[发明专利]校准工具、用于操作装置的自动校准和对准的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于操作装置(Handhabungsvorrichtung)、确切说操作自动机(Handhabungsautomat)、尤其为多轴工业机器人的自动校准(Kalibrierung)和对准(Ausrichtung)系统和方法，以及相应的校准工具(Kalibrierwerkzeug)。

背景技术

如已知的那样，所谓的工具中心点(TCP)和工作对象(Werkobjekt)的校准通常以手动方式而执行。仅仅已知少量的这样的应用，即，在其中自动执行校准，其中，分别追求两个不同的目标方向。在这方面，一个目标方向设计成给出尽可能有利于成本的校准解决方案，然而通常不与在以所要求的相对高的精确度应用时的品质要求相称。在这方面，第二目标方向设计成实现带有高测量精确度的方式和方法，然而，这通常意味着增加的费用和尤其高的成本。

对此相对而言经常使用确切说运用的方式是在应用两个测量尖端(Messspitze)的情况下测量TCP，其中，第一测量尖端固定在相应的操纵器(Manipulator)上并且第二测量尖端以静止的方式布置在机器人的对应的工作空间中。测量方式建立在测量尖端在多个取向(Orientierung)下的引向彼此(Aufenanderzuführen)的基础之上。通过应用多个应具有最大可能差别的取向，可实现计算TCP在空间中的位置。

在此，然而该方式以及尤其该方式成功的(erfolgreich)执行在一定程度上取决于每个操作者的经验和体质(Konstitution)，使得测量的品质完全不为恒定，而确切说经受相对强烈的波动。

在尤其适用于焊接过程的所谓的靶心方法(Bulls-Eye-Verfahren)中，使用激光光栅(Laserlichtschranke)，其中，操纵器在启动/开始测量时定位到/在光栅(Lichtschranke)中。在该定位过程后，借助于预设的程序(Routine)执行自动测量TCP。问题在于该方法的精确度，该精确度受焊枪顶点(Schweiβpistolenspitze)的反射、信号传播时间(Signallaufzeit)以及CAN总线的轮询时间(Pollingzeit)的影响。该方式还适合于其它的使用/应用如铣削和镗孔(Bohren)。优点在于自动测量，使得人的因素不对该方法的精确度有影响。

此外，已知这样的方法和系统，即，在其中，首先确定两个惯性位置(Inertialposition)，其中，其中一个位置相对机器人基部而固定，第二位置以固定在机器人臂(夹持部)的方式而固定。两个位置的差异通过测量确切说借助于相关的测量方法而确认(ermitteln)并且标明(fixieren)确切说记录。机器人以不同的取向在空间中运动。一旦再次达到固定的距离，则确定取向和位置。对于测量，应用至少一个传感器。此后，从确认的测量数据中确认相应的校准因素。

另一可行性通过借助于平板(Planscheibe)的测量而给出，其中，TCP的位置通过机器人的运动而确认。机器人行驶到预定的起始位置中。在该测量原理中，应用多个平板。机器人从起始位置运动直到接触第一平板，其中，记录确切说存储相应的位置。该位置不仅通过机器人的运动学(Kinematik)而确定，而且通过在平板中的当前的测量系统而确定。在储存该位置后，机器人再次运动到起始位置并且利用另一平板重复该步骤。然后可通过存储的位置而计算TCP的位置。

作为其它的校准方法，已知的是所谓的测头方法(Meβtasterverfahren)以及所谓的绳索牵引方法(Seilzugverfahren)。

还已知的是借助于激光跟踪器(Lasertracker)确定操作装备的TCP，其中，通常进行参考点或者坐标系统的测量，也就是说在机器人的情况下为工具0(tool0)(手凸缘(Handflansch))、用于所有工具的原始坐标系统(Urkoordinatensystem)。测量利用高精确度的引导对象、例如利用球体而执行，该球体在其尺寸方面具有较小的公差。将反射体结合到该测量球体中，该反射体反射跟踪器的激光光束，由此，使得跟踪器的引导成为可能。在工具0的测量后，已知用于跟踪器的参考坐标系统。为了现在确定必要的TCP，将工具安装到操作装备上，并且以新的工具重复利用引导对象的测量。测量结果适用于公布TCP的坐标，也就是说，确认在工具0和新工具之间的坐标差别。

所有上文所陈述的已知的方法或以其为基础的系统或者相对而言为昂贵，或者提供不足够精确的结果。

发明内容