Mitgeführte Sensoren erhöhen die Flexibilität in der Fertigung

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1 Voll im Trend: Mobile Sensorik am Roboter Mitgeführte Sensoren erhöhen die Flexibilität in der Fertigung Die Bereitstellung von Zielkoordinaten für Roboter durch bildverarbeitende Sensorik, die eine in Grenzen unbekannte Situation erfasst und auswertet, ist heute in fast allen Bereichen der automatisierten Produktion und Montage Stand der Technik. Der Trend geht heute jedoch dahin, die bisher vorwiegend stationär angeordneten Sensoren durch am Roboter mitgeführten Sensorik zu ersetzen. Solche Systeme sind erheblich flexibler in Bezug auf die Typenvielfalt der Objekte. Sie lassen sich darüber hinaus leichter umprogrammieren und/oder in der Messstrategie verändern. Den Trend zu mobilen Sensoren unterstützt auch die Entwicklung immer kleinerer und robusterer elektronischer Komponenten. Daraus resultieren beispielsweise sehr leistungsfähige und enorm kompakte Kameras und platzsparende Beleuchtungen mit Hochleistungs- Leuchtdioden. Dank der geringen Masse vertragen diese Baugruppen hohe Beschleunigungen und Vibrationen am Roboterarm wesentlich besser. Die kleinen Abmessungen erleichtern darüber hinaus die Integration auch in komplexe Greiferstrukturen. Beim Einsatz von mobiler Sensorik hängen die Messzeit und damit auch die Taktzeit von der Anzahl der angefahrenen Messpunkte ab. Dieser Abhängigkeit lässt sich jedoch wesentlich minimieren, wenn Einzelmessungen bereits während der Roboterbewegung ausgeführt werden. Seite 1

2 Vorteile Bei der Nahtführung, wenn es darum geht, einen Roboter exakt entlang einer Bauteilgeometrie zu bewegen, erweisen sich mobile, vom Roboter mitgeführte Sensoren als unschlagbar. Durch die Bildverarbeitung in Echtzeit wird der Roboter nämlich kontinuierlich während der Fahrt korrigiert. Während beim Einsatz einer stationären Kamera sowohl der Roboter als auch die Geometrie zu vermessen sind, um mit der Differenz aus beiden Werten den Roboter zu korrigieren, erzeugt der Sensor auf dem Roboterarm aus jeder Differenz zu den eingelernten Werten direkt die Roboterkorrektur. Außerdem können mobile Sensoren auch verdeckte Konturen erfassen, die für stationäre Kameras nicht sichtbar sind. Deshalb bietet Nahtführung mit bewegter Sensorik auf dem Roboter erhebliche Vorteile. Weil mobile Sensoren an einem beliebigen Ort dezentral kalibriert werden können, ergeben sich auch hier deutliche Vorteile. Dazu wird beispielsweise außerhalb der Applikation aber in Reichweite des Roboters ein Kalibriertarget montiert, das bei Bedarf angefahren wird. Auf diese Weise lassen sich mit einem Target beliebig viele Sensoren am Greifer des Roboters kalibrieren. Sensoren ISRA VISION verfügt über ein breites Spektrum geeigneter Sensorik und über große Erfahrung, diese Systeme so robust für den mobilen Einsatz auszurüsten, dass sie die extremen Belastungen durch Beschleunigung, Vibrationen und Schläge zuverlässig und dauerhaft beherrschen. Seite 2

3 Das Programm geeigneter Sensoren und Systeme umfasst unter anderem: MONO3D zur einäugigen 3D-Roboterführung Bei MONO3D lassen sich aus einem mit nur einer Kamera aufgenommenen Bild durch die Messung von drei Merkmalen alle sechs Freiheitsgrade (Position und Orientierung) eines dreidimensionalen Objekts genau bestimmen. Ein besonders wirtschaftliches System, um beispielsweise kontinuierlich und automatisch am bewegten Werkstück zu montieren. EASI zur Kleberaupeninspektion Bei der Prüfung von Klebstoff- und Dichtmittelaufträgen kommt es darauf an, die exakte Lage, die Breite und die Durchgängigkeit des aufgetragenen Materials auf unterschiedlichsten Bauteilen zu gewährleisten. Die Produktfamilie EASI Enhanced Adhesive and Sealant Inspection deckt die vollautomatische optische Inspektion für alle gängigen Prozesse ab. Der Einsatz eines speziellen Kamerasensors, der 360 Grad um die Auftragsdüse herum überwacht, und direkt an der Auftragsdüse und damit am Roboter integriert werden kann, ermöglicht die Qualitätskontrolle in der Bewegung während des Auftragsvorganges. EASI3D zur Positionsermittlung mit Kleberaupeninspektion EASI3D integriert einen 3D-Stereosensor mit der beschriebenen 360 Grad Inspektion. Die Systeme verwenden drei Kameras, einen Streifenlichtprojektor sowie eine LED-Flächenbeleuchtung in 3 Segmenten. Durch die Erweiterung der bewährten EASI-Sensors um die Funktion der 3D-Messung kann mit nur einem Messsystem sowohl Seite 3

