DE19754857A1

DE19754857A1 - Device for determining position of welding wire or electrode or robot

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Publication number: DE19754857A1
Application number: DE19754857A
Authority: DE
Original assignee: MOTOMAN ROBOTEC GmbH
Current assignee: MOTOMAN ROBOTEC GmbH
Priority date: 1996-12-18
Filing date: 1997-12-10
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: DE19754857C2

Abstract

Device for determining the position of a welding wire (6)or electrode of a robot and/or the axes of a robot, with two photoelectric sensors (S1-E1 and S2-E2) crossing preferably at right angles.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position des Schweiß drahtes oder der Elektrode eines Roboters und/oder zum Bestimmen der Achsen eines Roboters.The invention relates to a device for determining the position of the sweat wire or the electrode of a robot and / or for determining the axes of a robot.

Bei der industriellen Fertigung werden seit einiger Zeit Roboter bzw. Handhabungs automaten angewendet. Eine wichtige Aufgabe, die von derartigen Robotern erfüllt werden können, ist dabei das Schweißen von Bauteilen. Der Roboter trägt einen Brenner mit einem Schweißdraht oder einer Elektrode. Hierbei kann es durch Fehl bedienungen oder durch andere Fehler dazu kommen, daß der Brenner an den zu schweißenden Gegenständen oder deren Aufspannvorrichtung oder sonstigen Ge genständen anstößt, wodurch sich die Position des Schweißdrahtes oder der Elek trode verstellen kann. Der Schweißdraht oder die Elektrode befindet sich dann nicht mehr an der vorbestimmten Position, so daß beim Schweißen Fehler auftreten.For some time now, robots and handling have been used in industrial production machines applied. An important task that is performed by such robots is the welding of components. The robot carries you Torch with a welding wire or an electrode. This can be due to failure controls or other errors that cause the burner to close welding objects or their clamping device or other Ge objects, causing the position of the welding wire or the elec trode can adjust. The welding wire or the electrode is then not located more at the predetermined position so that errors occur during welding.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position des Schweißdrahtes oder der Elektrode eines Roboters und/oder zum Bestimmen der Achsen eines Roboters zu schaffen.The object of the invention is to provide a device for determining the position of the Welding wire or the electrode of a robot and / or for determining the To create axes of a robot.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine erste Lichtschranke und eine zweite Lichtschranke aufweist, wobei die zweite Lichtschran ke in einem Winkel zur ersten Lichtschranke verläuft. Vorzugsweise verläuft die zweite Lichtschranke in einem rechten Winkel zur ersten Lichtschranke. Durch die beiden Lichtschranken kann die Position des Schweißdrahtes oder der Elektrode einfach, zuverlässig und schnell bestimmt werden. Statt dessen oder zusätzlich ist es möglich, die Achsen des Roboters einfach, zuverlässig und schnell zu bestim men. Wenn nötig wird die neue Position des Schweißdrahtes oder der Elektrode vermessen. Anschließend kann das gesamte Programm des Roboters um den be stimmten Wert verschoben und weiter zuverlässig durchgeführt werden.According to the invention this object is achieved in that the device is a first Has light barrier and a second light barrier, the second light barrier ke runs at an angle to the first light barrier. Preferably, the second light barrier at a right angle to the first light barrier. Through the Both light barriers can change the position of the welding wire or the electrode be determined easily, reliably and quickly. Instead of it or in addition it is possible to determine the axes of the robot easily, reliably and quickly men. If necessary, the new position of the welding wire or the electrode measured. Then the entire program of the robot around the be agreed value shifted and continue to be performed reliably.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageous further developments are described in the subclaims.

Vorzugsweise liegen die Lichtschranken in einer horizontalen Ebene.The light barriers are preferably in a horizontal plane.

