TWI814988B - 調整機器人臂之裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提及一裝置，包含具有一卡盤之一機器工具、一量測器件、一機器人臂以及一控制器件。卡盤可圍繞一卡盤軸旋轉。機器人臂於其自由端部處攜帶一抓取器件以用於接收一工件。量測器件具有二個感測器單元。借助於控制器件，可實施一自動調整方法。首先，控制機器人臂抓取一工件，隨後根據量測訊號將工件定位於感測器單元之量測位置之範圍內，使得工件軸與卡盤軸之間之傾斜及偏移之偏差處於一預定義容差範圍內。此程序至少於二個不同之旋轉位置實施，且若必要則迭代地重複。

Description

調整機器人臂之裝置及方法
本發明提及一種裝置，該裝置包含具有可圍繞一卡盤軸旋轉之一卡盤之一機器工具、具有二個感測器單元之一量測器件、具有一抓取裝置之一機器人臂及一控制器件。該裝置被配置成執行一種方法，以相對於機器工具之一座標系統調整具有抓取裝置之機器人臂。本發明亦提及一種參考機器工具之座標系統調整具有抓取裝置之機器人臂之方法。
已知具有一抓取裝置之機器人於機器工具中實施一自動工件變化。於常見機器人臂中，為執行一自動工件變化，其相對於機器工具之卡盤之精確定位可係成問題。根據卡盤之配置及工件之大小，為實施工件於卡盤中之無碰撞***，通常僅剩下一小遊隙（play）。一抓取器件於一機器人臂之自由端部處之位置取決於例如機器人臂之延伸。由於鉸鏈連接處之彈性及可達成之定位準確度，於以一鉸接或可樞轉方式彼此連接之機器人臂之各個臂區段之間，根據二個臂區段之間之扭結角度或延伸位置，會出現不同之載荷。若機器人臂相對於機器工具之座標系統於一個位置進行調整，則無法保證抓取器件亦可藉由機器人臂以足夠之準確度定位於機器工具之工作區域內之其他位置。
因此，可認為本發明之一目的係為於機器工具之卡盤中***或移除工件期間提高抓取器件之定位之準確度。
此目的藉由具有如請求項1所述之特徵之一裝置以及具有如請求項11所述之特徵之一方法來解決。
本發明裝置包含具有可圍繞一卡盤軸旋轉之一卡盤之一機器工具、具有二個感測器單元之一量測器件、具有一或多個抓取器件之一機器人臂及一控制器件。控制器件可係為機器人臂及/或機器工具控制之部件。機器人臂及機器工具可藉由一共同控制器件或單獨之控制器件來控制。量測器件之感測器單元與控制器件通訊連接，其中通訊連接可係為無線或有線的。
量測器件被配置成附接於卡盤處，使得具有感測器單元之量測器件可與卡盤一起圍繞卡盤軸旋轉。因此，具有量測器件之卡盤可圍繞卡盤軸移動至不同之旋轉位置。於附接條件下，量測器件之感測器單元沿著卡盤之卡盤軸被分配至不同量測位置。量測位置於卡盤軸之延伸方向上彼此以一定距離佈置。每一感測器單元於一個分配之量測位置處進行量測，且被配置成於相應之量測位置處量測一工件外表面距卡盤軸之一距離，且將闡述此距離之一量測訊號傳輸至控制器件。因此，一工件表面相對於卡盤軸之徑向位置可於每一量測位置處確定。
為相對於卡盤軸調整抓取器件，該裝置之控制器件被配置成自動執行隨後闡述之步驟，其中不需要一操作者之手動操作動作。
於一步驟a）中，控制抓取器件來抓取一工件。若機器人臂於其自由端部處包含多個且尤其是二個抓取器件，則每一抓取器件抓取一工件。
若機器人臂包含多個抓取器件，則抓取器件用於所提供之後續步驟中，並被配置用於將一工件***卡盤中。另選地，亦可對所有抓取器件執行後續步驟。
於一步驟b）中，控制抓取器件，以將工件定位於緊鄰卡盤之感測器單元之量測位置範圍內。於此位置，每一感測器單元產生一量測值或一量測訊號，該量測值或量測訊號指示位於量測位置處之工件外表面距卡盤軸之距離。
於一步驟c）中，基於感測器單元之量測訊號，控制機器人臂來定位工件。實施工件之定位，使得工件之工件軸與卡盤軸之間之偏差處於一預定義容差範圍內。例如，工件可係為一至少部分圓柱形工件，其中工件軸形成該至少一個圓柱形區段之縱向軸。工件之位置由工件軸距卡盤軸之距離以及工件軸相對於卡盤軸之傾斜來界定。目標係為相對於卡盤軸定位工件，使得工件軸盡可能與卡盤軸相對應，使得工件軸沿著卡盤軸延伸。
於此步驟c）中，卡盤與量測器件一起處於圍繞卡盤軸之一第一旋轉位置。於將量測器件佈置於卡盤處之後，可藉由卡盤或機器工具之控制來調整第一旋轉位置，或者可於第一旋轉位置將量測器件附接於卡盤處，使得可省略卡盤圍繞卡盤軸之一後續旋轉。
