本发明专利技术涉及将至少一个物体高精度定位到空间中最终位置的方法和系统。工业机器人（１１）在抓握公差内抓住并保持物体（１２）。为工业机器人（１１）确定校正抓握公差用的补偿变量。通过重复下列步骤直到在预先给定的公差内到达最终位置，将物体（１２）高精度地调节至最终位置：记录装置（１ａ、１ｂ）检测图像；根据记录装置（１ａ、１ｂ）的地点（Ｐａ、Ｐｂ）、角度测量单元（４ａ、４ｂ）检出的记录装置（１ａ、１ｂ）的相机（２ａ、２ｂ）的角度朝向、该图像及物体（１２）上的特征（１３）的信息确定出物体（１２）在空间坐标系的当前位置；计算物体（１２）的当前位置和最终位置之间的位置差值；考虑补偿变量，根据机器人（１１）的当前地点和与位置差值相关的变量算出工业机器人（１１）的新的目标地点；将工业机器人（１１）调节至新的目标地点。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用工业机器人和至少两个光学记录装置高精度地将具有已知 的能够光学检测的特征的至少一个物体定位在空间中的最终位置的方法，以及用于实施该 方法的相应系统。这种方法和系统尤其应用在例如汽车工业中的自动化生产线中的装配和 制造过程，在所述自动化生产线中，应当由工业机器人将物体(例如板金属车身部件或者 其他车身部件)高精度地带入空间中确定的地点和朝向中，以进行作业。
技术介绍
现有技术已知的搬运系统尤其是工业机器人(例如联杆臂机器人)用于将夹握装 置抓住的物体定位在空间中确定的地点和朝向，所述搬运系统尤其是工业机器人具有内部 的测量系统，该测量系统可以检测搬运系统的构件的地点并且因此给出夹持装置在空间中 的地点和朝向的信息。在此，必须区分与轴相关的(achsbezogen)坐标系和与空间相关的 (raumbezogen)坐标系。所述与轴相关的坐标系各自与机器人的轴和该轴的相应地点相关。 根据机器人的独立构件和独立轴的运动链以及它们的相应地点，可得出在该运动链末端处 的机器人作业工具(也就是夹握装置)的唯一位置(地点和朝向)。然而通过所谓的工具 中心点TCP以与空间相关的方式描述工业机器人的夹握装置的位置是优选的。所述工具中 心点是虚拟的基准点，位于机器人工具的合适点处。为了描述该机器人工具应占据的位置， 要限定该TCP的转动和该TCP在空间中的地点。具体地，利用所谓的德纳维特-哈滕伯格转 化(Denavit-Hartenberg-Transformation)，通过机器人控制器计算出该单独的机器人轴 必须占据的地点，从而该机器人作业工具能占据该预先给定的位置。具有其TCP的夹握装 置的位置优选地与大地坐标系、空间坐标系或者小室坐标系(Zellen-Koordinatensystem) 相关，该小室坐标系例如直接或间接地与机器人的第一轴的基座、基轴、基架或者机器人基 座相关并且与之接合。余下的子坐标系与大地坐标系、空间坐标系或者小室坐标系相关。当 然，所述的大地坐标系、空间坐标系或者小室坐标系没有必要是绝对的大地系统，所述系统 也可以归属于其他的系统。在此，所述坐标系也可以是在工艺内形成了上一级参考系的系 统。通常这个系统与工艺厅、工艺空间或工艺室的地板相接合。因此，可以通过对机器人控制器进行适当输入将包含被夹握物体的夹握装置调节 至确定的预先给定的地点。因此，通过预先给出夹握装置的地点，该被夹握的物体也被定位 在空间中。然而，这具有尤其是下列的两个问题。一方面，被设计用于保持重物体的传统工业机器人的测量系统不精确，不足以 使夹握装置处于一些制造方法中所要求的准确地点。虽然工业机器人的传动装置是足 够精确的，但是工业机器人的测量系统却不够精确。通过运动链，单独测量元件的测量 错误被放大。