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

Weiterentwicklung von Konzepten zur ökonomischen Industrieroboterkalibrierung in Bezug auf ein Basiskoordinatensystem

Industrieroboter gewinnen durch ihre vielfältige Einsetzbarkeit sowohl in vielen Bereichen der Industrie als auch in der Messtechnik an Interesse. Ein großer Arbeitsbereich, hohe Traglasten und geringe Investitionskosten sind dabei wesentliche Faktoren die zur Steigerung der Produktivität und Qualität von Gütern beitragen. Wesentlicher Nachteil beim Einsatz von Industrierobotern ist allerdings die Genauigkeit. Viele industrielle Anwendungen fordern Genauigkeiten die im Submillimeterbereich liegen. Damit diese Anwendungen auch umgesetzt werden können, sind Maßnahmen zur Steigerung der Genauigkeit zwingend notwendig.
Motivation und Ziele: 

Industrieroboter gewinnen durch ihre vielfältige Einsetzbarkeit sowohl in vielen Bereichen der Industrie als auch in der Messtechnik an Interesse. Ein großer Arbeitsbereich, hohe Traglasten und geringe Investitionskosten sind dabei wesentliche Faktoren die zur Steigerung der Produktivität und Qualität von Gütern beitragen. Wesentlicher Nachteil beim Einsatz von Industrierobotern ist allerdings die Genauigkeit. Viele industrielle Anwendungen fordern Genauigkeiten die im Submillimeterbereich liegen. Damit diese Anwendungen auch umgesetzt werden können, sind Maßnahmen zur Steigerung der Genauigkeit zwingend notwendig. Entscheidenden Einfluss auf die Genauigkeit kann mit der Bestimmung der Roboterposition in Bezug auf sein Werkstück und der Ausmaße eines montierten Werkzeugs genommen werden. Hierzu kommen verschiedene Strategien zum Einsatz, welche sich je nach Aufgabengebiet und damit der Genauigkeitsanforderungen an den eingemessenen Industrieroboter mehr oder weniger gut eignen. Im Rahmen einer studentischen Arbeit erfolgte daher eine Untersuchung ökonomischer Konzepte zur simultanen Bestimmung der Roboter- und Werkzeugposition.     

Aktivitäten: 

Die Hochschule Mainz ist seit 2016, durch die Eröffnung des von der Carl-Zeiss-Stiftung „Invest“ geförderten Labors für angewandte Robotertechnik ROBOLAB, in Besitz mehrerer Roboter. Der für die Untersuchungen zugrundeliegende Roboter ist dem Bereich „digitale Fertigung“ zugeordnet und wird zur Anfertigung verschiedener und neuartiger Raumstrukturen eingesetzt (KUKA KR60 HA mit Elektrospindel der Firma HSD Mechatronics). Kern der Untersuchungen ist die Weiterentwicklung von Messkonzepten, mit denen Roboter-Base (Transformation von Roboterstandpunkt zum Werkstück) und Roboter-Tool (Transformation von Roboterendpunkt zum Bearbeitungspunkt eines externen Werkzeugs) am wirtschaftlichsten bestimmt und die erhalten Ergebnisse zuverlässig kontrolliert werden können. Dazu wurde zum einen der Einfluss verschiedener Messkonfigurationen untersucht. Weiterhin wurden neue Bestimmungsmethoden getestet, Strategien zur Kontrolle der erhaltenen Ergebnisse entwickelt und der Einfluss verschiedener Werkzeuggewichte auf die Base-Bestimmung simuliert.

Ergebnisse: 

Es erfolgte eine Optimierung der 10-Punkte-Methode. Dazu wurden verschiedene Konfigurationen für die Passpunkte zur Lösung der Base und des Tools mittels OpenIndy Plug-In „RoboCalc“ getestet. Anhand der Ergebnisse wurde das bestehende Messkonzept ergänzt und auch validiert. Dabei ergaben sich interessante Erkenntnisse bezüglich Punktanzahl und Punktverteilung. Verglichen wurden die simultan erhaltenen Ergebnisse von Base und Tool mit wenigen Zehntel Millimeter genauen Referenzdaten. Ein guter Workflow zur Base-Kontrolle wurde ebenfalls gefunden.

Weiterhin wurde im Zuge der Messungen eine neue Strategie zur Bestimmung der Base entwickelt. Trotz guter Durchführbarkeit und Genauigkeit liegt ihr größter Nachteil in der Notwendigkeit eines bestimmten Tools. Die Vorgabe einer simultanen Bestimmung konnte deshalb nicht eingehalten werden. Jedoch stellt die Methodik eine gute Alternative zu anderen behandelten Methoden dar, die ebenfalls ausschließlich die Base bestimmen.

Die Untersuchung des Einflusses von verschiedenen Werkzeuggewichten auf die Base zeigte, dass sich gravierende Abweichungen bei Nichtbeachtung der korrekten Tooldaten ergeben und die Bestimmung und Eingabe dieser deshalb zwingen zu empfehlen ist.

Eckdaten

Zeitraum:     18.06.2018 - 24.08.2018
  • – Jan-Niklas Weis
Kooperation:
  • – sigma3D GmbH
Titelbild:
  • Stationärer Industrieroboter KR 60 HA der Firma KUKA (Foto: Katharina Dubno)
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