於步驟c）中將工件定位於第一旋轉位置之後，控制器件控制機器工具或卡盤，以起始卡盤圍繞卡盤軸旋轉至一第二旋轉位置（步驟d））。第二旋轉位置偏離第一旋轉位置。較佳地，卡盤於第一旋轉位置與第二旋轉位置之間旋轉約90°。於一實施例中，感測器單元於相對於卡盤軸徑向定向之一第一平面中於第一旋轉位置進行量測，且於相對於卡盤軸徑向定向之一第二平面中於第二旋轉位置進行量測。第一平面可係為一水平面，且第二平面可係為一垂直平面，或反之亦然。
於第二旋轉位置，控制器件首先基於量測訊號檢查工件之位置以得到工件軸與卡盤軸之間之偏差是否處於一預定義容差範圍內，且若不處於預定義容差範圍內，則控制器件控制機器人臂，以基於量測訊號於容差範圍內相對於卡盤軸定位工件（步驟e））。此步驟e）中之定位類似於步驟c）中之定位。同樣於步驟e）中，工件被定位成使得工件軸與卡盤軸之間之偏差處於一預定義容差範圍內。於步驟c）及步驟e）中，容差範圍可較佳為相同的。
由於工件分別定位於卡盤或量測器件之該二個不同旋轉位置，達成藉由鄰近卡盤之一抓取器件定位一工件之可重複準確度，使得隨後藉由工件與卡盤之間沿卡盤軸之一相對移動，使工件於卡盤中之無碰撞***成為可能。因此，較佳地僅移動卡盤，且工件相對於機器工具之靜止座標系統保持其位置。由於機器人臂或抓取器件之調整係於操作期間工件***之位置實施，因此慮及機器人臂之定位不準確性。機器人臂緊鄰卡盤相對於卡盤軸以高準確度進行調整，使得達成工件相對於卡盤軸之可重複定位準確度，且即使工件與卡盤之間僅剩下可用於***之一小遊隙，亦可避免一工件***一卡盤期間之碰撞。
於自卡盤移除一經加工工件期間，於抓取器件之定位不準確之情況下，可發生工件夾緊於卡盤中。於夾緊位置，經加工工件沿卡盤軸精確對準，且機器人臂可用抓取器件抓取經加工工件。隨後，藉由於抓取器件與卡盤之間沿著卡盤軸之相對移動、較佳地僅藉由卡盤之移動，可自卡盤移除經加工工件。
若控制器件被配置成於步驟e）之後執行以下步驟係為有利的：步驟f）：控制機器工具或卡盤，以將卡盤及佈置於其上之量測器件旋轉出第二旋轉位置而處於第一旋轉位置；以及步驟g）：基於量測訊號檢查工件之位置，即工件軸與卡盤軸之間之偏差是否處於預定義容差範圍內，且若不處於預定義容差範圍內，則控制機器人臂定位工件，使得工件軸與卡盤軸之間之偏差處於一預定義容差範圍內，其中卡盤及佈置於其上之量測器件處於圍繞卡盤軸之第一旋轉位置。
隨後，可重複步驟d）至步驟g）中之一或多個步驟。重複步驟d）至步驟g）中之一或多個步驟，直至於二個旋轉位置皆符合預定義容差範圍。可需要此種重複，乃因由於工件於一個旋轉位置之定位，繼而工件於相應另一旋轉位置之位置亦受影響。因此，有利的於步驟e）之後再次調整第一旋轉位置，且繼續進行該方法，至少只要於卡盤旋轉至第一旋轉位置或第二旋轉位置之後，不再需要改變工件之位置即可。
另外有利的是若控制器件被配置成於步驟c）、e）及g）中定位工件期間控制機器人臂，使得首先將工件軸平行於卡盤軸定向於預定義容差範圍內，隨後實施正交於工件軸移動工件，直至工件軸與卡盤軸之間之距離於二個量測位置處皆處於容差範圍內。此距離由量測位置處之相應量測訊號表徵。換言之，於步驟c）、e）及g）中，工件首先相對於卡盤軸傾斜對準，隨後平行於卡盤軸移動並居中。因此，步驟c）、e）及g）中工件之定位較佳為兩個階段。
若控制器件被配置成根據一工件直徑及/或抓取器件於工件處之抓取位置來控制機器人臂定位工件，則係為較佳的。工件直徑及/或抓取位置可直接預定義至控制器件，例如經由機器工具之一使用者介面，或者藉由一或多個其他參數間接預定義。該至少一個參數可手動輸入或者可自動偵測。抓取位置特別闡述抓取器件接合工件之位置與工件之一或二個自由端部之間之距離。
感測器單元可被配置成觸覺操作感測器單元，且例如由一相應針盤量規形成。另選地，亦可使用非接觸操作感測器單元，例如光學及/或電磁距離感測器。
本發明方法可於使用前述裝置之一個實施例之情況下實施。另選地或另外，一或多個步驟亦可藉由另選之構件或器件來實施。本發明方法包含以下步驟：
