Efficient commissioning of cooperating assembly-robots enabled by Indoor-GPS
Final Report Abstract
Innerhalb des Forschungsvorhabens wurde eine technologische Lösung zur Planung, Optimierung und Absicherung messtechnisch gestützte und roboterbasierte Montagesysteme im Kontext von Industrie 4.0 geliefert und dadurch ein signifikanter Beitrag zur Beherrschung zukünftiger Produktionstechnologien geleistet. Das Forschungsergebnis findet Anwendung innerhalb der Montage, welche als letzter Schritt im Produktionsprozess den Auswirkungen aller Fehler vorgelagerter Produktionsschritte und dem Spannungsfeld globalisierter und volatiler Märkte sowie den gesteigerten Produkt- und Produktionsanforderungen in einem besonderen Maße ausgeliefert ist. Messtechnisch gestützte und roboterbasierte Montagesysteme zeichnen sich durch den Einsatz geeigneter Messsysteme zur Digitalisierung von realen Bauteilen sowie Prozesszuständen aus und ermöglichen durch modellbasierte Algorithmen die Regelung der Prozesse sowie der Robotik. Diese Technologien ermöglichen flexible, adaptive, wandlungsfähige, wiederverwendbare sowie frei verkettete und skalierbare Produktionssysteme, welche über den Produktlebenszyklus hinaus und zur parallelen Produktion verschiedener Produkte eingesetzt werden können. Zur Planung, Optimierung und Absicherung messtechnisch gestützter und roboterbasierter Montagesysteme wurde innerhalb des Forschungsvorhabens ein virtueller Prototyp des Montagesystems abgeleitet, anhand dessen der technologische Reifegrad innerhalb einer Simulation optimiert und eine effiziente Inbetriebnahme und Rekonfiguration ermöglicht wird. Zu diesem Zweck wurde die Prozessfähigkeit des Gesamtsystems unter Berücksichtigung der Messunsicherheit der verwendeten Sensorik sowie der komplexen Wirkzusammenhänge zwischen den Komponenten des Montagesystems zu einer frühen Planungsphase bestimmt. Etablierte Simulationstools für roboterbasierte Montagesysteme finden während der Planung und Zellenauslegung sowie der Bahnplanung, Programmierung, Kollisionsüberwachung und der Berechnung von Taktzeiten zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit Anwendung. Diese genügen aber nicht den Anforderungen zur Planung messtechnisch gestützter und roboterbasierter Montagesysteme und ermöglichen keine zeit- und kosteneffiziente Inbetriebnahme und Rekonfiguration, weil nicht alle Randbedingungen und Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit der Messsysteme sowie keine Abschätzung der Prozessfähigkeit während der Simulation berücksichtigt wird. Daher wurde innerhalb dieses Forschungsvorhabens ein etabliertes Simulationstool um einen virtuellen Prototypen zur Planung messtechnisch gestützter und roboterbasierter Montagesysteme weiterentwickelt. Im ersten Schritt wurde basierend auf einer dynamisierten Toleranzkettenanalyse die Prozessfähigkeit des Montagesystems entsprechend den Prozessanforderungen und den Unsicherheitsbeiträgen jeder Komponente des Montagesystems ermittelt. Die Simulation roboterbasierter Montagesysteme wurde um die Sichtverbindungen eines optischen Messsystems am Beispiel des indoor Global Positioning System (iGPS) der Firma Nikon erweitert und die Signalstabilität qualitativ bewertet. Im nächsten Schritt wurde die Konfiguration des Messsystems zur Durchführung des individuellen Montageprozesses anhand einer Heuristik optimiert. Die Heuristik wurde aus den Untersuchungen zur Positionsregelung von Industrieroboter abgeleitet. Für die quantitative Bewertung der individuellen Konfiguration des verteilten Messsystems wurde dessen Messunsicherheit in Abhängigkeit der Konfiguration experimentell bestimmt und in einem Modell hinterlegt. Das daraus resultierende Ergebnis aus diesem Forschungsvorhaben ist die Erweiterung eines etablierten Simulationstools zur Offline-Programmierung von Robotern um einen virtuellen Prototypen zur Beschreibung eines messtechnisch gestützten und roboterbasierten Montagesystems. Dadurch wird die Auslegung und Optimierung des Montageprozesses und -systems unter Berücksichtigung der Messunsicherheit für den dynamisierten Prozessablauf ermöglicht. Zentraler Mehrwert aus dem Forschungsvorhabens ist die Optimierung der Konfiguration des Messsystems unter Berücksichtigung des Produktionssystems sowie des Prozessablaufs unter Verwendung eines Modells des laserbasierten Messsystems, welches die Messunsicherheit des iGPS qualitativ bewertet, optimiert und absichert.
Publications
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