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Kamerabasierte Bahnplanung

Projektförderung

Hintergrund

Durch fallende Anschaffungskosten ist die Einstiegshürde bei Industrierobotern in den letzten Jahren deutlich gesunken. Dennoch ist die Verbreitung von Roboteranlagen in kleinen und mittleren Betrieben noch sehr gering. Der Grund hierfür liegt vor allem darin begründet, dass der Aufwand für die Vorbereitung von Industrierobotern zur Bearbeitung sehr groß ist und viel Spezialwissen erfordert. Für jede neue Aufgabe muss der Roboter erneut Programmiert werden.

Bei der Roboter Programmierung wird jede Bewegung, Drehung und Auf- oder Abwärtsbewegung eines Roboters genau in einem vorgegebenen Raum programmiert. Dem Programm liegt ein fixer Nullpunkt zugrunde. Aus diesem Grund muss jedes neue exakt gleich im Raum ausgerichtet werden, damit das Programm auch für dieses Teil stimmt. Um eine Genaue Positionierung der zu bearbeitenden Teile sicher zu stellen sind zusätzlicher Aufwand und weitere Kosten für Spann- und Vorrichtungssystem notwendig.    Bei Teilen die über mehrere Varianten verfügen muss für jede dieser Varianten ein extra Programm erstellt werden. Das kann für einen Kleinserienfertiger bedeuten, dass er für eine einzige Aufgabe in seiner Fertigung (z.B. Lackieren von Fahrradrahmen) viele unterschiedliche Programme schreiben muss. Dies lässt sich prinzipiell auf alle Anwendungen von Robotern für Kleinserien in den unterschiedlichsten Branchen übertragen.

Hierbei ist der Aufwand für die Programmierung der Teile und ihrer Varianten einerseits, sowie des Sicherstellens der exakten Ausrichtung der einzelnen Teile andererseits, besonders bei der Bearbeitung kleiner Stückzahlen bisher unverhältnismäßig groß und ein Einsatz daher nicht wirtschaftlich.

Zielsetzung/Ergebnisse

In diesem Projekt werden Softwarelösungen entwickelt, die es erlauben, in der Fertigung eingesetzte Industrieroboter so vereinfacht zu programmieren, dass der notwendige personelle Einsatz sowie der zeitliche Aufwand für die Vorbereitung der Roboteraufgabe erheblich reduziert werden können. Das wiederum ist die Voraussetzung für die wirtschaftliche automatisierte Fertigung in Kleinserien.

Hierfür werden Lösungen erarbeitet, die die automatisierte Bahngenerierung der für den Industrieroboter vorgesehenen Aufgabe im industriellen Umfeld erlauben. Dazu wird der Roboter mit einem Kamerasystem ausgestattet. Das Kamerasystem zeichnet eine Punktwolke des Werkstücks sowie der Roboterumgebung auf. Aus den erfassten Punkten wird ein 3D-Umweltmodell generiert.

Varianzen in den Modellen werden automatisch erkannt und die Robotersteuerung entsprechend angepasst (Der Roboter erkennt z.B. eine Bearbeitungsstelle aufgrund einer bestimmten Anordnung von Bohrungen zueinander, dabei ist die Größe des Bauteils unerheblich. Ein weiteres Beispiel ist das automatische Erkennen von Deformationen aufgrund vorangegangener Bearbeitung).

Das zu bearbeitende Bauteil muss nicht passgenau eingespannt werden, da das Modell mit dem Kamerasystem erfasst wird. Das Modell wird mit einer CAD-Vorlage verglichen und die Bearbeitungsstellen aufgrund der Maßangaben im CAD angepasst. Die entstehenden Störfaktoren in der vom optischen Sensor generierten Punktewolke werden reduziert. Es werden effiziente Algorithmen entwickelt, um eine schnelle Auswertung zu gewährleisten. Die Bearbeitungsbahn des Roboters wird anhand des 3D-Umweltmodells, kollisionsfrei geplant.

Anwender soll Roboter einlernen

Im Rahmen dieses Projektes werden Methoden und Verfahren entwickelt, damit ein versierter Anwender in einem produzierenden Betrieb eigenständig den Roboter auf eine neue Aufgabenstellung „einlernen“ kann. Hierzu ist kein spezialisierter Programmierer erforderlich, um das Roboter-Programm zu implementieren. Das „Einlernen“ des Roboters für neue Aufgaben ist für den Anwender so einfach gestaltet, dass hierfür kein Fachwissen notwendig ist.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Kaiser
M. Sc.

Benjamin Kaiser

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Industrielle Steuerungstechnik"