首先，將量測器件附接至卡盤，使得感測器單元可於沿著卡盤軸之不同量測位置處進行量測。量測器件附接於卡盤處，使得量測器件可與卡盤一起圍繞卡盤軸共同旋轉。量測器件之附接可於卡盤之第一旋轉位置實施，或者於附接量測器件之後，卡盤可圍繞卡盤軸旋轉至第一旋轉位置。
借助於機器人臂或其抓取器件來抓取一工件。移動機器人臂，使得抓取器件將工件定位於鄰近卡盤之感測器單元之量測位置範圍內，使得每一感測器單元可於相應量測位置處偵測一量測值。然後，藉由根據感測器單元之量測訊號移動抓取器件或機器人臂來定位工件。於定位期間，工件軸相對於卡盤軸傾斜，且對工件軸距卡盤軸之距離進行調整，使得其符合一預定義容差範圍。
隨後，將卡盤移出第一旋轉位置並移動至第二旋轉位置，較佳地約90°。於第二旋轉位置，檢查工件之位置，即工件軸與卡盤軸之間之偏差是否處於一預定義容差範圍內，且若不處於預定義容差範圍內，則類似於第一旋轉位置之過程，將工件定位成使得工件軸相對於卡盤軸被定位於一預定義容差範圍（傾斜及距離）內。
檢查並根據需要將第一旋轉位置之工件定位於第二旋轉位置處可重複實施，直至確定出於卡盤自第一旋轉位置旋轉至第二旋轉位置或自第一旋轉位置旋轉至第二旋轉位置之後不再需要改變工件之位置以符合容差範圍。
於第1圖中，高度示意性地示出一裝置15之一實施例之方框圖。具有可圍繞一卡盤軸S旋轉之一卡盤17之一機器工具16係為裝置15之一部分。根據實例，卡盤軸S水平定向，但亦可具有垂直或另一種任意定向。卡盤17被配置用於夾緊待加工之一工件18。工件18尤其係為一桿狀工件，其至少區段可係為圓柱形。對於隨後闡述之方法，具有恆定直徑之一圓柱形工件被用作一工件18。
機器工具16具有用於加工工件18之一工具19。根據該實例，機器工具16係為一研磨機、一侵蝕機或一組合式研磨及侵蝕機。工具19因此係為一研磨工具及/或一侵蝕工具。
借助於機器工具之一機器軸20，工具19及卡盤17可相對於彼此移動及定位。機器軸裝置20之線性軸及/或旋轉軸之數目可變化。一第一旋轉軸21用於圍繞卡盤軸S旋轉驅動卡盤17。根據該實例，一第二旋轉軸22用於圍繞一旋轉軸R樞轉或旋轉卡盤17，旋轉軸R係被定向成與卡盤軸S正交。此外，於實例性機器工具16中，存在相對於一機器基座24或一機器框架於x方向上移動卡盤17之一第一線性軸23、相對於機器基座24或機器框架於y方向上移動工具19之一第二線性軸25以及相對於一機器框架之機器基座24於z方向上移動工具19之一第三線性軸26。機器軸裝置20之機器軸之數目及堆疊可變化，且可根據機器工具來選擇。
機器軸裝置20係由一控制器件30控制。
一機器人臂31係為裝置15之一部分，於機器人臂31之自由端部處設置有至少一個抓取器件32。於第1圖所示之實施例中，機器人臂31具有二個抓取器件32，使得待加工之一工件18以及一完全加工之工件18a可同時被抓取。例如，機器人臂31被配置成自一託盤取出仍待加工之一工件18，以將其運送至卡盤17，首先自其中移除先前加工之工件18a，並***隨後待加工之工件18。然後，可將被移除之完全加工之工件18a儲存於另一託盤中。因此，機器人臂31可執行一自動工件交換。於自動工件交換期間，待***之工件18沿著卡盤軸定位，或者抓取夾緊之經加工工件18a。根據該實例，於***或移除期間卡盤17與工件18、18a之間之相對移動僅由卡盤17執行，而機器人臂31之抓取器件32保持工件18、18a而不存在一主動自身移動。根據該實例，機器人臂31由控制器件30控制。因此，控制器件30可係為機器工具16及機器人臂31之上級控制。控制器件30可於控制機器人臂31及/或機器工具16中整合成硬體及/或軟體。
裝置15更包含一量測器件36。量測器件36具有一保持器件37，借助於保持器件37，量測器件36可附接至卡盤17。於卡盤17處之保持器件37之附接條件下，量測器件36與卡盤17一起圍繞卡盤軸共同旋轉，如同第一旋轉軸21被驅動般。根據該實例，保持器件37具有環繞卡盤27之一區段之一環38，且可藉由一可釋放連接、特別是一螺紋連接，固定於卡盤處。若保持器件37附接於卡盤17處，則保持器件37之一懸臂39自環38延伸，環38包含實質上平行於卡盤軸S延伸之一區段40。
