DD257484A1 - Messanordnung zur ueberwachung und positionierung mehrgliedriger fuehrungsgetriebe, insbesondere gelenkroboter - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zur Ueberwachung und Positionierung mehrgliedriger Fuehrungsgetriebe, insbesondere Gelenkroboter, bei der ein an das Fuehrungsgetriebe gelenkig ankoppelbarer Messarm in einer Fuehrung laengsverschiebbar angeordnet ist. Die Fuehrung ist um eine die Laengsachse des Messarmes schneidende Achse schwenkbar. Ferner sind Messeinrichtungen zur Erfassung der Drehwinkel sowie der Laengsverschiebung des Messarmes vorgesehen. Ziel ist es, den Anwendungsbereich bekannter Kugelkoordinatenmessgeraete zu erweitern. Dabei sollen der Arbeitsraum des Fuehrungsgetriebes besser als bisher von dem Messraum der Messanordnung abgedeckt und Drifterscheinungen aller Gelenke der Fuehrungsgetriebe mit erfasst werden koennen. Erfindungsgemaess ist der Messarm der Messanordnung sowohl mit seiner Fuehrung als auch mit seinem am Fuehrungsgetriebe ankoppelbaren Ende kardanisch aufgehaengt. An dem mit dem Fuehrungsgetriebe verbundenen kardanischen Gelenk sind zur Erfassung der Drehwinkel dieses Gelenks Messeinrichtungen vorgesehen. Fig. 1

Description

werden. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Meßarm der Meßanordnung sowohl mit s'einer Führung als auch mit seinem am Führungsgetriebe ankoppelbaren Ende kardanisch aufgehängt ist. Dabei bildet die Führung den inneren Ring der kardanischen Aufhängung. In der Ausgangsstellung liegen die sich kreuzenden Achsen der kardanischen Aufhängung in der Horizontalebene. Sie bilden mit dem vertikal gestellten Meßarm ein räumliches karthesisches Koordinatensystem, das als Bezugssystem für die Messung der Lage von Bahnpunkten des Führungsgetriebes dient. Aus der Schwenkung des Meßarmes um beide horizontalen Achsen und der Verschiebung des Meßarmes in der Längsachse wird der aktuelle geometrische Ort des Koppelpunktes in Kugelkoordinaten gemessen und durch Transformation in das Koordinatensystem des Führungsgetriebes umgerechnet. Die Ankopplung des Meßarmes an das Führungsgetriebe erfolgt ebenfalls durch ein kardanisches Gelenk, das über eine Koppelscheibe und eine Magnetplatte mit einer Zentriereinrichtung am Greiferanschlußflansch des Handgelenks befestigt wird. '

An diesem kardanischen Koppelgelenk sind an den Achsen Drehwinkelgeber angeordnet, die die Drehung beider Handgelenkachsen erfassen, sowohl für Meßzwecke als auch zur Fehlerkorrektur bei Drtfterscheinungen. Damit sind alle 5 Achsen eines Führungsgetriebes in die Messung von Genauigkeitsgrößen einbezogen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der durch die Achsenzuordnung entstehende nutzbare Meßraum halbkugelförmig ist und somit große Meßbewegungen des Roboters in horizontaler und vertikaler Richtung zuläßt. Da außerdem der äußere kardanische Ring in seiner Stativhalterung um 90° kippbar ist, kann die Lage des halbkugelförmigen Meßraumes der Meßaufgabe entspr. verändert werden.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau des Koordinatenmeßgerätes und Fig. 2 die Koppeleinrichtung zur Ankopplung des Koordinatenmeßgerätes an einen Industrieroboter.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, ist auf einem transportablen Gestell 1, das in der Horizontalebene ausnivellierbar ist, ein Rahmen 2 befestigt, der beidseitig im Gestell 1 drehbar gelagert ist. Er bildet den äußeren Ring einer kardanischen Aufhängung. Seine horizontale Drehachse bildet die XM-Achse des rechtwinkligen karthesischen Koordinatensystems des Meßgerätes. In diesem Rahmen 2 befindet sich eine als innerer Ring der kardanischen Aufhängung dienende Führung 3, die in dem-Rahmen 2 schwenkbar gelagert ist. Ihre Drehachse liegt in der y_M-Achse des Gerätes. Diese schwenkbare Führung 3 ist gleichzeitig Führungslager für einen Meßarm 4, dessen Längsachse in vertikaler Stellung die ZM-Achs,e des Meßgerätes bildet und unabhängig von seiner Stellung durch den Schnittpunkt der in einer Ebene liegenden Drehachsen der kardanischen Aufhängung geht.

