专利名称:用于改善操作设备的精度特性的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种尤其在冶金学设备的领域中使用时在操作设备的姿势方面改善该操作设备的精度特性的装置，该操作设备例如是多轴工业机器人。
在这种装置中关于确定的参照面或者参照结构确定测量机构的姿势。姿势理解为测量机构的位置和定向以及在操作设备本身意义中的位置以及定向。所述测量机构至少包括信号或者图像接收机构，该信号或者图像接收机构产生可分析的信号或者图像数据，在下面在精确的位置确定方面对该信号或者图像数据进行分析。
相应地，这种用于求得操作设备的姿势的装置包括
-操作设备，
-至少一个用于使操作设备运动的控制机构，
-测量机构，该测量机构独立于操作机构或者直接定位在操作机构上，
-用于由测量机构产生的测量信号的分析机构，以及
-在有待触发的工具上的或者在机构上的具有一个或者多个标记或孔的参照面或者测量板。
背景技术：
这种装置例如已经由JP 7-185-754 A2进行公开。在此，操作设备用于更换连铸设备的中间容器上的浇铸管，其中在浇铸管上并且在浇铸管套装件上分别布置了两个柱形的标记，所述标记由两个外部的摄像机进行检测，并且由此可以最终确定例如操作设备的夹具相对于浇铸管套装件或者浇铸管的位置。也概述了在分析机构中分析测量信号或者说图像数据从而获得尽可能精确的位置数据以及用于该分析的数学原理。
由JP 3-071-959 A公开了一种由机器人形成的操作设备，该操作设备用于熔液容器的底部出口区域中各种各样的操作。直接在机器人上布置与图像分析机构耦合的摄像机用于精确地确定浇铸出口相对于图像分析机构的位置。
DE 10345743 Al以及EP 1602456 A2也研究根据机构上的标记确定图像接收机构的位置和定向。
作为标记始终特别使用空间上的结构，例如定位的标记销或者工具上或者机构上或者更换部件上的在颜色上从周围突出的标记点。
在结合冶金学的机构和设备以及在操作机构的使用范围受到严重污染的其它应用领域中使用这种标记时，会产生严重的影响或者由于所形成的脏物层损失了标记相对于其周围区域的对比特性。因此，测量信号或者所接收的图像信号的区分力度经常不足以精确地分析所述测量信号并且由此不足以足够精确地确定位置。
在汽车工业中用于制造汽车框架的流水线中，专门为点位精确地使用点焊机器而需要精确地确定汽车框架或者框架支架的位置。为此，已经由EP 328687 AUJP 62-226308 A以及JP 6-035530 A公开了通过孔构造前面已经描述的标记，所述孔大多数由制造引起地已经设置在汽车框架中。这种孔通常是通孔，所述通孔在造型地挤压框架部件时形成。从
3所述文件中不能获得用于构造这种标记的详细细节。用于汽车的框架制造发生在很大程度上干净的环境中，从而通过孔给出了相对于附近周围足够的对比度，并且因此实现了很好的图像分析以及位置检测。然而在例如在钢厂中出现的污染严重的环境中，不能给出对于图像分析来说所需的对比度。
实用新型内容
因此，本实用新型的任务是避免已知的现有技术的缺点并且提出一种装置，该装置即使在污染严重的工作区域内也以足够的对比度提供了标记以及其周围的测量信号或者图像信号，从而实现了精确的姿势确定。
该任务在按本实用新型的用于改善操作设备的精度特性的装置中通过以下方法得到解决，即以具有特定深度以及具有特定盲孔直径或者特定缝隙宽度的盲孔或者缝隙的形式形成了在参照面或者测量板中孔状凹处的标记或者孔，其中深度与盲孔直径或者缝隙宽度的比例大于1。
如此构造的孔状凹处实现了在物理意义上靠近“黑体”。黑体在物理上是理想化的物体，该物体完全吸收照射在其上的电磁辐射例如光，并且相应地通过其反射行为显著地不同于其它物体或者表面。黑体在实际中不能实现，然而由孔状凹处引起的接近其特性在一定程度上使得在孔状凹处的区域中的反射特性最小化。