於懸臂39處且根據該實例，於保持器件37之區段40處，佈置有二個感測器單元41。每一感測器單元41被配置成分別於一分配之量測位置M1、M2（第2圖）偵測一量測訊號，該量測訊號表徵面向感測器單元41之一工件表面距卡盤軸S之一距離。於該實施例中，感測器單元41被配置成觸覺感測感測器單元，且根據該實例分別由一針盤量規42形成。每一針盤量規42之觸針或觸覺體於量測一工件18期間鄰接於其工件外表面處，且提供一相應之量測值。每一感測器單元41與控制器件30通訊連接。根據於分配之量測位置M1、M2處偵測之量測值，每一感測器單元41分別產生一量測訊號S1或S2，量測訊號S1或S2被傳輸至控制器件30（第1圖）。於該實施例中，感測器單元41以無線通訊方式與控制器件30耦合。通訊連接可另選地係為分區段或者完全有線的。
如第1圖中進一步示意性示出，裝置15及較佳地機器工具16包含一使用者介面45。經由使用者介面45，一使用者可輸入資訊，或者控制器件30可為使用者輸出資訊。使用者介面45可包含眾所習知之構件，例如一監視器、一鍵盤、一觸敏螢幕、一觸敏區域、一電腦滑鼠等。
若卡盤17處於一工件交換位置，則借助於量測器件36相對於卡盤17調整機器人臂31。於此工件交換位置，被配置或用於***待加工之一新工件18之抓取器件32相對於卡盤軸S進行定位或調整，使得待加工之工件18可無碰撞地***卡盤17中。機器人臂31之調整藉由隨後闡述之方法來實施，該方法可實質上由控制器件30自動執行。
如第2圖所示，首先將量測器件36附接於卡盤17處。該二個感測器單元41之第一量測位置M1與第二量測位置M2沿卡盤軸S彼此以一定距離佈置。該二個感測器單元41或針盤量規42正交於或徑向於卡盤軸S進行量測。為準備機器人臂31之調整方法，對感測器單元41進行調整或校準，乃因一工件18被夾緊於卡盤17中，因此卡盤17相對於卡盤軸S具有一理想定向。感測器單元41或針盤量規42被分別調整至一參考值，例如零。第一量測位置M1處之量測值由第一量測訊號S1表徵，且第二量測位置M2處之量測值由第二量測訊號S2表徵，其中量測訊號S1、S2被傳輸至控制器件30，控制器件30可經由使用者介面45輸出量測值。量測器件36之此種校準或初始化如第3圖所示。作為一選項，卡盤17可與量測器件36一起佈置於圍繞卡盤軸S之一或多個旋轉位置，以檢查感測器單元41之經校準參考值是否亦可保持於不同旋轉位置——至少達到一可容許偏差。
於校準量測器件36之後，自卡盤17移除工件18，且隨後之方法可手動實施或由控制器件30自動實施。
首先，將卡盤17與量測器件36共同移動至一第一旋轉位置A，如第4圖至第8圖所示。於第一旋轉位置A，感測器單元41於徑向於卡盤軸S之一第一平面E1中進行量測，根據該實例，第一平面E1實質上水平定向。
於卡盤17及量測器件36圍繞卡盤軸S之此第一旋轉位置A，然後借助於一機器人臂31，將由抓取器件32保持之工件18定位於量測位置M1、M2之區域中，且根據該實例，與針盤量規42之觸覺體或觸針接觸。工件18之定位目標係為於一圓柱形工件之情況下，盡可能準確地沿著卡盤軸S佈置對應於縱向軸之一工件軸W，使得符合一預定義容差範圍。
如第6圖所示，該二個感測器單元41將其各自之量測訊號S1、S2傳輸至控制器件30。控制器件30評價量測訊號S1、S2，且控制具有抓取器件32之機器人臂31，以達成工件18之期望定位。首先，將抓取器件32以及工件18及工件軸W定向成使得工件軸W平行於卡盤軸S被定向於可容許容差範圍內（第7圖）。若二個感測器單元41偵測到實質上相同之量測值，則於工件軸W與卡盤軸S之間達成足夠之平行度，乃因根據該實例，工件18係為圓柱形的。該二個感測器單元41之間之量測值必須僅於容許之容差範圍內彼此偏離。
於工件軸W與卡盤軸S平行對準之後，工件18正交於卡盤軸S移動，直至工件軸W盡可能地與卡盤軸S重合，其中若符合一可容許容差範圍，則此處其亦係為足夠的。若由抓取器件32保持之工件18包含與用於校準量測器件36之工件18相同之尺寸且特別是相同之直徑（第3圖），則於理想情況下，於該二個量測位置M1、M2之相應量測值對應於經校準參考值。若由抓取器件32保持之工件18之工件直徑偏離工件18之直徑，則當前使用之工件18之直徑可為控制器件30預定義，使得若工件軸W沿著卡盤軸S定位（第8圖），則可計算感測器單元41必需偵測之量測值。
