VDI 2861 Blatt 3-1988 Assembling and handling characteristics of industrial robots testing of the characteristics.pdf

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1、DK 621.757:62-18:62-19 (083.132) VDI-RICHTLINIEN Mai 1988VEREINDEUTSCHERINGENIEUREMontage- und HandhabungstechnikKenngren fr IndustrieroboterPrfung der KenngrenVDI 2861Blatt 3Assembling and handlingCharacteristics of industrial robotsTesting of the characteristics VDIInhaltlich berprftund unverndert

2、weiterhin gltigSeptember2001Inhalt SeiteVorbemerkung 11 Geltungsbereich 32 Prfung der Wiederholgenauigkeit (Position und Orientierung) . 32.1 Kenngren zur Beurteilung der Wiederholgenauigkeit beim Positionieren und Orientieren 32.2 Ermittlung der Kenngren zur Wiederholgenauigkeit 32.3 Meverfahren zu

3、r Aufnahme der Positions- und Orientierungsabweichungen 53 Prfung der Wiederholgenauigkeit (Bahn) 73.1 Kenngren zur Beurteilung der Bahn-Wiederholgenauigkeit . 73.2 Ermittlung der Kenngren zur Bahn-Wiederholgenauigkeit . 83.3 Meverfahren zur Aufnahme der Bahnabweichungen 134 Prfung kinematischer Ken

4、ngren 154.1 Kenngren zur Beurteilung des kinematischen Verhaltens . . . .154.2 Ermittlung der kinematischen Kenngren 164.3 Meverfahren zur Aufnahme der kinematischen Kenngren . . .18VorbemerkungIn der Richtlinienreihe VDI 2861 werden technischeBegriffe und Kenngren fr Industrieroboter definiert und

5、Verfahren zu inrer Prfung vorgeschlagen.Herstellern und Anwendern soll damit die Mglichkeit zu einer eindeutigen Angabe von Kenngren und somit zu einem zahlenmigen Vergleichgegeben werden.Die Richtlinienreihe VDI 2861 besteht aus den folgenden drei Blttern:Blatt 1 AchsbezeichnungenBlatt 2 Einsatzspe

6、zifische KenngrenBlatt 3 Prfung der KenngrenIn Blatt 3 der Richtlinienreihe VDI 2861 wird diePrfung der zuvor in Blatt 2 definierten Kenngrenbehandelt. Die vorgeschlagenen Meverfahren und-anordnungen sollen auf eine Vergleichbarkeit derErgebnisse hinwirken.VDI-Gesellschaft Produktionstechnik (ADB)Au

7、sschu Montage- und HandhabungstechnikVDI-Handbuch Betriebstechnik, Teil 3Preisgr. 1 1B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19

8、CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1 988 VDI 2861 Blatt 3 -3-1 GeltungsbereichDie Richtlinie VDI 2861 Blatt 3 gilt fr Industrieroboter nach der in Richthnie VDI 2860 Blatt 1Handhabungsfunktionen, Handhabungseinrichtungen ; Be

9、griffe, Definitionen, Symbole“ gegebenenFestlegung. Die Richtlinie kann jedoch fr verwandte Gerte wie z.B. Einlegegerte, Manipulatoren und Teleoperatoren soweit zutreffend sinngem angewendet werden.2 Prfung der Wiederholgenauigkeit(Position und Orientierung)2.1 Kenngren zur Beurteilungder Wiederholg

10、enauigkeit beimPositionieren und OrientierenDie Prfung der Wiederholgenauigkeit von Industrierobotern beim Positionieren und Orientieren erfolgt in Anlehnung an die Richtlinie VDI/DGQ 3441Statistische Prfung der Arbeits- und Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen; Grundlagen“.Der Vergleich mit W

11、erkzeugmaschinen liegt nahe,da Industrieroboter in hnlicher Weise aus mehrerenhintereinander angeordneten Achsen) aufgebautsind, von denen jede einen eigenen Antrieb und eineigenes Steuer-, Regel- und Mesystem hat.Im Gegensatz zu Werkzeugmaschinen, bei denen dieKenngren der Positionsgenauigkeit fr j

12、ede Achsegetrennt und im nicht belasteten Zustand ermitteltwerden, sind bei Industrierobotern achsunabhngigeKenngren durch Messen in einem Bezugskoordinatensystem und unter -Nennlast zu bestimmen.Zur Beurteilung der Wiederholgenauigkeit beim Positionieren und Orientieren sind in den drei Achsrichtun