孔状凹处构造成盲孔或者缝隙，其中该缝隙可以优选构造成直线的或者构造成环形孔。由此，在该区域中实现电磁辐射的特别高的吸收值。
根据本实用新型的特别迎合制造技术上的可能性的有利的改进方案，在参照面或者测量板中以盲孔或者缝隙的形式形成了具有至少IOmm深度并且具有盲孔直径或者缝隙宽度小于IOmm的孔状凹处的标记或者孔。
当孔状凹处至少为IOmm深，优选至少为15mm深时，显著地降低反射性能。
额外地通过涂黑所述孔状凹处增强了吸收性能。用碳黑熏黑孔状凹处的内壁起到特别有效的作用。当孔状凹处的周围区域在所述提供工作区域的方案的范围内保持得尽可能明亮时，额外地提高了对比度。无论如何，必须以不同的区分力度将周围区域保持得比孔状凹处更亮。当所述孔状凹处的直径或者缝隙宽度小于10mm，优选小于6mm时，强化地抑制了从孔状凹处的光反射。
当在参照面或者测量板中布置至少三个或者四个孔状凹处时，改善了所检测的测量信号的分析精度。由此，可以在分析所产生的测量信号时动用最好的测量结果并且由此采用有质量的选择。
当至少两个所述孔状凹处具有不同的尺寸时，在空间定向方面简化了测量信号的分析。
测量机构优选构造成图像检测机构，该图像检测机构检测电磁辐射或者说光反射的在孔状凹处和该孔状凹处的周围区域之间的对比度。根据优选的实施方式，所述测量机构由立体摄像机形成。
本实用新型的其它优点和特征从下面对非限制性的实施例所作的描述中获得，其中参照下面的附图，附图在下面示出
图1是机器人与按本实用新型的位于冶金学的容器上的测量板共同作用，
图2是按本实用新型的具有孔状凹处的测量板的第一实施方式的剖视图，
图3是按本实用新型的具有孔状凹处的测量板的第一实施方式的俯视图，
图4是按本实用新型的具有孔状凹处的测量板的第二实施方式。
具体实施方式
图1以示意图示出了操作设备1，该操作设备构造成常规结构类型的多轴工业机器人，在将排出管2耦合到熔液容器3上时用于输送并且处理例如钢厂中的钢水。
测量板4固定在熔液容器上，该测量板带有四个标记5。所述标记5用于确定测量机构6的姿势。所述测量机构6构造成立体摄像机7并且产生了在测量板4的端面上的标记5的图像以及其周围区域8，或者也产生超出测量板的端面的周围区域。为了相对于熔液容器3上的标记5确定测量机构6的姿势并且由此最终确定操作设备1的姿势以及尤其该操作设备的没有详细示出的在该实施例中承载着排出管2的夹具9的姿势，固定了一系列基准点，这些基准点在图1中用0CP、CCP、TCP以及RCP表示。为所述测量机构6分配了分析机构10，该分析机构接收由测量机构6产生的图像信号并且根据分析程序进行分析并且确定测量机构的姿势。所求得的位置特征数据用于控制操作设备的多个控制机构11，例如在机器人手臂的关节中的控制机构。
在图2和3中以剖视图以及俯视图示出了按本实用新型的第一实施方式的具有四个标记5的测量板4。每个标记5由环形的缝隙12形成，该缝隙通过环形缝隙孔形成。该缝隙具有5mm的缝隙宽度B以及15mm的缝隙深度T。该环形缝隙孔的直径Dl、D2、D3、D4 在各个标记中是不同的并且在10和40mm之间。所述标记5在测量板4的端面上的布置以及其尺寸实现了测量机构相对于熔液容器3的中心点OCP的姿势的精确的确定。通常每个标记5形成了测量板4中孔状凹处15。
为了优化在测量板4的端面上所述标记5相对于周围区域8的对比度，所述测量板由不锈钢制成并且必要时进行喷砂处理，从而获得散射的表面。所述环形缝隙通过用碳黑熏黑或者相应的涂色涂成黑色，从而提高与周围的对比度。
所述标记作为缝隙的实施方式不限制于环形缝隙。所述缝隙也可以构造成具有有限的长度的直线的缝隙并且通过铣削构造在测量板中。
图4示出了具有四个由盲孔16形成的标记5的参照面13。所述盲孔直径DS为3 和6mm之间。所述参照面13要么是物体或者熔液容器3的直接的部分，要么如图2和3所示是测量板4的端面。
