Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

Kameragestütztes Trackingsystem zur Verbesserung der Absolutgenauigkeit von Robotern - OptoPose

Roboter sind heute das wichtigste Arbeitswerkzeug in der industriellen Produktion und beeinflussen durch ihre Charakteristik ganz entscheidend die Produktivität und Qualität im Herstellungsprozess. In der Qualität spielen vor allem Passungsfragen eine Rolle, die wiederum von der Fähigkeit abhängen eine bestimmte Raumposition sehr genau anfahren zu können.
Motivation und Ziele: 

Hohe absolute Positioniergenauigkeit ist für Produktionsabläufe mit variierenden Bauteilabmessungen notwendig. Auch bei Messrobotersystemen gibt es Fälle, in denen die eingelernten Messpunkte schnell zu verändern sind, um auf geänderte Produkteigenschaften oder aktuelle Qualitätsprobleme flexibel zu reagieren. Nachdem verschiedene Stellungen des Roboters eingelernt sind, werden diese mit hoher Präzision angefahren. Typischerweise liegt die Präzision im Bereich von 0,15 bis 0,5 mm. Größe des Roboters, Temperaturänderungen und Betriebszeit schränken die Genauigkeit weiter ein. Im Gegensatz zur Wiederholgenauigkeit ist die absolute Positioniergenauigkeit um Größenordnungen schlechter – typisch 1 bis 2 mm.

Verbesserungen am Roboter haben bisher nicht zur Steigerung der Positioniergenauigkeit beigetragen. Ein anderer viel versprechender Ansatz ist die externe Überwachung des Roboters und die präzise Ermittlung seiner Position im Raum. Hierzu bietet das Messsystem „OptoPose“ eine Lösung an.

Aktivitäten: 

Das Mehrkameramesssystem „OptoPose“ ermöglicht die Erhöhung der Absolutgenauigkeit von Positioniersystemen, i.d.R. Industrierobotern. An dem Roboterkopf kann z.B. ein Bearbeitungssystem oder ein Messsensor befestigt sein (Endeffektor). Das Messsystem arbeitet mit mehreren hochauflösenden und kalibrierten Messkameras, die den Arbeitsraum des Industrieroboters überwachen. Auf dem Endeffektor des Industrieroboters sind entsprechende Zielmarkierungen als Referenzobjekt angebracht. Mit dem ist es möglich, die Position und Orientierung des Endeffektors hochgenau, sicher und schnell zu bestimmen.

Das vorgestellte Messsystem „OptoPose“ arbeitet in seiner aktuellen Konfiguration mit vier hochauflösenden Industriemesskameras, die das Referenzobjekt in einem Arbeitsbereich von 2×2×1 m³ überwachen.

Die Position des Effektors und somit die Punktmessgenauigkeit am Objekt kann auf 0,1 mm bei 2s bestimmt werden. Die Posenbestimmung kann mit der aktuellen Konfiguration mit einer Taktrate von 1 Sekunde erfolgen.

Ergebnisse: 

Mit dem Messsystem „OptoPose“ wird die bislang typische Schwäche der Industrieroboter bei der Absolutgenauigkeit eliminiert. Insbesondere der Einsatz von industriellen Messrobotern wird wesentlich einfacher und flexibler. Die eigentliche Positioniergenauigkeit des Roboters spielt keine Rolle mehr. Somit können die Fahrprogramme ohne Beachtung bisheriger Restriktionen einfach verändert werden.

  • Erhöhung der Absolutgenauigkeit von Positioniersystemen z. B. Industrierobotern 
  • Position und Orientierung eines Endeffektors hochgenau, schnell und sicher bestimmbar 
  • Positionsbestimmung unabhängig von Herstellertyp und Positioniergenauigkeit des Roboters 
  • Arbeitsbereich von 2×2×1 m³ 
  • Punktmessgenauigkeit am Objekt 0,1 mm bei 2sigma

Eckdaten

Zeitraum:     01.09.2007 - 30.09.2009
Beteiligte Personen:
  • – Rainer Schütze, M.Sc.
Kooperation:
  • – Metronom Automation GmbH
  • – Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Förderkennzeichen:     KF0069602SS6
Titelbild:
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