4 die Nahtführung exakt positionsgesteuert und gleichzeitig die Qualität des Raupenauftrags inspiziert werden. GGS Geometry Gauging Sensor Die Geometrical Gauging Sensoren (GGS) sind als 2D/3D Qualitätsund Koordinatenmesssystem ortsfest oder mobil und in der Bewegung einsetzbar. Sie verwenden ein Verfahren der Mehrlinien- Triangulation. Die kompakten Abmessungen erlauben die Integration am Roboter auch unter schwierigen Platzverhältnissen. Die Sensorfamilie umfasst Geräte für Arbeitsabstände von 1500 bis 100 Millimeter und Messgenauigkeiten von bis zu 0,01 Millimetern. Praxiserprobte Applikationen In hunderten von Applikationen bewähren sich Systeme mit mobilen Sensoren von ISRA VISION im harten Industriealltag: Bei Fügeoperationen im Rohbau von Automobilen werden 3D- Triangulationssensoren am Roboter in nächster Nähe zu den Werkzeugen mitgeführt. In Gießereien entnehmen mit mobilen Sensoren ausgerüstete Roboter Sandkerne aus Racks. Neben den unterschiedlichen Formen und Gewichten stellen hier vor allem die schwierigen Umgebungsbedingungen hohe Anforderungen. Einen großen Einsatzbereich mobiler Sensoren umfasst das Deracking, die Entnahme von Bauteilen aus Behältern im Rohbau von Automobilen. Große Pressteile werden hierbei in Behältern angeliefert, von Robotern entnommen und der weiteren Be- und/oder Verarbeitung zugeführt. Die Zahl, der in diesem Bereich eingesetzten Systeme wächst ständig. Seite 4

5 Beim Montieren von Autoscheiben positionieren Roboter mit 3D- Sensoren exakt in die Karosserie-Ausschnitte. In vielen Automobilfertigungen weltweit steuern und überwachen mobile Sensoren den Auftrag von Klebe- und Dichtraupen. Mobile Sensoren am Robotergreifer werden ebenfalls eingesetzt für das Abstapelung von Pressteilen vom Band währen der Bewegung des Bandes, also on-the-fly. Last-but-not-least ein ganz aktuelles Beispiel aus unserem Hause: die automatische sensorgeführte Radmontage am bewegten Fahrzeug. Die mobilen Sensoren zur Mehrlinien-Triangulation führen den Montageroboter hochgenau und robust ins bewegte Ziel. Ausblick Zu den technologisch wenig beachteten nichtsdestotrotz kritischen Komponenten beim Einsatz mobiler Sensoren am Roboter gehören die Kabel zur Versorgung und zur Übertragung der großen anfallenden Datenmengen. Hochflexible Spezialausführungen sowie eine geschickte Verlegung und Kabelführung bieten hier betriebssichere Lösungen. Der Trend zu noch größeren Robotergeschwindigkeiten und damit höheren Belastungen der Kabel wird sich künftig jedoch nur noch mit der Datenübertragung per wireless LAN oder Funk betriebssicher lösen lassen. Die hohe Integrationsdichte elektronischer Systeme ermöglicht auch die dezentrale Bilddatenverarbeitung auf dem Roboter. In diesem Falle sind nur noch die Steuerungssignale für das Messsystem drahtlos zu übertragen. Seite 5

6 Bildmaterial EASI3D Multifunktions-Sensor: 3D-Roboterführung und Online- Qualitätsinspektion des Klebstoffauftrags in einem Messkopf (Mobile Sensoren1.jpg) RGS/GGS-Sensoren: 2D/3D Messtechnik und Roboterführung mit kombinierter Mehrfach- Triangulation und Power LED- Flächenbeleuchtung (Mobile Sensoren2.jpg) Seite 6

7 Mit zwei Augen sieht man besser: Flexibler robotergeführter 3D Stereosensor (Mobile Sensoren3.jpg) MONO3D: 3D-Positionserfassung mit nur einer Kamera (Mobile Sensoren4.jpg) Seite 7