Vorzugsweise werden als Lichtschranken Laserlichtschranken verwendet.Laser light barriers are preferably used as light barriers.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigtAn embodiment of the invention will now be described with reference to the accompanying Drawing explained in detail. In the drawing shows

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position des Schweißdrahtes eines Roboters in einer perspektivischen Darstellung, Fig. 1 shows a device for determining the position of the welding wire of a robot in a perspective representation,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position der Elektrode eines Roboters in einer perspektivischen Darstellung, Fig. 2 shows a device for determining the position of the electrode of a robot in a perspective representation,

Fig. 3 die in den Fig. 1 und 2 gezeigte Vorrichtung mit einem Kalibrierungs werkzeug und Fig. 3 shows the device shown in Figs. 1 and 2 with a calibration tool and

Fig. 4 ein Ablaufdiagramm für den Betrieb der Vorrichtung. Fig. 4 is a flow chart for the operation of the device.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Bestimmen der Position des Schweißdrahtes eines Roboters besteht aus einer Grundplatte 1, auf der eine erste Laserlichtschran ke S1-E1 montiert ist sowie eine zweite Laserlichtschranke S2-E2. Jede Licht schranke besteht aus einem Sender S1, S2 und einem zugehörigen Empfänger E1, E2. Die Achsen 2, 3 der Lichtschranken S1-E und S2-E2 liegen in einer horizonta len Ebene. Sie verlaufen in einem rechten Winkel zueinander.The device shown in Fig. 1 for determining the position of the welding wire of a robot consists of a base plate 1 on which a first laser light barrier S1-E1 is mounted and a second laser light barrier S2-E2. Each light barrier consists of a transmitter S1, S2 and an associated receiver E1, E2. The axes 2 , 3 of the light barriers S1-E and S2-E2 lie in a horizontal plane. They are at right angles to each other.

In der Grundplatte 1 ist unter dem Schnittpunkt 4 der Lichtschranken S1-E1 und S2- E2 eine Öffnung 5 vorgesehen.An opening 5 is provided in the base plate 1 below the intersection 4 of the light barriers S1-E1 and S2-E2.

Die Vorrichtung dient zur Bestimmung der Position des Schweißdrahtes 6, der sich am Ende des Schweißbrenners 7 befindet. Der Schweißbrenner 7 ist an einem Ro boter oder Handhabungsautomat angebracht. Sein vorderes Ende weist eine Ab winklung 8 auf, an die sich eine Gasdüse 9 und eine Kontaktdüse 10 anschließt. Der Schweißdraht 6 verläuft senkrecht zur Ebene, die von den Achsen 2, 3 der Laser lichtschranken aufgespannt wird. Da diese Ebene in horizontaler Richtung liegt, ver läuft der Schweißdraht 6 in vertikaler Richtung.The device serves to determine the position of the welding wire 6 , which is located at the end of the welding torch 7 . The welding torch 7 is attached to a ro robot or handling machine. Its front end has an angle from 8 , to which a gas nozzle 9 and a contact nozzle 10 connects. The welding wire 6 runs perpendicular to the plane which is spanned by the axes 2 , 3 of the laser light barriers. Since this plane is in the horizontal direction, the welding wire 6 runs ver in the vertical direction.

Wenn die Position des Schweißdrahtes 6 überprüft werden soll, wird der Schweiß brenner 7 zunächst in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gebracht und der Schweißdraht etwa 20 mm ausgefahren. Anschließend wird der Schweißbrenner 7 und mit ihm der Schweißdraht 6 weiter nach unten abgesenkt, bis sich die unten liegende Spitze des Schweißdrahtes 6 unterhalb der von den Achsen 2, 3 aufgespannten Ebene befin det. Die Öffnung 5 gewährleistet, daß die Spitze des Schweißdrahtes 6 dabei nicht mit der Grundplatte 1 kollidieren kann.If the position of the welding wire 6 is to be checked, the welding torch 7 is first brought into the position shown in FIG. 1 and the welding wire is extended about 20 mm. The welding torch 7 and with it the welding wire 6 are then lowered further until the tip of the welding wire 6 below is below the plane spanned by the axes 2 , 3 . The opening 5 ensures that the tip of the welding wire 6 cannot collide with the base plate 1 .