於工件18以足夠準確度定位於第一旋轉位置A後，控制器件30起始卡盤17與量測器件36圍繞卡盤軸S之旋轉以處於第二旋轉位置B，如第9圖及第10圖所示。由機器人臂31之抓取器件32保持之工件18於先前到達第一旋轉位置A之位置保持不變。
如自第9圖及第10圖顯而易見的，第一旋轉位置A與第二旋轉位置B相對於彼此偏移約90°。於第二旋轉位置B，感測器單元41於第二平面E2中進行量測，第二平面E2徑向於卡盤軸S定向且實質上正交於第一平面E1定向。第二平面E2可係為例如一垂直平面。
於第二旋轉位置B，由感測器訊號S1、S2表徵之感測器單元41於第一量測位置M1及第二量測位置M2之量測值係由控制器件30評價。若工件18沒有定位於以卡盤軸S為參考之預定義容差範圍內，且例如具有太大之偏移或者太大之傾斜，則如第6圖至第8圖所示實施抓取器件32之移動，且參考第一旋轉位置A進行解釋，直至第二旋轉位置B中之量測值處於預定義容差範圍內。
若工件18於第二旋轉位置B之位置已再次改變，則控制器件30起始量測器件36移動返回第一旋轉位置A，且於第一旋轉位置A再次評價量測值。若需要則此處亦移動工件18，且若需要則再次定位工件18，以符合預定義容差範圍。
若量測器件36處於第一旋轉位置A或第二旋轉位置B，則工件18之定位繼續，只要於量測器件36移動至一相應旋轉位置A或B之後，確定不再需要借助於機器人臂31移動工件18來符合預定義容差範圍即可。然後，工件18充分精確地定位於量測器件36之二個旋轉位置A、B，使得工件軸W沿著卡盤軸S以足夠準確度進行佈置。然後，機器人臂31之調整方法完成。
若機器人臂31於其自由端部處包含二個抓取器件32，根據該實例，於二個抓取器件32中，若用於***待加工之工件18之抓取器件32如上所述沿著卡盤軸S調整，若卡盤17處於工件交換位置，則分別抓取一個工件18。因此，會避免由於不同載荷或重力而產生偏差。由於首先由第二抓取器件移除完全加工之工件18a，且僅隨後將待加工之工件18***卡盤17中，使得於***期間，一相應更高之載荷或重力作用於機器人臂31之自由端部上，因此於調整期間自動慮及該載荷或重力。
若工件之重量彼此偏離，則必須對具有更高或更低重量之另一種類型之工件再次實施調整方法，或者控制器件30根據工件之重量差計算校正值，使得工件***卡盤17中之位置亦可對於具有不同重量之不同類型之工件以足夠之準確度保持。
由於感測器單元41與控制器件30通訊耦合，且傳輸相應量測訊號S1、S2，因此可自動實施調整方法。若工件18及量測器件36之第一旋轉位置A或第二旋轉位置B之定位已達到足夠之準確度，則亦可由一使用者手動執行該等方法步驟，乃因其經由使用者界面45或直接經由感測器單元41指示。工件18借助於機器人臂31之定位可藉由相應之使用者輸入來校正。
本發明提及一種裝置15，裝置15包含具有一卡盤17之一機器工具16、一量測器件36、一機器人臂31以及一控制器件30。卡盤17可圍繞一卡盤軸S旋轉。機器人臂31於其自由端部處攜帶用於接收一工件18之一抓取器件32。量測器件36具有二個感測器單元41。量測器件36被配置成附接於卡盤17處，使得其可與卡盤17一起圍繞卡盤軸S共同旋轉。感測器單元41沿著卡盤軸S被分配至不同之量測位置M1、M2，且可量測工件18之量測位置M1或M2處之一工件外表面距卡盤軸S之一距離，且產生分別闡述此距離之量測訊號S1或S2，並且可將量測訊號S1、S2傳輸至控制器件30。借助於控制器件30，可實施一自動調整方法。首先，控制機器人臂31抓取一工件18，隨後將工件18定位於量測位置M2 M1之區域中。藉由基於量測訊號S1、S2控制機器人臂31來實施定位，直至工件軸W與卡盤軸S之間之傾斜及偏移之偏差處於一預定容差範圍內。此程序至少於二個不同之旋轉位置A、B中實施，且若需要，則迭代地重複。
15:裝置 16:機器工具 17:卡盤 18:工件 18a:完全加工之工件 19:工具 20:機器軸/機器軸裝置 21:第一旋轉軸 22:第二旋轉軸 23:第一線性軸 24:機器基座 25:第二線性軸 26:第三線性軸 30:控制器件 31:機器人臂 32:抓取器件 36:量測器件 37:保持器件 38:環 39:懸臂 40:區段 41:感測器單元 42:針盤量規 45:使用者介面 A:第一旋轉位置/旋轉位置 B:第二旋轉位置/旋轉位置 E1:第一平面 E2:第二平面 M1:量測位置/第一量測位置 M2:量測位置/第二量測位置 R:旋轉軸 S:卡盤軸 S1:量測訊號/感測器訊號/第一量測訊號 S2:量測訊號/感測器訊號/第二量測訊號 W:工件軸 x、y、z:方向
