Schnittstellenstandardisierung für Industrieroboter und komplexe Sensoren

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1 Schnittstellenstandardisierung für Industrieroboter und komplexe Sensoren Richard Middelmann (Fa. VITRONIC, Wiesbaden) Industrial VISION-Days Stuttgart 8. November 2005

2 Einleitung 1 Anbindung von Sensoren an intelligente Steuerungen Sensoren, z.b: Bildverarbeitungssysteme Bahnverfolgungs- und Führungssensoren Abstandssensoren Sonstige beliebige Geräte, z.b. Stromquellen intelligente Steuerungen, z.b: Roboter SPS Leitrechner Bei der Anbindung, werden ähnliche Aufgaben ständig wiederholt. Seite

3 Einleitung 2 Das Anbindungsproblem betrifft: Endanwender Steuerungs- und Roboterhersteller Sensorhersteller Förderprojekt ARIKT: Automatische roboterbasierte Inspektion komplexer Teile Befasst mit dem reibungslosen Austausch von Robotern und Bildverarbeitungs-Systemen Gefördert durch das BMBF Beinhaltete Bahngenerierung und Schnittstellen Seite

4 Einleitung 3 Ergebnisse, ARIKT Austauschbarkeit demonstriert, auf Basis von Industriestandards: Ethernet Netzwerktechnik XML- und Schemadateien Regelwerk Motorinspektion mit ISRA Bildverarbeitung und REIS Roboter Schweißnahtinspektion mit VITRONIC Bildverarbeitung und KUKA Roboter Seite

5 Einleitung 4 Erfolg motivierte beteiligte und zusätzliche Firmen die Ergebnisse industrietauglich zu machen. Suche nach einem Forum für die Normierung: Unabhängig Zentral VDMA Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.v. Fachverband: Robotik + Automation, Fachabteilungen Robotik Industrielle Bildverarbeitung Ziel: Bearbeitung und Veröffentlichung als Einheitsblatt Seite

6 Firmen / Institutionen Mitarbeitende Firmen: ABB Automation GmbH Asentics GmbH & Co. KG DaimlerChrysler AG Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Institut für Robotik und Mechatronik KUKA Roboter GmbH KUKA Schweißanlagen GmbH Leuze electronic GmbH + Co. KG Reis GmbH & Co. KG Maschinenfabrik SICK AG Universität Karlsruhe (TH) Institut für Prozessrechentechnik, Automation und Robotik VITRONIC Dr.-Ing. Stein Bildverarbeitungssysteme GmbH Seite

7 Aufgabenstellung: ein Bearbeitungsprozess Vorgang, anhand eines Beispiels: ein Tracking- / Führungssensor Verarbeitungsprozess für ein Produktionsteil: z.b. kleben schweißen fräsen schneiden Bearbeitungskontur wird durch einen Roboter realisiert Bearbeitungspunkt muss an das Teil angepasst werden Sensor zur Erfassung der Teilkontur Regelschleife bestehend aus: Sensor / Roboter Positionsinformation muss jeden Interpolationstakt übertragen werden (ca. 10 ms!) Seite

8 Aufgabenstellung: ein Bearbeitungsprozess Führungsbeispiel: Plasmaschneiden Seite

9 Bearbeitungsprozess: Schnittstellenablauf Funktionen Parametersatz des Sensors auswählen Sensor einschalten Dauerhafte Übertragung von Positionswerten ggf. dauerhafte Übertragung von Roboterdaten Sensor ausschalten Variablenwert beschreiben Kommando Variablenwert erhalten Variablenwert beschreiben Kommando Reduzierung in atomare Funktionen: Kommandos, Variablenwerte erhalten und Variablen beschreiben. Seite

10 Bearbeitungsprozess: Schnittstellenablauf zeitliche Zuordnung Vorgänge für Variablenwerte: einmalig beschreiben einmalig anfordern anfordern bei einer Zustandsänderung: Ereignis abbonieren: zyklische Übertragung Vorgänge für Kommandos: absetzen quittieren Seite

