DE3314089A1

DE3314089A1 - Messanordnung zur identifizierung der lage eines punktes

Info

Publication number: DE3314089A1
Application number: DE19833314089
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: SETUP SENSORTECHNIK und PROZES
Current assignee: SETUP SENSORTECHNIK und PROZES
Priority date: 1983-04-19
Filing date: 1983-04-19
Publication date: 1984-10-25
Also published as: DE3314089C2

Description

Meßanordnung zur Identifizierung der Lage eines Punktes Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1, deren Merkmale aus der analytischen Geometrie bekannt sind. Wenn also diesem Nullpunkt eines Eoordinstensystems eine tangentiale Fläche zugeordnet wird, besteht eine geometrische Beziehung zwischen dieser Anordnung und jedem anderen Punkt innerhalb und ausserhalb des definierten Koordinatensystems0 Systeme mit mehr als drei Freiheitsgraden kommen bei den Endstücken, insbesondere bei Greifköpfen, von Handhabungsgeräten vor, die zum Aufnehmen oder Abgeben von Gegenständen oder zur programmierten Durchführung von Fertigungsschritten eingerichtet sind. Bei diesen Geräten, die auch als Industrieroboter bezeichnet werden, sind Prüfmittel notwendig, die es erlauben, die Positioniergenauigkeit im Zusammenhang mit einer eindeutigen Referenzpunktbestimmung des gesamten Handhabungssystems zu bestimmen und zu überprüfen. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Meßanordnung zu schaffen, mit der eine derartige Bestimmung und Prüfung mit der erforderlichen Genauigkeit durchgeführt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiterbildungen der Erfindung enthalten die Ansprüche 2 bis 10. Bei dieser Meßanordnung, bei der ddr Nullpunkt der durchdie Lichtstrahlen der Sendedioden definierten Koordinaten durch die Kegelachse geht, muß bei der praktischen Anwendung der Meßkäfig in eine solche Lage gebracht werden, daß der für das Handhabungsgerät gewählte Referenzpunkt auch durch die Kegelachse geht.
Die erfindungsgemäße Meßanordnung gestattet die Durchführung der nachfolgend aufgeführten Arbeiten und Prüfungen an Handhabungsgeräten: Untersuchung der Eigenschaften von Prototypen z.B. von Industrierobotern, Abnahme von mehrachsigen kqnematischen Geräten beim Hersteller, eindeutige Referenzpunkt-Pestlegung der Gesamtkinematik von entsprechenden Geräten beim Hersteller oder Anwender, Abnahme von Handhabungsgeräten am Aufstellungsort, Überprüfen der Geräte nach längerer Betriebszeit einschließlich Fehlersuche beim Anwender, F ehlerkompensation nach Komponenten- oder Systemtausch.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung ton Sende- und Empfängerdioden und Figur 2 eine vereinfachte Darstellung einer Meßanordnung.
In der Prinzipdarstellung der Figur 1 senden drei Sendedioden 1, die räumlich gleichmäßig soneinander angeordnet sind, je einen Lichtstrahl 2«auf jeweils gegenüberliegend angebrachte Empfängerdioden 3. Die Lichtstrahlen 2 sind durch Linsen 4 so fokussiert, daß sie auf den Empfängerdioden 3 einen scharf begrenzten Lichtpunkt 5 erzeugens Die Empfängerdiode 3 eist eine senkrecht zum Lichtstrahl 2 angeordnete Speicherfläche 6 auf. Im Ruhezustand der Anordnung ist der Lichtpunkt 5 in der Mitte der Fläche 6, die Nullpunkt eines gedachten Koordinatensystems mit der Abszisse x und der Ordinate y ist0 Die Bestimmung des Ortes des Lichtpunktes 5 im Koordinatensystem kann zOB. so durchgeführt werden, daß der Stromverlauf über die Fläche 6 gemessen und integriert wird, wodurch eine Schvrerpunktsbestimmung der Ausleuchtung erfolgte In der vereinfacht dargestellten praktischen Ausführungsforn einer Meßanordnung 10 sind drei Sendedioden 1 auf dem Mantel eines Meßkegels 11, der einen Kegelwinkel von 90° aufweist, so angeordnet, aa3iauf 4 einer zu der Grundfläche des Kegels 11 parallelen Ebene 11a in gleichen Abständen liegen. Die Achsen der Senddioden 1 treffern sich dabei in einem Punkt 11b auf der Kegelachse 11c. Gegenüber den Sendedioden 1 sind die Empfängerdioden 3 an einem Meßkäfig 12 angebracht, der den Meßkegel 11 umschließt. Der Meßkegel 11 wird durch sowohl am eßkäfig 12 als auch am Meßkegel 11 befestigte, die Senddioden 1 und die Empfängerdioden 3 umhüllende, Federbälge 13 elastisch in an,nähender Nulllage gehalten. In der Gesamtdarstellung der Meßanordnung 10 in der Figur 2 ist eine der Meßkomponenten, bestehend aus der Sendediode 1, Der Empfängerdiode 3 und dem Federbalg 13 der Anschaulichkeit halber um 600 versetzt dargestellt.
X einer kohärenten Lichtquelle - beispielsweise einer Laserlichtquelle - Die Meßanordnung wird von einem allseitig bewegbaren Handhabungsgerat 14 gehalten, das mit Greifern 15a einer Kupplung 15 einen hinteren Flansch lid des Meßkegels 11 umfaßt. Zur Vermeidung von Beschädigingen der Meßanordnung 10 beim automatischen Heranfahren der Greifer 15a an den Flansch lid ist an dem Meßkäfig 12 ein Schutzring 9 angesetzt, der mit einem Labyrinth zur Positionseinfädelung versehen ist und der bei Berührung durch den Greifer 15a eine Stromunterbrechung in der Steuerung des Handhabungsgerätes 14 veranlaßt. brenn nun bei der Überprüfung des i.et'erenzpunktes oder bei einer Rehlersuche in der Steuerung des Handhabungsgerätes 14 der Meßkegel 11 sich außerhalb der Nullage befindet, treffen die Lichtstrahlen 2 von einer oder mehreren Sendedioden 1 nicht mehr auf den Koordinatenmittelpunkt der Fläche 6 der zugehörigen Empfängerdioden 3. Es werden dann Signale von den Empfängerdioden 3 über Leitungen 16 zu einer Auswerteeinheit 17 übertragen und je Empfängerdiode 3 zu x-, y-Koordinaten entsprechend der Stellung des jeweiligen Lichtpunktes 5 auf der Fläche 6 umgewandelt (siehe auch Figur 1). Die ermittelten x-, y-Eoordinaten erden daraufhin an einen Auswerterechner 18 übertragen, der aus den durch die Koordinaten x und y gegebenen Ist zustand der Stellungen der Sendedioden 1 Translationavektoren für eine Koordinaten-Korrektur ermittelt and die Korrekturwerte über eine Leitung22 in eine Stauareinheit 21 eingibt, die die Kupplung 15 überein Leitung 23 und von dieser über mechanische Mittel zu einer Korrekturbewegung des ziteßkegels 11 veranlaßt. Dieser Korrekturvorgang wiederholt sich so oft, bis die exakte Nullage des Meßkegels 11 oder zumindestens ein vorgegeoenes ioleranzfeld um die Nullage erreicht ist.Die Sendedioden 1 können auch über eine in der Greiferkupplung 15 angeordnete kohärente Lichtquelle 20 gespeist werden.

