Werkzeuges aus einer vorgegebenen Nullstellung wird von einer Meßvorrichtung registriert. Eine Rückkopplung bewirkt, daß diese Auslenkung über eine Bewegung des Industrieroboters ausgeglichen wird. Das heißt, es ist keinerlei Umrechnung zwischen den Werten dieser beiden Bahnen erforderlich, sondern es werden beim Programmieren die wirklichen Punkte der Kontur angefahren, sofort ausgeregelt und dann im Rechner abgespeichert, wodurch Rechnerkapazität und erhebliche Rechnerzeit eingespart werden. Durch diese On-line-Regelung geht in das Programm auch nur die Wiederholgenauigkeit des Industrieroboters als Fehler ein und nicht die bei weitem schlechtere Absolutgenau­ igkeit des Industrieroboters. Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der abzutastenden Kontur werden gegenüber dem Stand der Technik auch bedeutend weniger Bahnpunkte benötigt. Da zum Beispiel nur bei Überschreiten eines bestimmten Auslenkungsbetrages des Werkzeugs von einer vorgegebenen Nullstellung von dem Meßsystem ein Auslösesignal zum Setzen eines Kurvenpunktes gegeben wird.

Für die Abweichung der vorprogrammierten Bahn von der Sollbahn gibt es in bezug auf die maximale Auslenkung des nachgiebig aufgehängten Werkzeugs keine Beschränkung. Das Meßsystem gibt dabei zwei Informationen ab, nämlich, die Auslenkung des Werkzeugs ist innerhalb eines Sollwertfen­ sters oder sie liegt außerhalb. Der Industrieroboter bewegt dabei das Werkzeug in Richtung Zielpunkt solange, als die Auslenkung innerhalb des Sollwertfensters liegt. Wird das Sollwertfenster dagegen verlassen, regelt der Industriero­ boter das Werkzeug wieder auf den Mittelpunkt des Sollwert­ fensters und die Bewegung in Richtung Zielpunkt wird fort­ gesetzt, wobei die Bewegungsrichtung nicht mehr parallel zur vorherigen Zielrichtung sein muß.

Zusätzlich kann durch die nachgiebige Lagerung des Werkzeu­ ges beim Bearbeiten eine unerlaubte Geometrie oder auch ein Grat an einem Werkstück als Abweichung von der Sollauslen­ kung registriert und das Programm entsprechend modifiziert fortgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Beispiel für ein nachgiebig gelagertes Werkzeug mit einstellbarer Anpreßkraft und Meßsystem,

Fig. 2 Konturbereiche an einem Werkstück,

Fig. 3a der Abtastvorgang,

Fig. 3b der Abtastvorgang bei äquidistanten Punktdefinitio­ nen,

Fig. 4 pendelndes Abtasten zum Erfassen der Werkzeugorien­ tierung,

Fig. 5 ein Industrieroboter-Arbeitsplatz mit einem Werk­ zeug nach Fig. 1 beim Abtasten an einem Werkstück.

In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Werkzeuges mit Weg­ meßsystem dargestellt. An der Grundplatte 1 ist hier über eine drehbare Lagerung 2 eine Frässpindel 3 befestigt. Der Druck­ luftzylinder 4 erzeugt eine frei einstellbare Anpreßkraft des Werkzeuges an das Werkstück. Mit dem Potentiometer 5 kann eine Auslenkung des Werkzeuges vom Sollwert gemessen werden.

In Fig. 2 ist ein Körper 9 gezeigt, dessen Kontur 6 mit dem Industrieroboter abgefahren werden soll. Hierzu müssen zu­ nächst konventionell die Punkte A, B und C angefahren und abgespeichert werden, bevor die Bahn automatisch abgetastet werden kann. Die Bahn zwischen A und B und zwischen B und C muß jeweils mit einer gewissen Toleranzbreite in einer Ebene liegen.

