Robotic supported metrology with cameras to carry out measuring tasks and user aided fine programming
Final Report Abstract
In der ersten Projektphase wurde ein System entwickelt, mit dem der Manipulator eines 6-Achsen-Knickarmroboters automatisch, relativ zu einer planen Oberfläche ausgerichtet werden kann. Dabei wurden zwei Regelstrategien genutzt. Zum einen die positionsbasierte Regelung, die eine schnelle Korrektur erlaubt, aber mit einer relativ hohen Unsicherheit behaftet ist. Zum anderen die bildbasierte Regelung, die zu einer präziseren Ausrichtung führt, aufgrund der iterativen Regelung aber langsamer ist. In der zweiten Projektphase wurden die beiden Regelverfahren optimiert und zu einer kombinierten Regeistrategie vereint. Die Funktionalität wurde durch die Möglichkeit zur Ausrichtung über Kanten erweitert. Im Anschluss an die Positionskorrektur kann eine geometrische Messung definierter Merkmale durchgeführt werden. Abschließend wurde der Regelalgorithmus durch Vergleichsmessungen mit einem Lasertracker bewertet und die Unsicherheit der geometrischen Messung mithilfe von Einstellringen bestimmt. Ausgehend von einer Verkippung der Kamera zur Oberfläche von bis zu 30° haben Untersuchungen ergeben, dass die senkrechte Ausrichtung mit einer Absolutgenauigkeit von 0,5° und einer Wiederholgenauigkeit von 0,2° erreicht wird. Durch die automatische Posekorrektur konnte der Einfluss der Verkippung zwischen der Kamera und dem Messmerkmal auf die Mess Unsicherheit des Systems reduziert werden, so dass geometrische Messungen mit einer Unsicherheit von weniger als 0,05 mm durchgeführt werden konnten, auch wenn die Kamera und das Messmerkmal in der Ausgangslage um 30° zueinander verkippt waren. Die zusätzlich entwickelte automatische Kamerakalibrierung lässt den Einsatz konventioneller, kostengünstiger Optiken zu. Auf dieser Grundlage wurde ein robotergestütztes Messsystem entwickelt, mit dem geometrische Prüfaufgaben schnell und einfach durchgeführt werden können. Somit kann das Intelligente Stativ zur Durchführung automatisierter Prüfaufgaben in der Großserie wie z.B. der Automobilindustrie eingesetzt werden. Bei der Durchführung manueller Prüfaufgaben in der Kleinserie unterstützt das Intelligente Stativ den Bediener bei der Feinausrichtung über dem Prüfmerkmal. Durch diese zusätzliche Flexibilität und die damit verbundene Zeitersparnis bei der Programmierung wird der Einsatz von Robotern in der Kleinserie gefördert. Nach Abschluss des Forschungsvorhabens muss die Anwendung des Intelligenten Stativs zur optischen Bauteilprüfung in einem industriellen Feldversuch untersucht werden. Das Verfahren der Positionsregelung auf Basis des Tiefenschärfeeffekts ist für jede visuelle Lageregelung geeignet, bei der dieser Effekt aufgrund der optischen Abbildungsverhältnisse auftritt. Daher müssen weitere Einsatzfelder identifiziert und in Bezug auf das Potenzial der visuellen Lageregelung bewertet werden.
Publications
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Pfeifer, T.; Manning, F.: Selbstausrichtender Messroboter für Sichtprüfaufgaben im Nahbereich. In: Technisches Messen, 71. Jg., 2004, Nr. 7/8, S. 417-426
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Schmitt, R.; Dietrich, B., Lolling, A.; Zapf, C.; Chaineux, D.: Automatisierung der Oberflächenprüfung von Landeklappen. In: VDI-Z Integrierte Produktion, Nr. 6, S. 67-70, 2007