Claims

Meßanordnung zur Identifizierung der Lage eines Punktes ~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ~~~~~~~ ~~~~~~~~~~~~~~~ Patentansprüche Meßanordnung zur Identifiezierung der Lage eines Punktes in einem System mit mehr als drei Freiheitsgraden, bei dem der Punkt Nullpunkt eines räumlichen kartesischen Koordinatensystems mit senkrecht aufeinander stehenden Koordinatentst, die in gleichen Abständen vom senkrecht zu ihnen angeordnete und auf einander senkrecht stehende Ebenen schneidet, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Xoordinaten durch gebündelte Strahlen (2) von auf einem Meßkegel (11) am Umfang gleichmäßig verteilte Sendedioden (1) und die Ebenen durch den Sendeuioden gegenüberliegende Empfängerdioden (3) gebildet sind.
2o Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkegel (11) einen Kegelwinkel von 900 aufweist und drei Sendedioden (1) am Kegelmantel auf einer zu der Grundfläche des Kegels parallelen Ebene (via) in gleichen Abständen angeordnet sind.
3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendedioden (1) z.B. aiis Laserdioden oder aus fokussiertem Licht, das von einer kohärenten Lichtquelle (20) über Lichtleiter gesendet wird, oder aus Lichtleiter-Optiken, die von einer kohärenten Lichtquelle gespeist erden, bestehen.
40 Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Emr,fängerdioden (3) an einem um den Meßkegel (11) herum angeordneten iteßkäfig (12) so angesetzt sind, daß im Ruhezustand der irfeLasnordslung (lo) jeweils die optische Achse einer Sendediode (1) durch den Mittelpunkt (5) der auf derselben Koordinate liegenden Empfängerdiode (3) geht.
5. Meßanordnung nach Anspruch 1' oder-4, dadurch gekennzeichnet, da,*, {i e Empfängerdioden (3) z.B. aus ieuadranten-, biatrix- oder Lateralefftdioden bestehen.
6. ießanordnung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzen'chnet, daß der Meßkegel (11) durch elastische Halterungen (13), die die jeweils einander gegenüberliegenden Sende- und Empfängerdioden (1 und 3) umhüllen, mit dem Meßkäfig (12) verbunden ist.
7. Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungen aus die jeweils gegenüberliegenden Sende- und Empfängerdioden (1 und 3) staub- und wasserdicht umschließenden Federbälgen (13) besteht.
8. Meßanordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein an dem Meßkegel (11) angebrachter Flansch (11d) mit einer Kupplung und/oder mit Greifern (15a) eines mehrachsigen Handhabungsgerätes (14) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfängerdioden (3) mit-einer Auswerteeinheit (17) verbunden sin, in der jeweiligen durch das Handhabungsgerät verursachte Abweichungen der von den Sendedioden (1) ausgesandte Lichtstrahlen (2) von dem Nullpunkt (5) der Empfängerdioden (3) in x-, y-Koordinaten umgewandelt werden.
9. Meßanordnung nach Anspruch 8,dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (17) mit einem Rechner (18) verbunden ist, in der die ermittelten Abweichungen der x-, y-Koordinaten zu Korrekturen umgerechnet erden, die einer mehrachsigen Steuereinheit (21) des handhabungsgerätes (14) übertragen werden0 10o Meßanordnung nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßkäfig (12) an der dem Kegelflansch zugewandten Seite ein Schutzring (9) angebracht ist, der den Meßkäfig schützt und zur Positionierung des Greifers (15a) dient