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Dokumentenidentifikation DE19918536A1 26.10.2000
Titel Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Hofstetter, Josef, 85088 Vohburg, DE;
Angermeier, Dieter, 85139 Wettstetten, DE;
Thiem, Susanne, Dipl.-Ing., 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 23.04.1999
DE-Aktenzeichen 19918536
Offenlegungstag 26.10.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.10.2000
IPC-Hauptklasse B25J 9/22
IPC-Nebenklasse G05B 19/42   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten und mit einem Werkzeug auszustattenden Roboter bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte (5) an einem Werkstück (4) mittels eines das Werkzeug simulierten Teach-Werkzeuges, wobei mit diesem die Arbeits- oder Bahnpunkte (5) aufgesucht und deren Position in die Steuerung des Roboters übergeben wird.
Nach der Erfindung ist das zu simulierende Werkzeug ein Laserstrahl (3), während die Vorrichtung u. a. aus einem an ein Werkzeugkopfgehäuse (1) ankoppelbaren und in x-, y- und z-Richtung einstellbaren Taststift (7) besteht, dessen Spitze (8) auf die Arbeitsfleckmittel (6) des Laserstrahles (3) positionierbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten und mit einem Werkzeug auszustattenden Roboters bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte an einem Werkstück mittels eines das Werkzeug simulierenden Teach-Werkzeuges, wobei mit diesem die Arbeits- oder Bahnpunkte aufgesucht und deren Position in die Steuerung des Roboters übergeben wird.

Eine solche Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters ist durch die DE 196 26 459 A1 bekannt geworden. Dabei werden die Arbeits- oder Bahnpunkte mit einem Handgerät aufgesucht, das ein oder mehrere Positionsmelder besitzt. Deren Lage wird von einer externen Vermessungskamera aufgenommen und gespeichert. Aus der Lage der Positionsmelder wird die Position der Arbeits- oder Bahnpunkte berechnet und in die Steuerung des Roboters übergeben. Das Handgerät wird in einer der Werkzeugorientierung entsprechenden Stellung an das Werkstück gehalten und ist dazu vorzugsweise zangenförmig ausgebildet. Die Zangen können dabei x- oder c-förmig sein, so daß mit dieser Gestaltung die Werkzeuge (z. B. Punktschweißzangen) des Roboters simuliert werden können.

Der Aufwand hinsichtlich Hardware und Software zur Realisierung eines solchen Teachvorganges ist enorm. U. a. muß eine Vermessungskamera aus drei linearen Kameraeinheiten bestehen, die einen festen Bezug zueinander haben. Die Vermessungskamera muß in der Lage sein, die Position des Handgerätes nach sechs Achsen aufzunehmen und optisch zu vermessen. Das Handgerät selbst sollte bevorzugt über mindestens drei Positionsmelder verfügen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Anwendungsspektrum der bekannten Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten Roboters einerseits zu erweitern und andererseits den Aufwand zur Realisierung eines solchen Teachvorganges zu minimieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung gelöst, die ausgehend von den Merkmalen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gemäß Kennzeichen dieses Patentanspruches ausgestaltet ist. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind mit den Unteransprüchen beansprucht.

Zwar ist aus der DE 197 27 957 A1 eine Lasermarkiervorrichtung bekannt, die eine Werkstückoberfläche mit einem Muster aus Zeichen, Figuren und/oder Symbolen durch eine Laserstrahlabtastung markiert. Um die Markierungspositionierung zu erleichtern, wird ein virtueller Markierungstest durchgeführt. In einem Ausführungsbeispiel tastet vor der tatsächlichen Markierung ein sichtbarer Führungsstrahl kontinuierlich und wiederholt die Werkstückoberfläche ab, um ein projiziertes Bild des Musters oder des Bereichs hiervon zu bilden. In einem anderen Ausführungsbeispiel werden vor der tatsächlichen Markierung durch eine visuelle Anzeige ein Bild des Musters und/oder des Bereiches und ein überwachtes Bild des Werkstückes von einer Monitorkamera überlagert.

Aus der JP 57-154389 A ist darüber hinaus eine Maschine zum Bearbeiten eines Werkstückes mittels eines eine Fokussiereinrichtung durchsetzenden Laserstrahles bekannt, dessen Lage mit Hilfe wenigstens eines steuerbaren Spiegels einstellbar ist. Zur Feststellung der Strahllage wird ein Teil des Laserstrahl mittels eines teildurchlässigen Spiegels ausgespiegelt. Der ausgespiegelte Strahl dient als Prüfstrahl und wird zu einem zweiten teildurchlässigen Spiegel gelenkt, der abseits des zur Werkstückbearbeitung dienenden Bearbeitungsstrahles angeordnet ist. Mittels weiterhin vorgesehener Detektoren und einer Rechnereinheit soll der Laserstrahl genau eingestellt werden und seine Lage ständig beibehalten können.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles und unter Bezugnahme auf die einzige Zeichnung näher erläutert.