13、gen des gewhlten Bezugskoordinatensystems folgende in Richtlinie VDI 2861 Blatt 2 definierteKenngren zu ermitteln:mittlere Positionsstreubreite bzw.mittlere Orientierungsstreubreite undmittlere Umkehrspanne 0.) Pfeile kennzeichnen Begriffe, die in der RichtlinienreiheVDI 2861 definiert sind.2.2 Ermi

14、ttlung der Kenngrenzur Wiederholgenauigkeit2.2.1 Ermittlung der Gren einzelnerMepositionen in der zu prfenden Richtungdes BezugskoordinatensystemsZur Ermittlung der Kenngren wird innerhalb desgesamten Arbeitsraumes eine Anzahl von m Meorten vorgegeben. Je nach Art der Bewegungseinrichtung (vgl. Rich

15、thnie VDI 2860 Bl. 1) geschieht diesdurch Abspeichern von im Einrichtebetrieb eingefahrenen Positions- bzw. Orientierungsmewerten oderdurch direkte Programmierung oder durch Setzenvon Nocken oder Festanschlgen. Statistisch gesehenhandelt es sich bei diesen Meorten um m Stichproben mit dem laufenden

16、Index j.Jede Position bzw. Orientierung wird im Automatikbetrieb mehrfach, in der Regel in entgegengesetztenRichtungen, eingefahren. Die so ermittelte Anzahlvon n Einzelmewerten je Stichprobe wird durch denlaufenden Index i gekennzeichnet, whrend die beiden Anfahrrichtungen durch die Symbole | fr di

17、epositive und | fr die negative Richtung markiertwerden. (Erfolgt die Auswertung des Meergebnissesdurch einen Rechner, wird vorgeschlagen, die Anfahrrichtungen durch die Abkrzung POS bzw. NEGzu kennzeichnen.) Man erhlt dadurch fr jede Stichprobe j eine Anzahl von n Werten Xij aus positiverAnfahrrich

18、tung und von n Werten Xijl aus der negativen Anfahrrichtung. Die Zahlenwerte der GrenXjjt bzw. Xijl sind die Abweichungen vom jeweiligenzuerst eingegebenen Sollwert am Ort Xj. Wird freinen Stichprobenort Xj die Hufigkeitsverteilung derEinzelwerte aufgetragen, so ergeben sich die inBild 1 wiedergegeb

19、enen Zusammenhnge.Die Bestimmung der Kenngren ist um so zuverlssiger, je grer die Anzahl m der Meorte und jegrer die Anzahl n der Einzelwerte ist. Die Anzahlder im Arbeitsraum anzufahrenden Meorte solltemindestens m = 30 betragen. Es empfiehlt sich, jeweilsaus positiver und negativer Anfahrrichtung

20、mindestens 5 Mewerte am Stichprobenort Xj zu einerGruppe zusammenzufassen.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI 2861 Blatt 3 Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1988Bild 1 . Hufi

21、gkeitsverteilung der Einzelwerte an einem Meort2.2.2 Bildungsgesetze der Gren an einzelnenMeorten in der zu prfenden Richtungdes BezugskoordinatensystemsZur Ermittlung der einzelnen in Bild 1 angegebenenGren sind im wesentlichen einfache Rechenoperationen erforderlich, die ausgehend von den Einzelwe

22、rten Xij im folgenden zusammengestellt sind.Alle Werte gelten fr eine Merichtung.Begriff BildungsgesetzSpannweite Rj am Ort Xj inpositiver AnfahrrichtungSpannweite Rj am Ort Xj innegativer AnfahrrichtungMittlere Spannweite Rjam Ort XjMittlere Standardabweichungder Mewerte am Ort Xj(berechnet aus der

23、 Spannweite)Darin ist d ein Faktor, der aus folgender Tabelleentnommen wird. Er ist abhngig von der Anzahlder Mewerte in der Einzelstichprobe.Anzahl der Werte inder Einzelstichprobe 2 3 4 5 6 7dn 1,128 1,693 2,059 2,326 2,534 2,704Anzahl der Werte inder Einzelstichprobe 8 9 10 12 16 20dn 2,847 2,970

24、 3,078 3,258 3,532 3,735T ijmaxTj max i- j min i-= 2Begriff SymbolEinzelwert i am Ort Xj XijEinzelwert i am Ort Xjin positiver Anfahrrichtung XijiEinzelwert i am Ort Xjin negativer Anfahrrichtung XijiBegriff BildungsgesetzMittelwert der Einzelmewerte am Ort Xj inpositiver Anfahrrichtung1Mittelwert d