本發明之有利實施例源自屬請求項、說明書及圖式。於下文中，基於附圖詳細解釋本發明之較佳實施例。圖式示出：
第1圖係為包含一機器工具、一量測器件、一機器人臂及一控制器件之一裝置之一實施例之方框圖。
第2圖係為上面佈置有一量測器件之第1圖之機器工具之卡盤之圖示。
第3圖係為借助於卡盤中夾緊之一工件來調整第2圖之量測器件之感測器單元。
第4圖及第5圖係為處於第一旋轉位置之其上佈置有量測器件之卡盤。
第6圖至第8圖係為由鄰近卡盤之第1圖所示機器人臂之一抓取器件保持之一工件相對於卡盤之一卡盤軸之定位。
第9圖及第10圖係為處於圍繞卡盤軸之一第二旋轉位置之具有所佈置之量測器件之卡盤。
無
15:裝置
16:機器工具
17:卡盤
18:工件
18a:完全加工之工件
19:工具
20:機器軸/機器軸裝置
21:第一旋轉軸
22:第二旋轉軸
23:第一線性軸
24:機器基座
25:第二線性軸
26:第三線性軸
30:控制器件
31:機器人臂
32:抓取器件
36:量測器件
37:保持器件
38:環
39:懸臂
40:區段
41:感測器單元
42:針盤量規
45:使用者介面
R:旋轉軸
S:卡盤軸
S1:量測訊號/感測器訊號/第一量測訊號
S2:量測訊號/感測器訊號/第二量測訊號
x、y、z:方向

Claims (11)

  1. 一種調整裝置(15)，包含具有能夠圍繞一卡盤軸(S)旋轉之一卡盤(17)之一機器工具(16)、具有二個感測器單元(41)之一量測器件(36)、具有一抓取器件(32)之一機器人臂(31)及一控制器件(30)，其中該量測器件(36)被配置成附接至該卡盤(17)，使得該二個感測器單元(41)沿著該卡盤(17)之該卡盤軸(S)被分配至不同量測位置(M1、M2)，其中各該感測器單元(41)被配置成量測一工件(18)之工件外表面距該卡盤軸(S)之一距離，且將表徵該距離之一量測訊號(S1、S2)傳輸至該控制器件(30)，且其中該控制器件(30)被配置成實施以下運作：a)控制該機器人臂(31)抓取該工件(18)，b)控制該機器人臂(31)將該工件(18)定位於鄰近該卡盤(17)之該等感測器單元(41)之該等量測位置(M1、M2)範圍內，c)基於該等量測訊號(S1，S2)控制該機器人臂(31)定位該工件(18)，使得該工件(18)之一工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之偏差處於一預定義容差範圍內，其中該卡盤(17)及附接於其上之該量測器件(36)處於圍繞該卡盤軸(S)之一第一旋轉位置(A)，d)控制該機器工具(16)圍繞該卡盤軸(S)將該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)旋轉至與該第一旋轉位置(A)不同之一第二旋轉位置(B)，以及e)基於該等量測訊號(S1、S2)檢查該工件(18)之位置，即該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該偏差是否處於該預定義容差範圍內，且若不處於該預定義容差範圍內，則控制該機器人臂(31)定位該工件(18)，使得該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該偏差處於該預定義容差範圍內，其中該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)處於圍繞該卡盤軸(S)之該第二旋轉位置(B)。