In einem Werkzeugkopfgehäuse 1 eines Bearbeitungsroboters bekannter Bauart befindet sich eine im einzelnen hier nicht dargestellte aber vom grundlegenden Aufbau her ebenfalls bekannte Fokussierungsoptik 2, die von einem Laserstrahl 3 durchlaufen werden kann, der entsprechend gebündelt auf ein Werkstück 4, beispielsweise ein Metallblech, trifft. Dort soll der Laserstrahl 3 über einen auf der Basis eines zuvor erfolgten - Teachens - entsprechend angesteuerten Bewegungsablauf des Roboters sich entlang einer Bahnkurve 5 bewegen und beispielsweise eine Schweißnaht erstellen.

Während des Teachens des Roboters muß daher sichergestellt werden, daß das Werkzeugkopfgehäuse 1 eine Bahn beschreibt, die stets gewährleistet, daß später eine Arbeitsfleckmitte 6 (Fokuspunkt oder vorgegebene Defokussierung) des Laserstrahls 3 in x-, y- und z-Richtung dem Verlauf der Bahnkurve 5 folgt.

Um dies zu erreichen, wird für den Teachvorgang an das Werkzeugkopfgehäuse 1 eine Vorrichtung angesetzt, die den Laserstrahl 3 repräsentiert bzw. simuliert und am unteren Ende einen Taststift 7 besitzt, der so positioniert werden kann, daß seine Spitze 8 mit der Arbeitsfleckmitte 6 identisch ist.

Die Vorrichtung erlaubt eine Verstellung des Taststiftes 7 in x-, y- und z- Richtung und besitzt dabei folgenden Aufbau:

Der Taststift 7 ist in einem Taststiftgehäuse 9 aufgenommen und von einer in einer Ausnehmung 10 desselben eingesetzten Druckfeder 12 an seinem Boden 13 beaufschlagt. Über eine seitlich angreifende und in das Taststiftgehäuse 9 eingesetzte Arretierschraube 14 kann der Taststift 7 entgegen der Wirkung der Druckfeder 12 in einer gewünschten Position arretiert werden.

Ein gegenüberliegender Endbereich der Druckfeder 12 ist in einer Ausnehmung 15 eines Schlittens 16 einer Schwalbenschwanzführung 17 aufgenommen, während das Taststiftgehäuse 9 über einen angeschweißten (Schweißnaht 18) Flansch 19 mittels Befestigungsschrauben 20 mit dem Schlitten 16 verbunden ist.

Eine darauf aufsitzende Schlittenaufnahme 22 der Schwalbenschwanzführung 17 ist endseitig mit einer Stellradaufnahme 21 mit Stellrad 23 und zugeordneter Skala 24 versehen, wobei das Stellrad 23 mit einer Stellschraube 25 gekoppelt ist, die in eine Gewindebohrung 26 im Schlitten 16 eingreift. Damit ist in Grenzen (Anschläge 27, 28) der Schlitten 16 und somit das Taststiftgehäuse 9 gegenüber der Schlittenaufnahme 22 bewegbar (x- Richtung).

Über Befestigungsschrauben 29 ist die Schlittenaufnahme 22 mit einem Schlitten 30 einer weiteren Schwalbenschwanzführung 32 verbunden, die einen der erstgenannten Schwalbenschwanzführung 17 entsprechenden Aufbau (Stellradaufnahme 21, Schlittenaufnahme 22, Stellschraube 25, Gewindebohrung 26 usw.) aufweist und quer dazu (90°) ausgerichtet ist, wodurch es möglich wird, die von dieser Schwalbenschwanzführung 32aufgenommenen Einheiten (erste Schwalbenschwanzführung 17, Taststiftgehäuse 9) gemeinsam in y-Richtung (in die Zeichenebene hinein bzw. aus dieser heraus) zu bewegen. Die Schlittenaufnahme 22 der Schwalbenschwanzführung 32 ist mittels Befestigungsschrauben 34 an das Werkzeugkopfgehäuse 1 angeschlossen.