25、er Einzelmewerte am Ort Xj innegativer AnfahrrichtungStandardabweichung derMewerte am Ort Xj inpositiver Anfahrrichtung1 “Standardabweichung derMewerte am Ort Xj innegativer AnfahrrichtungMittlere Standardabweichungder Mewerte am Ort Xj _ SjT + Sji2Fr die rasche Abschtzung der Standardabweichungen a

26、ller Mewerte am Stichprobenort Xj kanndie Spannweitenmethode (Range-Methode) als Nherungsrechnung angewendet werden. Die Spannweiten sowie die Standardabweichungen berechnetman folgendermaen:2.2.3 Bildungsgesetze derKenngren fr die zu prfende Richtungdes BezugskoordinatensystemsZur Ermittlung der in

27、 Richtlinie VDI 2861 Bl. 2 definierten Genauigkeitskenngren mittlere Positionsstreubreite“ bzw. mittlere Orientierungsstreubreite“und mittlere Umkehrspanne“ sind zunchst fr jeden Meort Xj getrennt die Positionsstreubreite Pjbzw. die Orientierungsstreubreite Oj und die Umkehrspanne Uj zu berechnen. H

28、ierfr gelten folgendeBildungsgesetze :Begriff BildungsgesetzPositionstreubreite am Ort Xj(Reproduzierbarkeit der Position Xj,wenn Uj = 0)bzw. OrientierungsstreubreiteMaximale Positionsstreubreitebzw. maximale OrientierungsstreubreiteUmkehrspanne am Ort XjMaximale UmkehrspanneMittlere Abweichung vom

29、Sollwertam Ort XjWerden die fr mehrere Meorte 1 bis m in der zuprfenden Richtung des Bezugskoordinatensystemsermittelten Kennwerte ber dem Arbeitsraum,geordnet nach steigenden Koordinatenwerten ent-j 0,j = 6sjP =P s max sj maxmax j maxUj = xj-xjlmax j max-B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2

30、BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1988 VDI 2861 Blatt 3 -5-0,6 OA Arbeitsbereiches derjeweihgen Achse.2.3.2 Randbedingungen fr die Messungenzur Aufnahme der Positions- undOrientierungsabweic

31、hungenVoraussetzung fr die Aufnahme der Abweichungenist die Herstellung betriebshnlicher Bedingungen frB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-6- VDI 2861 Blatt 3 Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH

32、, Dsseldorf 1988Bild 3. Beispiele fr die mgliche Anordnung von Mepunkten (Meorten) in den Arbeitsrumen von Industrierobotern unterschiedlicher Bauformena) Bauweise in kartesischen Koordinaten: Bezugssystem (Merichtungen) X, Y, Z mit Hauptachsen identischb) Zylinderkoordinaten-Bauweise: Bezugssystem

33、(Merichtungen) R, Z, C mit Hauptachsen identischc) Faltarm-Bauweise: Bezugssystem (Merichtungen) beispielsweise R, Z, C mit Hauptachsen nicht identischVerbindungslinie, auf der mgliche Mepunkte () angeordnet werden knnen(mit Index) Arbeitsbereich auf der durch den Index gekennzeichneten Achse des In

34、dustrieroboters0,1 Index) Mindest-Anfahrweg fr die Bewegung auf der durch den Index gekennzeichneten Achse des Industrieroboters5w Schwerpunkt der NennlastTCP Werkzeugarbeitspunkt (Tool Center Point)den Industrieroboter. Hierzu gehren im einzelnen feste Fundamentierung des Industrieroboters, betrieb

35、sbereiter Zustand des Gertes und der Versorgungsaggregate, konstante Umgebungstemperatur, Anfahren der Meorte im Automatikbetrieb, feste Verbindung der Meeinrichtung mit demFundament, kurze Me- und Aufnahmezeiten, besonders beigleichzeitiger Messung in mehreren Achsrichtungen, mglichst berhrungslose

36、 Messung der Abweichungen. Belastung aller -Achsen des Industrieroboters,insbesondere auch der dritten Nebenachse (P-Achse), gegebenenfalls durch exzentrische Anordnung der Nennlast, bei Industrierobotern zur Werkzeughandhabung:Memglichkeit auerhalb des Schwerpunktesder Nennlast am Werkzeugarbeitspu

37、nkt (ToolCenter Point TCP).Diese Forderungen werden von der in Bild 4 skizzierten variablen Meanordnung erfllt. Sie gestattetsowohl eine Einstellbarkeit des Nennabstandesder Exzentrizitt e und der Position des Werkzeugarbeitspunktes TCP als auch eine Vernderungder Last F durch austauschbare Scheiben