Anschließend wird der Schweißbrenner 7 und mit ihm der Schweißdraht 6 in x- Richtung verfahren, also in Richtung der Achse 3 der zweiten Laserlichtschranke S2- E2. Während des Verfahrens wird die erste Laserlichtschranke S1-E1 verdunkelt, wenn der Schweißdraht 6 die Achse 2 dieser ersten Laserlichtschranke S1-E1 kreuzt. Auf diese Weise kann die tatsächliche Position des Schweißdrahtes 6 auf der x-Achse bestimmt werden.The welding torch 7 and with it the welding wire 6 are then moved in the x direction, that is to say in the direction of the axis 3 of the second laser light barrier S2-E2. During the process, the first laser light barrier S1-E1 is darkened when the welding wire 6 crosses the axis 2 of this first laser light barrier S1-E1. In this way, the actual position of the welding wire 6 on the x-axis can be determined.

Anschließend wird der Schweißbrenner 7 und mit ihm der Schweißdraht 6 in y- Richtung verfahren, also in Richtung der Achse 2 der ersten Laserlichtschranke S1- E1. Während dieses Verfahrens verdunkelt der Schweißdraht 6 an einer bestimmten Stelle des Verfahrweges die zweite Laserlichtschranke S2-E2. Dies geschieht, wenn der Schweißdraht 6 die Achse 3 der zweiten Laserlichtschranke S2-E2 kreuzt. Auf diese Weise kann die tatsächliche y-Position des Schweißdrahtes 6 bestimmt wer den. Der Schweißdraht 6 befindet sich am Ende des Überprüfungsvorgangs im Schnittpunkt 4 der Achsen 2, 3. In dieser Stellung verdunkelt er beide Laserlicht schranken. Die Werte der Abweichungen in x- und y-Richtung sind jetzt bekannt. Sie können abgespeichert und für die weitere Arbeit verwendet werden.The welding torch 7 and with it the welding wire 6 are then moved in the y direction, that is to say in the direction of the axis 2 of the first laser light barrier S1-E1. During this process, the welding wire 6 darkens the second laser light barrier S2-E2 at a specific point in the travel path. This happens when the welding wire 6 crosses the axis 3 of the second laser light barrier S2-E2. In this way, the actual y position of the welding wire 6 can be determined who. The welding wire 6 is located at the intersection 4 of the axes 2 , 3 at the end of the checking process. In this position, it darkens both laser light barriers. The values of the deviations in the x and y directions are now known. They can be saved and used for further work.

Es ist ferner möglich, auch die Position der Spitze des Schweißdrahtes 6 in der Richtung senkrecht zur Ebene der Lichtschranken zu bestimmen, also in der verti kalen z-Richtung. Zu diesem Zweck wird der Schweißdraht 6 zunächst am Schnitt punkt 4 der Achsen 2, 3 positioniert. Zum Ermitteln der z-Position wird der Brenner anschließend 2 bis 3 mm aus dem Schnittpunkt der beiden Lichtschranken gefahren. Danach kann die Suche in z-Richtung eingeleitet werden. Dabei werden die Licht schranken entweder durch die Kontaktdüse oder durch die Gasdüse unterbrochen. Die drei neuen Werte x, y und z werden nun zur Umrechnung und Korrektur aller Programme einschließlich des Prüfprogramms verwendet. Der z-Wert kann dann ebenfalls abgespeichert und für die weitere Arbeit verwendet werden. Der Schweiß draht 6 wird anschließend auf die richtige Länge abgeschnitten.It is also possible to determine the position of the tip of the welding wire 6 in the direction perpendicular to the plane of the light barriers, that is to say in the vertical z direction. For this purpose, the welding wire 6 is first positioned at the intersection 4 of the axes 2 , 3 . To determine the z position, the burner is then moved 2 to 3 mm out of the intersection of the two light barriers. The search in the z direction can then be initiated. The light barriers are interrupted either by the contact nozzle or by the gas nozzle. The three new values x, y and z are now used to convert and correct all programs including the test program. The z-value can then also be saved and used for further work. The welding wire 6 is then cut to the correct length.

Nach einer zweiten Arbeitsweise kann die Vorrichtung zur Überprüfung der richtigen Position des Schweißdrahtes 6 verwendet werden. Es kann beispielsweise in regel mäßigen Abständen ein Überprüfungsprogramm durchlaufen werden, um die Positi on des Schweißdrahtes 6 zu überprüfen. Zu diesem Zweck wird der Schweißdraht 6 an die Soll-Position innerhalb der Vorrichtung zum Bestimmen der Position gefahren. Wenn durch die Vorrichtung festgestellt wird, daß sich der Schweißdraht 6 an der richtigen Stelle befindet, kann die übliche Arbeit weitergeführt werden. Wenn eine Abweichung festgestellt wird, kann entweder ein Alarm angezeigt und anschließend die Ursache durch die Bedienungsperson behoben werden oder die oben beschrie bene automatische Vermessung des Schweißdrahtes 6 gestartet werden. According to a second mode of operation, the device can be used to check the correct position of the welding wire 6 . For example, a check program can be run at regular intervals to check the position of the welding wire 6 . For this purpose, the welding wire 6 is moved to the desired position within the device for determining the position. If it is determined by the device that the welding wire 6 is in the right place, the usual work can be continued. If a deviation is determined, either an alarm can be displayed and the cause can then be remedied by the operator, or the automatic measurement of the welding wire 6 described above can be started.

Die Fig. 2 zeigt die Anwendung der Vorrichtung mit einem WIG-Brenner 11, an des sen unteren Ende sich eine Elektrode 12 befindet. Im übrigen entspricht der Aufbau der Vorrichtung derjenigen der Fig. 1, so daß die Bestandteile nicht erneut beschrie ben werden müssen. Fig. 2 shows the application of the device with a TIG torch 11 , at the sen lower end of which is an electrode 12 . Otherwise, the structure of the device corresponds to that of FIG. 1, so that the components need not be described again ben.

In der Fig. 3 ist die Vorrichtung mit einem Roboterarm 13 gezeigt, an dem sich ein vertikal nach unten weisendes Kalibrierungswerkzeug 14 befindet. Die Vorrichtung entspricht derjenigen der Fig. 1 und 2, so daß sie nicht erneut beschrieben werden muß. Mit dem Kalibrierungswerkzeug kann die Vorrichtung in einer dritten Betriebsart verwendet werden. Das Kalibrierungswerkzeug 14 besteht aus einem Rundeisen, das an der Achse des Roboterarms 13 montiert wird. In dem Kalibrierungswerkzeug 14 ist ein durchgehendes Langloch 15 eingefräst. Durch Verfahren des Kalibrie rungswerkzeugs 14 in x- und -Richtung im unteren und oberen Bereich des Werk zeugs und durch Verfahren in z-Richtung sowie durch entsprechendes Drehen des Kalibrierungswerkzeuges 14 können die exakte Position und auch der Drehwinkel dieses Kalibrierungswerkzeuges 14 und damit des Roboterarms 13 vermessen und bestimmt werden. Durch Drehen des Kalibrierungswerkzeuges 14 in Höhe des Langloches kann die Position der sechsten Achse gefunden werden, da der Licht strahl durch das Langloch in einer bestimmten Position des Kalibrierungswerkzeuges hindurchtritt. Die Position des Kalibrierungswerkzeuges 14 wird so lange verändert, bis die Lichtschranke schaltet. Anschließend wird das Kalibrierungswerkzeug 14 mit reduzierter Geschwindigkeit in entgegengesetzter Richtung gedreht, bis die Licht schranke wieder unterbrochen wird. Durch einen Vergleich der ursprünglichen mit der aktuellen Position kann eine Abweichung in allen Achsen des Roboters festge stellt und anschließend für die Korrektur verwendet werden. FIG. 3 shows the device with a robot arm 13 on which a calibration tool 14 pointing vertically downward is located. The device corresponds to that of FIGS. 1 and 2, so that it does not have to be described again. With the calibration tool, the device can be used in a third operating mode. The calibration tool 14 consists of a round bar which is mounted on the axis of the robot arm 13 . A continuous slot 15 is milled into the calibration tool 14 . By moving the calibration tool 14 in the x and direction in the lower and upper area of the tool and by moving in the z direction and by correspondingly rotating the calibration tool 14 , the exact position and also the angle of rotation of this calibration tool 14 and thus the robot arm 13 be measured and determined. By rotating the calibration tool 14 at the height of the elongated hole, the position of the sixth axis can be found, since the light beam passes through the elongated hole in a specific position of the calibration tool. The position of the calibration tool 14 is changed until the light barrier switches. Then the calibration tool 14 is rotated at a reduced speed in the opposite direction until the light barrier is interrupted again. By comparing the original with the current position, a deviation in all axes of the robot can be determined and then used for the correction.

Fig. 4 zeigt ein Ablaufdiagramm. Der Start des Programms erfolgt entweder manuell über eine an der Bedienbox vorgesehene Taste oder zyklisch, also in bestimmten Zeitabständen, die durch das Programm des Roboters vorgegeben werden. Nach dem Start des Programms wird die Ist-Position des Schweißdrahtes bzw. der Elek trode wie oben erläutert bestimmt. Wenn dieser Ist-Wert mit dem Soll-Wert überein stimmt, wird das Programm des Roboters fortgesetzt. Andernfalls kann eine manu elle Justage erfolgen. Statt dessen kann die aktuelle lst-Position in der oben erläu terten Weise automatisch gemessen werden, und das Programm des Roboters kann entsprechend automatisch verschoben werden. Danach wird erneut die Ist-Position des Schweißdrahtes bzw. der Elektrode bestimmt. Sie müßte jetzt in Ordnung ("i.O.") sein, so daß das Programm fortgesetzt werden kann. Wenn sie jedoch aus irgendei nem Grund nicht in Ordnung sein sollte, können die Schritte der manuellen Justage oder der automatischen Positionsbestimmung und -korrektur erneut durchlaufen werden. Fig. 4 shows a flow chart. The program is started either manually using a button on the control box or cyclically, i.e. at certain time intervals that are specified by the robot program. After starting the program, the actual position of the welding wire or electrode is determined as explained above. If this actual value matches the target value, the robot program continues. Otherwise a manual adjustment can be made. Instead, the current actual position can be measured automatically in the manner explained above, and the program of the robot can be automatically shifted accordingly. Then the actual position of the welding wire or the electrode is determined again. It should now be in order ("OK") so that the program can continue. However, if for any reason it is out of order, the steps of manual adjustment or automatic position determination and correction can be repeated.

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung geschaffen, die beim MIG-MAG oder WIG- Schweißen oder bei Handhabungsaufgaben durch Handhabungsautomaten ange wendet werden kann. Sie löst das Problem, daß es durch Fehlbedienungen oder durch andere Fehler dazu kommen kann, daß der Brenner an der Vorrichtung an stößt und sich dadurch etwas verstellt. Dadurch liegt die Schweißnaht um diesen Betrag daneben. Das Ziel der erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung besteht darin, den Schweißdraht oder die Elektrode (WIG) auf seine genaue Position überprüfen zu können. Wenn nötig wird die neue Position vermessen und anschließend das ge samte Programm mit den ermittelten Tooldaten verschoben. Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß durch diese Überprüfung sichergestellt wird, daß der Ro boter sein Programm mit der richtigen Brennerposition abfährt. Dadurch kann der Ausschuß begrenzt und die Nachprogrammierzeit (Anlagenstillstand) erheblich wenn nicht vollständig gesenkt werden.The invention creates a device which can be used with MIG-MAG or WIG- Welding or in handling tasks by handling machines can be applied. It solves the problem that it is due to incorrect operation or other faults can cause the burner to stick to the device bumps and thereby pretends something. As a result, the weld seam lies around it Amount next to it. The aim of the test device according to the invention is to Check the welding wire or the electrode (TIG) for its exact position can. If necessary, the new position is measured and then the ge Entire program with the determined tool data shifted. The invention brings the advantage that this check ensures that the Ro robot runs its program with the correct burner position. This allows the Committee is limited and the reprogramming time (system downtime) significantly cannot be lowered completely.

Zur Überprüfung von Brenner und Roboter wird zyklisch ein Überprüfungsprogramm durchlaufen, das die Drahtposition überprüft. Die Drahtposition kann beispielsweise 12 bis 15 mm vom Kontaktrohr entfernt gemessen werden. Dadurch kann die Kon taktdüse auf genauen Sitz, Verschleiß sowie auch auf die Drahtqualität (Drall) über prüft werden. Der Roboter fährt so in das Prüfgerät, daß er mit dem Draht, der vorher für eine bestimmte Strecke von beispielsweise 2 cm aus der Kontaktdüse gefahren worden ist, die beiden Laserlichtschranken unterbricht. Der Zustand der beiden La serlichtschranken wird in der Robotersteuerung überprüft. Wenn beide Lichtschran ken unterbrochen werden, ist die Position des Brenners in Ordnung und das Ar beitsprogramm kann weiter bearbeitet werden. Ist dies nicht der Fall, kann entweder ein Alarm angezeigt und anschließend die Ursache durch die Bedienperson behoben werden oder aber die automatische Vermessung des Brenners gestartet werden.A check program is run cyclically to check the burner and robot go through, which checks the wire position. For example, the wire position 12 to 15 mm from the contact tube. This allows the con clock nozzle on exact fit, wear and also on the wire quality (twist) be checked. The robot moves into the test device in such a way that it connects with the wire that was previously moved out of the contact nozzle for a certain distance of, for example, 2 cm has been interrupted, the two laser light barriers. The condition of the two La Serial light barriers are checked in the robot controller. If both light barriers ken are interrupted, the position of the burner is OK and the ar The work program can be edited further. If not, you can either an alarm is displayed and then the cause is corrected by the operator automatic burner measurement is started.

Bei der automatischen Vermessung und Korrektur der Roboter-Programme wird der Brenner so lange in x+-Richtung und x--Richtung bewegt bis er die erste Licht schranke S1-E1 unterbricht. Dieser x-Wert wird im Roboterprogramm gespeichert. So wird nun auch für die y-Position vorgegangen (Lichtschranke S2-E2) und der ge fundene Wert in eine y-Variable gespeichert. Zum Ermitteln der z-Position muß der Brenner 2 bis 3 mm aus dem Schnittpunkt der beiden Lichtschranken gefahren wer den. Danach kann die Suche in z-Richtung eingeleitet werden. Dabei werden die Lichtschranken entweder durch die Kontaktdüse oder durch die Gasdüse unterbro chen. Die drei neuen Werte x, y und z werden nun zur Umrechnung und Korrektur aller Programme einschließlich des Prüfprogramms verwendet.In the automatic measurement and correction of the robot programs, the Burner moves in x + direction and x - direction until it receives the first light barrier S1-E1 interrupts. This x-value is saved in the robot program. The y-position (light barrier S2-E2) and the ge found value stored in a y-variable. To determine the z position, the Burner 2 to 3 mm from the intersection of the two light barriers the. The search in the z direction can then be initiated. The Interrupt light barriers either through the contact nozzle or through the gas nozzle chen. The three new values x, y and z are now used for conversion and correction all programs including the test program are used.

Nach einer weiteren Anwendung kann der Roboter kalibriert werden. Es kann also eine neue 0-Position des Roboters bestimmt werden. Durch Anbringung eines spe ziellen Werkzeuges (Kalibrierwerkzeuges) an den Roboterflansch kann durch eine Suchroutine die ursprüngliche mit der aktuellen Position verglichen und anschlie ßend verschoben werden. Dies kann automatisch und dadurch schneller und auch exakter erfolgen.After another application, the robot can be calibrated. So it can a new 0 position of the robot can be determined. By attaching a spe zial tool (calibration tool) on the robot flange can by a Search routine compared the original with the current position and then ß be postponed. This can be done automatically and therefore faster and also done more precisely.

Claims

1. Device for determining the position of the welding wire ( 6 ) or the electrode ( 12 ) of a robot and / or for determining the axes of a robot, characterized by a first light barrier (S1-E1) and a second light barrier (S2-E2) , which runs at a right angle to the first light barrier.

2. Device according to claim 1, characterized in that the light barriers lie in a horizontal plane.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the light barriers are laser light barriers.