Mit der vorbeschriebenen Vorrichtung ist es nun möglich, den Laserstrahl 3 zu simulieren, so daß über die Spitze 8 des Taststiftes 7 stets ein unmittelbarer Bezug zur Arbeitsfleckmitte 6 des bei der eigentlichen Werkstückbearbeitung wirkenden Laserstrahls 3 herstellbar ist. Soll bei der späteren Bearbeitung der Fokuspunkt des Laserstrahles 3 "im Blech" oder oberhalb der Blechoberfläche liegen (Defokussierung), so kann diesbezüglich durch geringfügiges vertikales Bewegen und anschließendes Arretieren des Taststiftes 7 eine entsprechende Anpassung erreicht werden.

Zum Einstellen der Taststiftspitze 8 auf die Arbeitsfleckmitte 6 wird folgendermaßen vorgegangen:

Mittels der Schwalbenschwanzführungen 17, 32 wird das Taststiftgehäuse 9 so weit horizontal vom Werkzeugkopfgehäuse 1 wegbewegt, daß ein von der Fokussierungsoptik 2 bzw. einem darin angeordneten Kanal 35 ausgehender Laserstrahl frei nach unten austreten kann. Dieser Laserstrahl wird nun auf eine schräg gestellte (schiefe Ebene) Platte, z. B. eine eloxierte Aluminiumplatte, auftreffen lassen und gleichzeitig findet eine Horizontalbewegung des Werkzeugkopfgehäuses 1 durch Verfahren des Roboters statt. Durch die Schrägstellung der Platte ist an der Auftreffstelle des Laserstrahles erkennbar, bei welcher Position des Werkzeugkopfgehäuses 1 der Fokuspunkt exakt auf der Oberfläche der Platte zu liegen kommt. Dieser Auftreffpunkt ist dann gleichzeitig Orientierung für die danach zu erfolgende Einstellung der Schwalbenschwanzführungen 17, 32 bzw. des Taststiftes 7.

Soll für die Werkstückbearbeitung der Fokuspunkt exakt auf der durch die Werkstückoberfläche definierten Ebene liegen, so wird die Taststiftspitze 8 auf den Fokuspunkt eingestellt.

Soll auf der Werkstückoberfläche ein bestimmter Brennfleck-Durchmesser vorliegen, so ist aus der Strahlkaustik die dazu erforderliche Defokussierung (Verschiebung in z-Richtung) berechenbar und der Taststift 7 kann entsprechend eingestellt werden.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Teachen eines programmgesteuerten und mit einem Werkzeug auszustattenden Roboters bezüglich der Arbeits- oder Bahnpunkte an einem Werkstück mittels eines das Werkzeug simulierenden Teach-Werkzeuges, wobei mit diesem die Arbeits- oder Bahnpunkte aufgesucht und deren Position in die Steuerung des Roboters übergeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Teach-Werkzeug der Simulierung eines Laserstrahles (3) dient und zu diesem Zweck einen an ein Werkzeugkopfgehäuse (1) montierbaren, in x-, y- und z-Richtung verstellbaren Taststift (7) aufweist, dessen Spitze (8) auf die Arbeitsfleckmitte (8) des Laserstrahles (3) positionierbar ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift (7) vertikal beweglich von einem Taststiftgehäuse (9) aufgenommen wird, welches für eine Bewegung in x-Richtung von einer ersten Schwalbenschwanzführung (17) aufgenommen wird, die ihrerseits zum Zwecke einer Verstellung in y-Richtung von einer weiteren Schwalbenschwanzführung (32) aufgenommen wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststift (7) von einer in eine Ausnehmung (10) des Taststiftgehäuses (9) eingesetzten Druckfeder (12) beaufschlagbar und mittels einer Arretierschraube (14) feststellbar ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Taststiftgehäuse (9) mittels Befestigungsschrauben (20) mit einem Schütten (16) der ersten Schwalbenschwanzführung (17) verbunden ist, während deren Schlittenaufnahme (22) ebenfalls mittels Befestigungsschrauben (29) mit einem weiteren Schlitten (30) der weiteren Schwalbenschwanzführung (32) verbunden ist, deren Schlittenaufnahme (22) wiederum mittels Befestigungsschrauben (34) an das Werkzeugkopfgehäuse (1) angeschlossen ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlittenaufnahme (22) endseitig mit einer Stellradaufnahme (21) mit Stellrad (23) und Skala (24) versehen ist, wobei das Stellrad (23) mit einer Stellschraube (25) gekoppelt ist, die in eine Gewindebohrung (26) im Schlitten (16, 30) eingreift.






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