38、. Die Mes-2.3.3 Meanordnungen zur Aufnahmeder PositionsabweichungenUm die Messungen zur Ermittlung der in RichthnieVDI 2861 Bl. 2 definierten Kenngren unter Bercksichtigung der dort beschriebenen Randbedingungen durchzufhren, sind folgende Merkmale zuerfllen : Belastung des Industrieroboters mit der

39、 -Nennlast Fn, Einhaltung des Nennabstandes zwischendem Schwerpunkt der Nennlast und der Schnittstelle Nebenachsen-Werkzeug, falls Nennlast und Nennabstand noch bestimmtwerden mssen bzw. die Abhngigkeit von Lastund Abstand festzustellen ist: Bercksichtigungvariabler Massen und Abstnde,“ Schnittstell

40、e“1 y Nebenachsen-Werkzeug; Nennlast aus variablen ScheibenBild 4. Variable Meanordnung mit Mekugel und SD-Mekopf zur Aufnahme der Positionsabweichungene Exzentrizitt (e? 0,5 /?n)/?N Nennabstand (/?TCP 1/5 /?n)5w Schwerpunkt der NennlastTCP Tool Center Point (Werkzeugarbeitspunkt)B974908A824A6748CAA

41、AA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten VDI-Verlag GmbH, Dsseldorf 1988 VDI 2861 Blatt 3 -7-sung der Positionsabweichungen erfolgt mit einem3 D-Mekopf ber eine Mekugel, die im AbstandRjcpl,5 von der

42、 Schnittstelle NebenachsenWerkzeug anzubringen ist. Zwecks Messung der Umkehrspannen mu der 3 D-Mekopf aus derMestellung zurckgezogen werden knnen.Die in Bild 4 gezeigte Meanordnung lt sich auchbei Industrierobotern ohne ausgeprgten Werkzeugarbeitspunkt unter der Annahme anwenden, dader Abstand ixcp

43、 0,05 (vgl- RichthnieVDI 2861 Bl. 2, Bild 6) vernachlssigbar klein ist.2.3.4 Meanordnung zur Aufnahmeder OrientierungsabweichungenGrundstzlich lassen sich Orientierungsabweichungen, d.h. Winkelabweichungen, mit ausreichenderAnnherung je- Achsrichtung durch zwei Wegmeelemente erfassen, indem die Diff

44、erenz beider Mewerte ins Verhltnis zum Abstand der Meelementevoneinander gesetzt wird.Die in Bild 5 skizzierte Meanordnung zur Aufnahme der Orientierungsabweichungen enthlt gegenber der Anordnung in Bd 4 statt der Mekugeleinen Mewrfel. Der 3 D-Mekopf ist je Merichtung mit zwei diagonal angeordneten

45、Wegmeelementen ausgerstet.Anmerkung : Aus den zur Erfassung der Orientierungsstreubreitengemessenen zwei Werten je Achse lassen sich auch die Positionsabweichungen in der betreffenden Achsrichtung berechnen. Die inBild 5 gezeigte Meanordnung ist daher bei entsprechender Auswertung auch zur Ermittlun

46、g der Positionskenngren geeignet.Schnittstelle Nebenachsen-WerkzeugNennlast aus variablen ScheibenMewrfel3 D-MekopfWegmeelementeBild 5. Variable Meanordnung mit Mewrfel und SD-Mekopf zur Aufnahme der Orientierungsabweichungene Exzentrizitt (ef0,5 /?n)/?N Nennabstand (/?TCP1 5 /?n)Sw Schwerpunkt der

47、NennlastTCP Tool Center Point (Werkzeugarbeitspunkt)2.3.5 Umkehrung der MeanordnungenBei automatischer Aufnahme der Positions- bzw.Orientierungsabweichungen an mehreren Stellen des Arbeitsraumes knnen die Meanordnungen umgekehrt werden : Der 3 D-Mekopf wird im AbstandSchnittstelleNebenachsen- Werkze

48、ugSchwerpunkt derNennlast (ausvariablen Scheiben)Weg me elemen te3 D-MekopfMewrfelBild 6. Umkehrung der Meanordnung aus Bild 5/?N Nennabstand (/?TCP1 ,5 /?n)e Exzentrizitt 0,5 /?m)TCP Tool Center Point (Werkzeugarbeitspunkt)RTCP von der Schnittstelle Nebenachsen-Werkzeug mit dem Industrieroboter mitgefhrt, whrendmehrere Mekugeln bzw. Mewrfel stationr im Arbeitsraum angeordnet sind. Ein Beispiel zeigtBild 6.3 Prfung der Wiederholgenauigkeit (Bahn)3.1 Kenngren zur Beurteilungder Bahn-Wied