  2. 如請求項1所述之調整裝置，其中該控制器件(30)被配置成於運作e)之後實施以下運作：f)控制該機器工具(16)圍繞該卡盤軸(S)將該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)旋轉至該第一旋轉位置(A)，且g)基於該等量測訊號(S1、S2)檢查該工件(18)之該位置，即該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該偏差是否處於該預定義容差範圍內，若不處於該預定義容差範圍內，則控制該機器人臂(31)定位該工件(18)，使得該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該偏差處於該預定義容差範圍內，其中該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)處於圍繞該卡盤軸(S)之該第一旋轉位置(A)。
  3. 如請求項2所述之調整裝置，其中該控制器件(30)被配置成重複至少該運作d)至該運作g)，直至該工件(18)相對於該卡盤軸(S)之該位置足夠準確，使得該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該偏差於該第一旋轉位置(A)及該第二旋轉位置(B)處於該預定義容差範圍內。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之調整裝置，其中該控制器件(30)被配置成於該等運作c)、e)及g)中定位該工件(18)期間控制該機器人臂(31)，使得首先將該工件軸(W)於該預定義容差範圍內平行於該卡盤軸(S)定向，且隨後正交於該卡盤軸(S)移動該工件(18)，直至該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該距離於該二個量測位置(M1、M2)處皆處於該容差範圍內。
  5. 如請求項1至3中任一項所述之調整裝置，其中該控制器件(30)被配置成根據一工件直徑及/或該抓取器件(32)於該工件(18)處之一抓取位置來控制該機器人臂(31)定位該工件(18)。
  6. 如請求項1至3中任一項所述之調整裝置，其中該等感測器單元(41)被配置成觸覺操作感測器單元(41)。
  7. 如請求項6所述之調整裝置，其中各該感測器單元(41)由一針盤量規(42)形成。
  8. 如請求項1至3中任一項所述之調整裝置，其中該等感測器單元(41)以無線通訊方式與該控制器件(30)耦合。
  9. 如請求項1至3中任一項所述之調整裝置，其中該機器人臂(31)包含二個抓取器件(32)。
  10. 如請求項9所述之調整裝置，其中，於運作a)中，該機器人臂(31)分別利用各該抓取器件(32)抓取一個工件(18、18a)。
  11. 一種藉由使用具有二個感測器單元(41)之一量測器件(36)相對於能夠圍繞一機器工具(16)之一卡盤軸(S)旋轉之一卡盤(17)調整具有一抓取器件(32)之一機器人臂(31)之方法，包含以下步驟：- 將該量測器件(36)附接於該卡盤(17)處，使得該二個感測器單元(41)沿著該卡盤(17)之該卡盤軸(S)被分配至不同量測位置(M1、M2)，- 用該機器人臂(31)之該抓取器件(32)抓取一工件(18)，- 移動該機器人臂(31)，使得該工件(18)定位於鄰近該卡盤(17)之該等感測器單元(41)之該等量測位置(M1、M2)之範圍內，- 藉由基於該等感測器單元(41)之量測值移動該抓取器件(32)來定位該工件(18)，使得該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之偏差處於一預定義容差範圍內，其中該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)處於圍繞該卡盤軸(S)之一第一旋轉位置(A)，-圍繞該卡盤軸(S)將該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)旋轉至與該第一旋轉位置(A)不同之一第二旋轉位置(B)，以及- 基於該等感測器單元(41)之該等量測值檢查該工件(18)之位置，即該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之該偏差是否於該預定義容差範圍內，且若不處 於該預定義容差範圍內，則定位該工件(18)使得該工件軸(W)與該卡盤軸(S)之間之該偏差處於該預定義容差範圍內，其中該卡盤(17)及佈置於其上之該量測器件(36)處於圍繞該卡盤軸(S)之該第二旋轉位置(B)。