提高自动化精度的外部系统技术方案

本发明专利技术涉及测量系统（所述的系统），它能活动地确定一种运动设备的６自由度（６－ＤＯＦ），其中所述的运动设备可以而非限制性地为一种工业自动化驱动的机械手臂末端工具（ＥＯＡＴ）。所述的系统包括不具有内部测距能力的激光对瞄设备与装有ＥＯＡＴ的目标相结合，一起活动地确定至少一个运动设备在不同工作位置时ＥＯＡＴ的动作。

【技术实现步骤摘要】
提高自动化精度的外部系统
本专利技术涉及提闻精度的自动化系统和设备，以及提闻精度的方法。
技术介绍
在自动控制装置和数字控制(NC)运动系统的领域内，大量的精力和研究用于追求对运动装置和运行系统的建模和特征描述的精确度的提高。特别是工业自动控制装置，制造商和次级市场公司主要集中在对自动控制装置的“再现”条件进行建模。通常，在全面对自动控制装置工作范围的各种姿势下的一次性容积标定结果的基础上进行调整自动控制装置运动学模型参数；通常，一个如激光跟踪器的外置测量设备用于测量和比较自动控制装置在定点位置的实际姿势(或只是位置)。更进一步，上述自动控制装置容积标定包括在生产车间内定期的进行类似的操作，但不在生产过程中进行。这种离线标定方法只提供了自动控制装置在特定时间的快照，不能对由于不可避免发生的磨损或可能的热变形导致精确度降低的系统进行标定。 本专利技术涉及各种现有技术的激光跟踪系统的方法，它可以对任何一个目标的3至6个自由度(DOF)的定位，标正自动装置可在工件上执行对准操作。这些现有技术系统和方法，如克雷梅尔斯等人的美国专利号4412121，桥本等人的4707129，刘等人的4714339，哈费等人的4792228，支那等人的5042709，伦德伯格基等人的5100229，斯内尔等人的5907229和梅纳德等人的6400452。例如，刘等人的美国专利号4714339，提出通过一个5个自由度跟踪系统简化得到一个三维跟踪系统。 还有其他提高精度的方法涉及自动控制装置运动学模型参数的在线更新，通常要么通过定期对自动控制装置末端受动器(在不同的姿势下)固定安装通常不存在自动控制装置的实际“工作空间”的传感器，要么通过“加强”编码器来读取自动控制装置接合点(或联合体)。至少有一种方法涉及在自动控制装置的“工作空间”中测量自动控制装置末端受动器位置，但不会在自动控制装置实际工作周期内完成。所有上述方法，是否打算是”一次性”或定期更新，最终只有通过预测，视为”被动”真正知道末端受动器的趋向姿势。 自动控制装置末端受动器(实时)有效测量通过外置测量设备进行长期的调查，同时，许多商业应用目前正在实施或已经实施。但单线观测仪(LOS)，激光跟踪仪和激光雷达器具备必要的精度用以指导/纠正自动控制装置的各种制造工艺。激光跟踪仪，他们需要时间来“寻找”立体角度的目标。激光雷达器，通常是半球形扫描目标。每个类型的系统由于昂贵得买不起导致广泛应用于实时有效纠正自动控制装置的应用发展缓慢。6-D0F采用传统的立体角度反射有赖于要么多个激光跟踪仪，要么，更常见的是，测量多个立体角度的目标在机械手臂末端工具(EOAT)。许多专门设计的目标已经发现，也就所说的5-D0F或6-D0F,通过采用激光跟踪仪的单线观测器(采用干涉测量法和/或飞行时间，或相位转换技术)。这样一个立体角度测量设备具有顶上开的孔比激光光束直径还小，允许一部分激光被后面的光敏检测器折射，从而提供目标的五自由度(X，1，Z，倾斜，偏离角)，如马肯多夫等人的美国专利号6667798。例如，祖布如等人的美国出版物号20060222314，增加了 5-D0F目标的发射照片的图案；当通过外置在激光跟踪仪上的摄像机来测量，目标转动可以确定。通过激光跟踪仪背上的起作用的探测器具有多个LED的摄像机用来捕着。在这种情况下，激光跟踪系统不会因立体角度浪费时间，因为它可以用先前的探测器位置的信息来使摄像机的LED的测量。这种解决方案有一定的限制。由于观看摄像机的LED的顶点之间的角度相当小，在LED横向位置存在一些误差致使在6-D0F解决方案中的角度测量误差。类似的角度误差由光敏器件和立体角度之间的细小的距离产生；一些误差存在于计算光敏表面的激光光斑位置的结果中，在目前的大角度测量误差由于需要保持目标规格足够小来组装在自动控制装置的末端受动器上。此外，此灰度选项相当昂贵，而且探头太大，定向仅限于安装在大部分自动控制装置的末端受动器上，尤其是在这个过程需要一个完整的自动控制装置运动范围的姿势。刘等人的美国出版号20030043362描述了一个通过激光跟踪仪可提供6个自由度的目标来有效的进行目标探测，其中偏振光结合使用的是目标的推断空间。这个目标的优势是旋转以保持其垂直入射的跟踪激光束孔径。尽管如此，这一目标还是受到偏离角、倾斜角和空间探测的限制；缺乏对高精度自动控制装置应用校正所需的准确性；多个末端器设计组合仍然过大；同时价格昂贵。