Der maximale Höhenunterschied Δ h der Kontur zwischen zwei Punkten ist dabei unabhängig vom Hub des nachgiebig gelagerten Werkzeuges, da beim Abtasten wie in Fig. 3 dargestellt bei einer gewissen Auslenkung des Werkzeuges der Industrierobo­ ter durch eine entsprechende Bewegung diese wieder auf den Sollwert bringt. Die Ausgleichsbewegung kann senkrecht zum Werkzeug oder raumfest nach oben oder in beliebiger Richtung erfolgen.

Dieses Signal "Auslenkung des Werkzeuges zu groß" kann gleich­ zeitig auch als Signal zum Setzen von Punkten verwendet wer­ den wie in Fig. 3a dargestellt. Mit Hilfe eines Taktgebers können äquidistante Stützpunkte erzeugt werden (Fig. 3b). Auch Kriterien für die Abhängigkeit des Signales zum Setzen von Punkten von der Geometrie sind möglich.

Beim Abfahren der Bahn durch den Industrieroboter zum Bearbei­ ten des Werkstückes können die gesetzten Punkte bei relativ geringen Genauigkeitsanforderungen und einem dichten Punkt­ raster mit Punkt-zu-Punkt-Steuerung angefahren werden. Bei größeren Anforderungen auch in Linear-, Zirkular- oder Parabel­ interpolation.

Die Orientierung des Werkzeuges kann sich entweder kontinuier­ lich von A nach B ändern, oder aber entsprechend einem einfa­ chen Kriterium automatisch immer in einem bestimmten Winkel zur Kontur ausgerichtet werden. Als Information kann hier dienen, ob das Werkzeug vor dem Setzen des Punktes nach oben oder nach unten ausgelenkt war, und wie dies bei den voranliegenden Punk­ ten gewesen ist. Eine andere Möglichkeit ist das Pendeln 11 um den Ort, an dem ein Punkt automatisch gesetzt werden soll, um die Steigung der Kontur zu ermitteln.

Claims (5)

1. Verfahren zum halbautomatischen Programmieren eines Indu­ strieroboters, wobei ein Werkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes längs einer komplexen Kontur bewegt wird, dabei wird der Industrieroboter zunächst derart grob vorprogram­ miert, daß Punkte festgelegt sind, die durch interpolierte Geraden- bzw. Kurvenstücke ergänzt sind, und mit einem ab­ tastenden Meßsystem, das mit dem Industrieroboterarm ver­ bunden ist, in einem Durchlauf entsprechend den grob vor­ programmierten Punkten die Kontur abgetastet wird und die Koordinaten der Kontur in den Speicher des Industrieroboters einschreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (3) am Industrieroboter nachgiebig (2) ge­ lagert ist und zur Abtastung an die Kontur des Werkstücks (9) angedrückt wird, und über das Meßsytem (5) die Abwei­ chung der Auslenkung des Werkzeuges von einem Sollwert re­ gistriert wird und der Industrieroboter dabei ständig so geregelt wird, daß anstatt der groben Bahn (7) die genauere Bewegungsbahn (10) erzeugt wird, und daß dazu die Werkzeugorientierung zwischen den grob vorprogrammier­ ten Punkten (A, B, C), die auf der Kontur liegen, durch eine Erfassung wenigstens einer der vorausgegangenen Ausgleichsbewegungen des Industrieroboters an die Werkstückkontur kontinuierlich angepaßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft durch Federn, Gummielemente oder ähnliches erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Überschreiten eines bestimmten Auslenkungsbe­ trages des Werkzeuges (3) von einer vorgegebenen Nullstellung aus gesehen von dem Meßsystem ein Auslöse­ signal zum Setzen eines Kurvenpunktes gegeben wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugorientierung durch Erfassen der nahen Umgebung (11) eines Punktes mittels einer pendelnden Bewegung an die Werkstückkontur angepaßt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück (9) von einem Industrieroboter gehandhabt wird, daß der Greifer nachgiebig gelagert ist und daß das Meßsystem (5) am Greifer angeordnet ist.