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116175256B (zh) * 2023-04-04 2024-04-30 杭州纳志机器人科技有限公司 一种推车式机器人上下料自动定位方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7469484B2 (en) * 2002-12-11 2008-12-30 Ingeborg Marquart Device and method for the centrally tightening rotatingly drivable parts
CN107363838A (zh) * 2016-05-11 2017-11-21 大隈株式会社 机床

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5108117A (en) * 1990-11-28 1992-04-28 Bryant Grinder Corporation Workpart chuck positioning mechanism with independent shoes
DE19641494A1 (de) * 1996-10-09 1998-04-23 Krauss Maffei Ag Maschine zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken
JP5465922B2 (ja) * 2009-05-15 2014-04-09 Ｄｍｇ森精機株式会社 加工方法及び加工システム
DE102009053874A1 (de) * 2009-11-20 2011-05-26 Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg Roboter zur automatischen 3D-Vermessung und Verfahren
DE102012110673B4 (de) * 2012-11-07 2014-05-15 Fritz Studer Ag Werkzeugmaschine und Verfahren zur Vermessung eines Werkstücks
JP2015080816A (ja) * 2013-10-21 2015-04-27 株式会社近藤製作所 ワーク搬送装置
DE102013018654A1 (de) * 2013-10-30 2015-04-30 Jenoptik Automatisierungstechnik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Detektion und zur Korrektur einer räumlichen Lage eines in einer Positionierungseinrichtung gehaltenen Werkstücks
JP6434446B2 (ja) * 2016-04-28 2018-12-05 ファナック株式会社 加工システム
US11453122B2 (en) * 2018-03-28 2022-09-27 Bae Systems Plc Collaborative robot system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7469484B2 (en) * 2002-12-11 2008-12-30 Ingeborg Marquart Device and method for the centrally tightening rotatingly drivable parts
CN107363838A (zh) * 2016-05-11 2017-11-21 大隈株式会社 机床

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