这里所述的探测器一般太大用于定位接近自动控制装置的中心点工具(TCP)，当确定TCP姿势时将导致“杠杆臂”影响。此外，再加上一个事实，它们需要激光跟踪仪或摄像机增强激光跟踪器来组合，这样的系统价格昂贵，特别是与一个标准的自动控制装置的机械臂的基准价格相比。 最近室内光学全球定位系统的进展已经对许多制造业提供解决方案，可以提供一个通用的自动控制装置的姿态，但是现在，这个系统还没有在对那些需要高精度的自动控制装置导航应用中论证。该系统有大视野接收器用于捕着激光发射器输出，但仍是L0S。在高精度自动控制装置的导航方面，室内GPS的成本效益仅仅只能实现大视野接收器用于大规模的生产车间。 摄影测量被采用于自动控制装置有效校正时有不同程度的成功。大多数用于末端效应的“有效”目标，如LED，以及不依赖于传统技术的使用外部照明的反光贴纸。这些摄影测量解决方案，一般分为两类。第一类是关于“单传感器结构”的解决方案，其中多个光敏器件在单一的结构内分配(通常有三种不同的视线从结构内所产生的)。第二类涉及提供在重要空间内使用多个静态定位摄像机的角度重叠技术。摄影解决方案具有的巨大优势就是非常高的刷新率(例如，三个目标的测量通常可以在不到一毫秒，并提供六-DOF目标)。这个速度允许对多个协调组件进行不间断的动态跟踪，甚至可以接受大多数生产环境中的振动。考虑到这些特点，人们会认为这个逻辑解决方案能够对高精度自动控制装置进行最有效的校正。然而，这里有几个细微之处需要解释。首先，在对重要空间内“单传感器结构”摄影解决方案仅限于一个楔子，通常仅适用于距离设备6米内(距你越近的传感器，横向视野变得越小)。由于放置在通用的自动控制装置末端受动器上的LED目标之间需要适当的空间非常小，通常导致被系统认为在LED之间缺少顶点角。为了把所有的光敏器件和光学器件放在一个单传感器结构内，彼此之间的视线顶点角就会受到影响。因此，虽然这类传感器通常具有相当准确的横向方向，距离测定的最弱点是6-D0F组件。缺少的顶点角可以通过在就近的90度方向上增加另一摄影头来校正第一摄影头，但是两个楔形空间之间的重叠造成的结果是使大多数的应用变得很小。考虑到一个单头摄影测量系统的成本通常高于激光跟踪仪，每次空间测量成本成为一个巨大的影响因素。这第二种方法可有效地摄影测量目标，一般采用重叠视野多角度传感器，使各摄像机的顶点角显著提高。在操作过程中，传感器是静态定位，摄像机必须是在整个空间内校正。此外，虽然，各摄像机的体积之间的重叠是有限的。而且，尽管这些摄影测量系统类型的传感器比“单传感器结构”的品种更便宜，但相比于自动控制装置的成本，它们仍然相当地昂贵，因此增加了额外的LOS功能通过增加更本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高自动化精度的方法，其特征在于，包括步骤：将作为芯片的光敏阵列附在快板上并将多个安装元件安装在快板上以形成活动目标；将多个可移除的校准目标附在活动目标上；将至少一个活动目标和可移除的校准目标与一个控制器可操作地连通；提供一个校准点以建立一个校准点坐标系统；将至少三个可移除的校准目标附在所述校准点上；以及与位于所述校准点上的活动目标一起进行校准程序，从而允许多个附在活动目标上的可移除的校准目标能在坐标系中被测量，诸如光敏阵列的像素点，光敏列阵没有使用透镜系统，从而进行除了它的光敏表面之外的外部区域的观察。

【技术特征摘要】
1.一种提高自动化精度的方法，其特征在于，包括步骤: 将作为芯片的光敏阵列附在快板上并将多个安装元件安装在快板上以形成活动目标； 将多个可移除的校准目标附在活动目标上； 将至少一个活动目标和可移除的校准目标与一个控制器可操作地连通； 提供一个校准点以建立一个校准点坐标系统； 将至少三个可移除的校准目标附在所述校准点上；以及 与位于所述校准点上的活动目标一起进行校准程序，从而允许多个附在活动目标上的可移除的校准目标能在坐标系中被测量，诸如光敏阵列的像素点，光敏列阵没有使用透镜系统，从而进行除了它的光敏表面之外的外部区域的观察。2.如权利要求1所述的提高自动化精度的方法，其特征在于，包括通过使用一个外部测量系统来测量所述可移除的目标元件从而来确定像素-外部坐标系转换，继而建立一个相对于外部坐标系的光敏目标的步骤。3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：布雷特·阿伦·博敦，迈尔斯·丹尼尔·马基，迈克尔·约翰·克里曼，
申请(专利权)人：维尔瑞尔逊瑞达克逊科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US