这个问题不但源于单独测量元件(尤其是联杆臂机器人的角度测量器 (Winkelmesser))的测量精度，而且源于机器人构件的无法避免的弹性。另一方面，由夹握装置的地点以及由此的该夹握装置在空间中的位置还不能产生 所需的物体在空间中的位置，这是因为通常物体仅是在夹握公差内被抓住。这个夹握公差15常常超过所需要的定位精度。因此，还必须考虑抓握误差也就是物体相对于夹握装置的位 置。为此，使用不再归属于机器人的分立的测量系统，尤其是非接触式的光学测量系统。这 才允许物体在空间中以所需的精确度定位在确定的位置。从国际专利公开WO 2007/004983A1 (Pettersson)中已知了一种用于工件(尤其 是压板金属制件或者复合金属板)的结合焊接方法。这些待结合在一起的工件由工业机器 人保持并且由该工业机器人彼此间相对定位以用于相互焊接连接。在进行焊接连接的期 间，工件由工业机器人保持在各自的位置，因此保持了所述部件相互间的相对位置。例如由 焊接机器人实现所述焊接。为了在焊接工艺之前定位工件，测量系统测量该工件的地点。在 焊接工艺期间尤其是连续进行该测量。所描述的方法使得可以省去常规的、工件专用的、在 焊接前工件必须固定于其中的复杂而难于制造的模具和容器。工业机器人可以通用于不同 形状以及结构的工件，这是因为作为由测量系统检测工件的地点的结果，可以识别和监测 这些工件并准确地彼此间相对地定位这些部件。因此，单个系统可应用于不同的工件。因此 不需要变换工件容器。根据该公开，所描述的方法尤其适用于特别是汽车工业中的板材制 件的焊接。测量系统的可能给出的示例通常是激光三角测量法，在该激光三角测量法中，测 量工件上预先限定的点。为此，在该工件上例如安装一些反射器。根据该说明，可以由光源 和二维检测器确定各反射器的地点，因此，由三个这样的点可以检测该工件的地点和朝向。 但在国际专利公开WO 2007/004983A1中没有详细描述该测量系统的准确构造。美国专利文献US 5，380，978 (Pryor)描述了一种利用工业机器人在空间中定 位物体尤其是板材制件的方法。所使用的测量系统为相机等形式，为了三维检测物体在 空间中的位置，而具有合适的立体基座(stereobase)。为了调节视野范围，所述相机被 实现为是可转动的，并且在特殊的实施方式中被构造为经纬仪相机，该经纬仪相机也可 以包括激光测距仪。在此，所描述的经纬仪用作相机的精密调节装置。在美国专利文献 US4, 851，905 (Pryor)和 US 5，706，408 (Pryor)中也描述了类似的测量系统。这些系统和方法共同特征是由非接触摄影测量式坐标测量，在图像处理系统的 帮助下确定物体上的多个标注点的地点。对于在近区中物体表面上坐标的非接触摄影测量式测量，通过将图像数据转换到 物体坐标系(在该物体坐标系中，测量该物体并且该物体坐标系例如基于物体的CAD模型) 中，根据从不同视角再现物体的图像推断出该物体的相对于图像中其他物体的尺寸以及位 置。为此，所述图像数据在数据处理单元中被处理。坐标计算的基础是确定所涉及的图像 的相对的相机朝向。如从现有技术已知的，在此存在这样的可能性，即由单个相机从不同的视角以时 间上偏移的方式记录物体表面的待测区域部分并且随后由图像处理系统将每个二维图像 数据处理成所说的三维图像。在此，景深信息(Tiefeninformationen)分别与该三维图像 的像素相关，因此根据相机以及相机的视角确定的图像坐标系中的3D图像坐标与各待检 查的像素(尤其是所有的像素)相关。根据从不同视角显示同样场景的多个二维图像产生 这种类型的三维图像的各种图像处理方法已经在本领域中已知。此外，如本领域同样已知的，与由一个相机从不同的视角时间偏移地对区域部分 进行记录相反，可由多个相机基本同时地进行记录。