Am Ende des Meßarmes 4 ist ein kardanisches Gelenk, das aus einem inneren Ring 5 und einem äußeren Ring 6 besteht, verdrehfest mit dem Meßarm 4 verbunden. Am äußeren Ring 6 ist eine Zentrierwelle 7 befestigt, auf der eine Magnetplatte 8 drehbar angeordnet ist. Eine am Roboter zu befestigende Koppelscheibe 9 ist auf einem Zentrierstück 10, das koaxial in die Koppelscheibe 9 hineinragt, drehbar angeordnet. Beim Anschlagen der Koppelscheibe 9 an die Magnetplatte 8 nimmt das Zentrierstück 10 mit seiner Zentrierung die kegelig ausgebildete Stirnfläche der Zentrierwelle 7 auf und gewährleistet somit stets die gleiche Position der Koppelscheibe 9 zur Magnetplatte 8. Da der Meßarm 4 sowohl verdrehfest in der Führung 3 geführt als auch verdrehfest mit dem kardanischen Gelenk 5; 6 verbunden ist, ist die Drehung des Handgelenks des Roboters um seine Längsachse meßtechnisch erfaßbar.

Im folgenden soll die Arbeitsweise des Meßgerätes beschrieben werden.

Das Meßgerät wird in dem Arbeitsbereich des Roboters so positioniert, daß sich Arbeitsraum und Meßraum in ausreichendem Maße überdecken. In der Ausgangsstellung bilden die Xm-, yiy-Achsen eine horizontale Ebene. Die bei der Nachführung des Meßarmes 4 entstehen Verdrehwinkel um die Xm-und y_M-Achsen werden von Drehwinkelmeßeinrichtungen 11, die Verschiebung des Meßarmes 4 mit einer Längenmeßeinrichtung 12 gemessen. Die Verdrehwinkel und die aktuelle Meßarmlänge geben den Ort eines Meßbezugspunktes 13, dessen Lage auf dem inneren Ring 5 des kardanischen Gelenks aus Fig.2 zu erkennen ist, in Kugelkoordinaten im Koordinatensystem des Meßgerätes an. Die anschließende Koordinatentransformation ermöglicht die Bestimmung des geometrischen Ortes dieses Bezugspunktes 13 im Koordinatensystem des Roboters. Die Auswertung von Meßreihen ermöglicht Aussagen über die Genauigkeit der Einhaltung von Bahnpunkten bei sich wiederholenden Roboterbewegungen.

Die Magnetplatte 8 zur Ankopplung übernimmt gleichzeitig den Schutz des Meßgerätes beim Überfahren des Meßraumes. Werden die Handgelenkquerachse und die Handgelenklängsachse in die Messung einbezogen, entweder durch gesteuerte Bewegung oder durch Drifterscheinungen, können diese Winkel über Drehwinkelgeber 14 und 15 gemessen und in die Auswertung einbezogen werden. Damit ist das Vermessen von fünf Drehachsen bei gemeinsamer Bewegung oder das Vermessen einzelner Drehachsen mit einer Positionierung des Meßgerätes möglich.

Für die Umrechnung der Meßergebnisse aus dem Koordinatensystem des Meßgerätes in das Koordinatensystem des Industrieroboters ist die Lagebestimmung beider Koordinatensysteme zueinander erforderlich. Diese Lagebestimmung kann von der Meßeinrichtung selbst beim nachgeführten Durchfahren vorgegebener Meßpositionen vorgenommen werden.

Claims (2)

1. Koordinatenmeßgerät zur Überwachung und Positionierung mehrgliedriger Führungsgetriebe, insbesondere Gelenkroboter, bei der ein an das Führungsgetriebe gelenkig ankoppelbarer Meßarm in einer Führung längsverschiebbar angeordnet ist, die um eine die Längsachse des Meßarmes schneidende Achse schwenkbar ist, wobei Meßeinrichtungen zur Erfassung der Drehwinkel sowie der Längsverschiebung des Meßarmes vorgesehen sind, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßarm (4) sowohl mit seiner Führung (3) als auch mit seinem am Führungsgetriebe ankoppelbaren Ende kardanisch aufgehängt ist, wobei die Führung (3) den inneren Ring der kardanischen Aufhängung bildet und die sich kreuzenden Achsen in der Horizontalebene liegen, und daß an dem mit dem Führungsgetriebe verbundenen kardanischen Gelenk zur Erfassung.der Drehwinkel dieses Gelenkes Meßeinrichtungen vorgesehen'sind.

   Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Überwachung und Positionierung mehrgliedriger Führungsgetriebe, insbesondere Gelenkroboter, bei der ein an das Führungsgetriebe gelenkig ankoppelbarer Meßarm in einer Führung längsverschiebbar angeordnet ist, die um eine die Längsachse des Meßarmes schneidende Achse schwenkbar ist, wobei Meßeinrichtungen zur Erfassung der Drehwinkel sowie der Längsverschiebung des Meßarmes vorgesehen sind.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Die.Prüfung der Positioniergenauigkeit von Industrierobotern am Einsatzort mit Hilfe eines transportablen Kugelkoordinatenmeßgerätes wurde bereits in der Zeitschrift Werkstatt und Betrieb 115 (1981 )H, S. 713-718 beschrieben. Im Heft 7 aus 1981,114, der gleichen Zeitschrift ist auf den Seiten 471-474 die Korrektur systematischer Fehler bei einem Koordinatenmeßgerät beschrieben. In den angegebenen Quellen ist ein Gerät beschrieben, mit dem die punktweise Vermessung von Bahnkurven von Industrierobotern zur Bestimmung von Genauigkeitskennwerten möglich ist. Dieses Gerät ist transportabel und wird im Arbeitsbereich von Robotern aufgestellt. Das Gerät ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet. Ein einseitig gelagertes Gestell ist, auf einem Unterbau stehend, um seine vertikale Achse drehbar. Es enthält einen längsverschieblichen Meßarm, dessen Achse die vertikale Gestellachse schneidet. Das im Schnittpunkt angeordnete Führungslager des Meßarmes ermöglicht die Schwenkung (Elevation) des Meßarmes um eine horizontale Achse, die ebenfalls durch den Schnittpunkt geht. Die vertikale Gestellachse, die horizontale Achse des Führungslagers und die Projektion der ' Meßarmlängsachse in die Horizontalebene bilden ein karthesisches Koordinatensystem. Der vom Industrieroboter nachgeführte Meßarm ist mit einem Kugelgelenk mittels Permanentmagnet an den Roboter gekoppelt. Eine beliebige Bewegung des Koppelpunktes innerhalb des Meßraumes der Meßeinrichtung wird durch die Messung der Drehwinkel des Meßarmes um beide Achsen und durch die Messung der Längsverschiebung des Armes in Kugelkoordinaten des Koordinatensystems des Gerätes erfaßt. Durch eine anschließende Koordinatentransformation wird die Bewegung des Koppelpunktes in das Koordinatensystem des Meßobjektes umgerechnet. Die Meßergebnisse ermöglichen eine Bewertung der Genauigkeit der Bahn zum wiederholenden Vergleich.
   Die beschriebene Meßanordnung weist zwei Nachteile auf.

   1. Mit dieser Meßanordnung können Bewegungen von Robotern um maximal drei Achsen verfolgt werden (vertikale Gestellachse, ein oder zwei horizontale Armachsen). Die Achsen des Handgelenkes des Gelenkroboters, unabhängig davon, ob die Bewegung des Handgelenkes gesteuert erfolgt oder ob eine Driftbewegung vorliegt, können nicht mit in die Messung einbezogen werden. Im Falle des Drittens würden sie sogar das Meßergebnis verfälschen.
2. 2. Infolge der Achsanordnung (eine vertikale Gestellachse und eine horizontale Schwenkachse) und der notwendigen Einschränkung des Meßraumes wegen endlicher Bauteilabmessungen entsteht ein kreisförmiger Meßraum, der, unabhängig von der Länge des Meßarmes, nur in eingeschränkter Form den typischen Arbeitsraum eines Roboters als nutzbaren Meßraum zuläßt, im Falle der beschriebenen Anordnung mit einem größeren horizontalen Bewegungsbereich bei eingeschränkter Höhe.

   Durch diese Nachteile ist die Anwendung dieser Meßanordnung eingeschränkt.

   Ziel der Erfindung

   Ziel der Erfindung ist eine Meßanordnung, die gegenüber dem bekannten Kugelkoordinatenmeßgerät einen erweiterten Anwendungsbereich aufweist.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Meßanordnungen derart zu verändern, daß der Arbeitsraum des Führungsgetriebes besser als bisher von dem Meßraum der Meßanordnung abgedeckt wird und daß zur Erhöhung der Genauigkeit der Meßergebnisse Drifterscheinungen aller Gelenke des Führungsgetriebes von der Meßanordnung mit erfaßt