附图标记列表
1操作设备
2 排出管
3熔液容器
4 测量板
5 标记
6测量机构[0043]7立体摄像机[0044]8在测量板的端面上的标记的周围区域[0045]9操作设备的夹具[0046]10分析机构[0047]11控制机构[0048]12缝隙[0049]13参照面[0050]15孔状凹处[0051]16盲孔[0052]OCP、CCP[0053]TCP、RCP基准点[0054]B缝隙宽度[0055]T缝隙深度[0056]DL.D2[0057]D3、D4环形缝隙孔的直径[0058]Ds盲孔直径
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权利要求
1.用于改善操作设备的精度特性的装置，所述装置具有-操作设备(1)，-至少一个用于使所述操作设备(1)运动的控制机构(11)，-测量机构(6)，该测量机构独立于所述操作机构(1)或者直接定位在所述操作机构 (1)上，-用于由所述测量机构(6)产生的测量信号的分析机构(10)，以及-在有待触发的工具上的或者在机构C3)上的具有一个或者多个标记( 或孔的参照面(13)或者测量板(4)，其特征在于，以盲孔(16)或者缝隙(1 的形式形成了在所述参照面(1 或者所述测量板⑷中的孔状凹处(15)的标记(5)或者孔，其中，所述盲孔(16)或者缝隙(12)的深度与盲孔直径或者缝隙宽度的比例大于1。
2.按权利要求
1所述的装置，其特征在于，在所述参照面(13)或者所述测量板(4)中以盲孔(16)或者缝隙(1 的形式形成了具有至少IOmm深并且具有盲孔直径或者缝隙宽度小于IOmm的孔状凹处(15)的标记(5)或者孔。
3.按权利要求
2所述的装置，其特征在于，所述孔状凹处(15)至少深15mm。
4.按上述权利要求
中任一项所述的装置，其特征在于，将所述孔状凹处(1 涂黑。
5.按权利要求
2所述的装置，其特征在于，所述孔状凹处(15)具有小于6mm的盲孔直径或者缝隙宽度。
6.按权利要求
1所述的装置，其特征在于，所述孔状凹处(15)中的至少两个具有不同的尺寸。
7.按权利要求
1所述的装置，其特征在于，至少三个或者四个孔状凹处(1 布置在所述参照面(1 或者所述测量板中。
8.按权利要求
1所述的装置，其特征在于，所述测量机构(6)检测所述孔状凹处(15) 与该凹处(15)的周围区域⑶之间的对比度。
9.按权利要求
8所述的装置，其特征在于，所述测量机构(6)由立体摄像机(7)形成。
10.按权利要求
1所述的装置，其特征在于，所述操作设备是多轴工业机器人。
11.按权利要求
4所述的装置，其特征在于，将所述孔状凹处(1 用碳黑进行涂覆。
专利摘要
本实用新型的主题是用于改善操作设备如多轴工业机器人的精度特性的装置，具有操作机构(1)、至少一个用于使操作机构(1)运动的控制机构(11)、独立于操作机构(1)或者直接定位在操作机构(1)上的测量机构(6)、用于由测量机构(6)产生的测量信号的分析机构(10)以及在有待触发的工具上的或者在机构(3)上的具有一个或者多个标记(5)或孔的参照面(13)或者测量板(4)。通过以下方法实现精度特性的改善，即以具有特定深度以及具有特定盲孔直径或者特定缝隙宽度的盲孔(16)或者缝隙(12)的形式形成了在参照面(13)或者测量板(4)中的孔状凹处(15)的标记(5)或者孔，其中深度与盲孔直径或者缝隙宽度的比例大于1。
文档编号B25J9/16GKCN202088202SQ200990100252
公开日2011年12月28日 申请日期2009年3月24日
发明者F·维默, H·埃布纳, J·佩恩, M·赫施曼纳 申请人:西门子Vai金属科技有限责任公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan