用于自動機械的正交定位裝置、系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于將工具正交地定位于加工表面的用于諸如機器人之類的自動機械的正交定位裝置、正交定位系統和正交定位方法。
[0002]本發明的一個目的在于提供能夠確保工具相對于加工表面的正交位置的裝置、系統和方法。
[0003]本發明的目的還在于在整個工具定位過程期間、以及在經受加工表面位置的任何意外變化的情況下為工具提供實時的正交位置。
[0004]本發明的目的還在于提供當先前的位置停止提供工具相對于加工表面的正交位置時能夠將工具定位在新的位置的系統和方法。
[0005]本發明另外的目的在于提供簡化的和緊湊的裝置，該裝置能夠在受限的空間中使用工具，同時提供用于確保工具相對于加工表面的垂直度的節約成本的方案。
【背景技術】
[0006]在制造業中，機器人裝置、系統和方法用于執行各種任務，比如定位工件、相對于工件定位工具以及利用工具組裝工件。在這樣的機器人系統中，對于工件制造和組裝而言，工具相對于工件的加工表面的精確的定位是關鍵性的和至關重要的。
[0007]就此而論，常規的定位系統依賴于人工視覺系統來確定工具相對于加工表面的位置。工具的位置通常通過在加工表面上進行激光光斑檢測來確定。此后，工具的位置被用于在所述加工表面的所需位置處建立工具相對于加工表面的新的正交位置。以此方式，工具的新的正交位置在工具與加工表面相接觸之前建立。
[0008]因此，如果在工具與加工表面接觸期間發生了任何變形，常規的定位系統則不能夠校正偏移。
[0009]同樣地，如果在加工表面上使用工具之前，加工表面經受了定位的意外變化，則常規的定位系統不能夠對工具的位置進行校正。
[0010]因此，需要提供能夠確保工具相對于加工表面的正交性的技術手段，該技術手段同時能夠在工具使用時期的任何時間重新建立工具相對于加工表面的正交位置。
【發明內容】
[0011]本發明通過提供確保工具相對于加工表面的正交位置的用于諸如機器人之類的自動機械的正交定位裝置、系統和方法來克服上述缺陷。
[0012]本發明的第一方面涉及用于自動地將工具定位在加工表面的所需位置處的正交定位裝置，其包括:支承件，該支承件適于沿著聯接軸線聯接工具；以及三個定位元件，該三個定位元件圍繞聯接軸線聯接至支承件。該三個定位元件具有從支承件伸出的端部，從而限定大致垂直于聯接軸線的平面，用以將工具與加工表面正交地定位。每個定位元件均包括距離傳感器，該距離傳感器能夠測量至加工表面的距離用以將工具定位在加工表面的所需位置處。
[0013]本發明提供一種裝置，該裝置構造成附接至工具，并且還構造成為所附接的工具提供相對于加工表面的正交位置。因此，本發明提供了簡化的和緊湊的裝置，這是因為除了包括適于聯接工具的支承件外，還包括三個定位元件，該三個定位元件從所述支承件伸出，使得該三個定位元件的端部限定大致垂直于工具的聯接軸線的平面。通過此構型，當裝置擱置在加工表面上時，或者當三個定位元件在假設定位元件的伸出部分具有相同的長度的情況下與加工表面相等地間隔開時，裝置能夠為工具提供相對于加工表面的垂直位置。
[0014]另外，每個定位元件均配備有距離傳感器，距離傳感器能夠測量至加工表面的距離。以此方式，裝置允許提供精確的實時的位置，這是因為這樣的位置是基于加工表面的當前位置的。因此，在任何情況下，此外當在已經執行了測量并且建立了工具位置之后加工表面相對于工具經受了偏移或未對準時，本發明所提供的位置均是可靠的。另外，工具定位的這種可靠性和精確性有助于獲得通過自動生產的工件的更好的效果，提高了工件的質量。
[0015]本發明的第二方面涉及用于將工具定位在加工表面的所需位置處的正交定位系統，其中，該系統包括:機器人，該機器人具有以鉸接的方式安裝在機器人中的機器人手臂；工具，該工具沿著工作軸線連接至機器人手臂；以及機器人手臂控制器，該機器人手臂控制器構造成將機器人手臂定位在用于將工具定位在加工表面上的所需位置。根據本發明，該系統附加地包括如上文所限定的正交定位裝置，其中，該裝置連接至工具，使得裝置的聯接軸線與工具的工作軸線對準。附加地，本發明的機器人手臂控制器構造成:當裝置的定位元件中的至少一者在工具被定位在所需位置時與加工表面相接觸時，基于由裝置所測量的距離將機器人手臂定位在新的所需位置，并且其中，新的所需位置使裝置的三個定位元件能夠與加工表面相接觸，從而實現工具相對于加工表面的正交定位。
[0016]本發明的該第二方面提供了機器人系統，該機器人系統能夠將工具定位在加工表面的新的位置處，使得在該新的位置處，工具相對于加工表面正交地定位。以此方式，系統使得對于在工具被定位在所需位置時加工表面經受了偏移或未對準的情況能夠為工具重新建立相對于加工表面的正交位置。因此，本發明允許在加工表面上使用工具之前獲得精確的以及實時的正交位置。
[0017]此外，系統通過將正交定位裝置在軸向上連接至工具來確保提供相對于加工表面的正交位置。以此方式，由于裝置被賦予了實現了這樣的正交性的構型，故而通過僅僅將裝置的三個定位元件放置成與加工表面相接觸而確保了正交性。
[0018]本發明的第三方面涉及用于將工具定位在加工表面的所需位置處的正交定位方法，其中，工具沿著工作軸線連接至機器人手臂，其中，機器人手臂以鉸接的方式安裝至機器人，并且其中，該方法附加地包括如下步驟:
[0019]-提供如之前所限定的正交定位裝置，
[0020]-將該裝置連接至工具，使得裝置的聯接軸線與工具的工作軸線對準，
[0021]-當裝置的定位元件中的至少一個定位元件在工具被定位在所需位置時與加工表面相接觸時，機器人手臂控制器基于裝置的距離傳感器的測量值而計算用于將工具定位在加工表面上的新的所需位置，其中新的所需位置使得裝置的三個定位元件能夠與加工表面相接觸，
[0022]-將工具定位在新的所需位置處。
[0023]本發明的第三方面提供由機器人執行的方法，其允許重新建立工具相對于加工表面的正交性。與系統類似地，該方法實現了在使用工具之前借助于連接至工具的裝置提供精確的以及實時的正交位置。優選地，為了實現這樣的精確的以及實時的正交位置，計算用于對工具進行定位的新的所需位置的步驟可以包括:裝置的每個定位元件的每個傳感器測量至加工表面的距離，并且裝置的每個傳感器將所測量的距離發送至機器人手臂控制器。
[0024]在另外的優選實施方式中，該方法還包括檢查在將工具定位在新的所需位置處之后裝置的三個定位元件是否與加工表面相接觸。在定位元件中的至少一個定位元件與加工表面間隔開的情況下，該方法返回至計算步驟以便有效地為工具提供正交位置。以此方式，該方法在每次使用工具之前確保工具的正交性。
[0025]由于不再需要激光跟蹤器和人工視覺系統，故而本發明允許減少成本。另外，由于本發明需要更少的時間對自動機械進行定位，因而本發明在制造時間方面作出了改進。
【附圖說明】
[0026]為了更好地理解本發明，出于示例性以及非限制性的目的提供了以下附圖，在附圖中:
[0027]圖1示出了根據本發明優選實施方式的正交定位裝置的立體圖。
[0028]圖2示出了聯接至準備在加工表面上使用的工具的圖1中示出的正交定位裝置的立體圖。
[0029]圖3示出了根據本發明另外的優選實施方式的正交定位裝置的不同的立體圖。
[0030]圖4示出了根據本發明優選實施方式的正交定位系統的立體圖以及示出了連接至機器人手臂的元件的詳細視圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 圖1示出了正交定位裝置1，該正交定位裝置1包括支承件2以及三個定位元件3，支承件2構造成聯接至工具(未示出)，三個定位元件3圍繞聯接軸線4聯接至支承件2。三個定位元件3具有從支承件2伸出的端部5。這些端部5的最末稍端部限定了大致垂直于聯接軸線4的平面。通過此構型，裝置1在擱置于表面上時、并且尤其是在被定位在加工表面8上時能夠提供正交位置。
[0032]裝置1還設置有傳感器6，傳感器6用于使裝置1能夠提供精確的以及實時的位置。為此，每個定位元件3均包括能夠測量至加工表面8的距離的距離傳感器6。因此，該裝置構造成能夠在需要時提供每個定位元件3的空間位置。
[0033]圖2示出了通過支承件2聯接至工具7的裝置1，使得裝置1的聯接軸線4與工具7的工作軸線12對準。提供裝置1與工具7之間的固定聯接、以及為工具7與裝置1提供共用軸線，使得相對于加工表面8定位工具7的任務變得容易，這是因為以此方式，裝置1相當于工具7的一體部分。
[0034]圖3示出了根據另外的優選實施方式