这种方式具有两个优点在不移动相机 的情况下就能够三维地检测该区域部分；以及因为这些相机可以彼此处于固定的相对朝向16和相对距离，从而取消了对相应的相机朝向的检测。本领域已知这样的不同的3D图像装置，所述3D图像装置基本上由两个或三个相 机组成，这些相机彼此间隔开(即具有立体基座)地容纳在共有的壳体中，这些相机彼此固 定联接，以用于从各个不同的但是相对固定的视角对场景进行记录。因为被记录的区域部 分不一定具有允许图像被电子处理的图像特征，因此可以在该区本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种利用工业机器人将至少一个物体高精度地定位在空间中的最终位置的方法，所述方法具有●可调节至可预先给定的地点的第一工业机器人（１１），以及●第一光学记录装置（１↓［ａ］），所述第一光学记录装置（１↓［ａ］）在三维空间坐标系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第一地点（Ｐ↓［ａ］），所述第一光学记录装置（１↓［ａ］）具有－经光学校准的用于记录确定的第一视野范围（８↓［ａ］）内的图像的第一相机（２↓［ａ］），－用于确定所述第一相机（２↓［ａ］）的朝向来调节所述第一视野范围（８↓［，并且－通过获取下列数据来确定所述第一补偿变量◆所述第一工业机器人（１１）的所述第一补偿地点，以及◆至少在所述第一工业机器人（１１）的所述第一补偿地点确定出的所述第一物体（１２）的位置，并且●通过重复下列步骤直到以预先给定的公差到达所述第一最终位置，将所述第一物体（１２）高精度地调节至所述第一最终位置－记录下一次的第一图像记录－根据下列数据确定出所述第一物体（１２）在所述空间坐标系中的当前位置◆所述记录装置（１↓［ａ］、１↓［ｂ］）的所述地点（Ｐ↓［ａ］、Ｐ↓［ｂ］），◆所述角度测量单元（４↓［ａ］、４↓［ｂ］）检测出的所述相机（２↓［ａ］、２↓［ｂ］）的角度朝向，◆所述下一次的第一图像记录，以及◆所述第一物体（１２）上的所述第一特征（１３）的信息，－计算所述第一物体（１２）的当前位置与所述第一最终位置之间的位置差值，－在考虑所述第一补偿变量的情况下，根据下列数据计算出所述第一工业机器人（１１）的新的目标地点，◆所述第一工业机器人（１１）的当前地点，以及◆与所述位置差值相关联的一个变量，并且－将所述第一工业机器人（１１）调节至所述新的目标地点。ａ］）的第一驱动单元（３↓［ａ］），以及－第一角度测量单元（４↓［ａ］），在所述空间坐标系中被校准，用于高精度检测所述第一相机（２↓［ａ］）的角度朝向，从而在所述空间坐标系中确定所述第一视野范围（８↓［ａ］），●至少一个第二光学记录装置（１↓［ｂ］），所述第二光学记录装置（１↓［ｂ］）在所述三维空间坐标系中被校准并且以已知的朝向定位在已知的第二地点（Ｐ↓［ｂ］）中，所述第二光学记录装置（１↓［ｂ］）具有－经光学校准的、用于记录确定的第二视野范围（８↓［ｂ］）内的图像的第二相机（２↓［ｂ］），－用于确定所述第二相机（２↓［ｂ］）的朝向来调节所述第二视野范围（８↓［ｂ］）的第二驱动单元（３↓［ｂ］），以及...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德瓦尔泽，伯恩哈德麦茨勒，贝亚特埃比舍尔，克努特西尔克斯，波佩特尔松，
申请(专利权)人：莱卡地球系统公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]
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