11 Bearbeitungsprozess: Schnittstellenablauf Verbindung OSI-Modell Schicht Bezeichnung Einordnung 7 Applikation Kommando und Datenaustausch Daten 6 Darstellung XML erlaubt den Austausch von einfachen, sowie komplexen Daten innerhalb einer strukturierten, lesbaren Datei, dessen Inhalt auch gegen ein Regelwerk, (eine Schemadatei), validiert werden kann. 5 Sitzung Logische Verbindung 4 3 Transport Vermittlung Die TCP- und UDP-Protokolle dienen der Übertragung der XML Pakete zwischen beiden Systemen. Das Internet Protokoll (IP) überträgt einzelne Daten zwischen zwei Knoten. Physikalische Verbindung 2 1 Sicherung Bitübertragung Ethernet Lichtwellenleiter mit geringer Störanfälligkeit oder konventionelle Netzwerkanschlüsse. Seite

12 Regelwerk für die Übertragung: XIRP Funktionen zeitliche Zuordnung physikalische Verbindung XIRP Xml Interface für Roboter und Peripherie logische Verbindung Seite

13 Verbindungen: Client-Server Architektur logische Verbindungen Verwaltung Steuerung (Client) Kommandos / Antworten zyklische Daten Sensor (Server) Ereignis-Daten Seite

14 XML Kommandobeispiele: Sensor einschalten: <XIRP:Request> <Command> <SensorEnable/> </Command> </XIRP:Request> Daten einmalig abfragen: <XIRP:Request> <Get> <SystemCycleTime> <OnceOnly/> </SystemCycleTime> </Get> </XIRP:Request> Daten zyklisch abfragen: <XIRP:Request> <Get> <SystemCycleTime> <Periodic TimeUnit="s"> 1.0 </Periodic> </SystemCycleTime> </Get> </XIRP:Request> Seite

15 XML-Schemadateien: Regelwerk für die XML-Kommandos Vorgabe: gültiger Syntax Zulässige Befehle Zulässige Parameter Textdateien Automatisch parsebar Über den Verwaltungskanal abrufbar Basisdatei: Grunddatenaustausch Zusätzliche Schemadateien: Weitere Anwendungsfälle Ausschnitt der Basis- Schemadatei Seite

16 Verwaltungskanal: automatische Bekanntmachung der Fähigkeiten eines Geräts Schnittstellenumfang (Schemadateien) Elektronisches Typenschild Parameter der Verbindungskanäle (IP-Portnummern) Verweis auf integrierte Dokumente (z.b. HTML) ggf. Verweis auf interne Einrichtseiten (z.b. HTML) Übertragung per HTTP Seite

17 Automatisierte Befehlserstellung: Beispiel eines automatisch erstellten Einrichtdialogs für ein Sensor, der mit einer Robotersteuerung verbunden ist Seite

18 Befehlsübersicht im Roboterprogramm: Standard- Funktionen nach der XIRP- Specification Kennung des anzusprechenden Sensors Applikations- Befehle nach der XIRP- Spezifikation Applikations- Daten und Parameter nach der XIRP- Spezifikation... XIRPOpen ABC_Sensor XIRPCommand ABC_Sensor, ApplicationRestart XIRPSet ABC_Sensor, ActiveMethod, MyFunction XIRPCommand ABC_Sensor, TrigOnce XIRPGet ABC_Sensor, MyObjectPosition XIRPClose ABC_Sensor... Seite

19 Vorteile der XIRP-Schnittstelle: Einfachere Einbindung von komplexen Sensoren Zeitersparnis bei der Inbetriebnahme Standardisierung geringerer Schulungsbedarf bessere Austauschbarkeit Kostensenkung Seite

20 Normierung: Als mehrere VDMA-Einheitsblätter: Charakter einer Norm Umwandlung in eine DIN-Norm anschließend möglich 1. Einheitsblatt: Basisteil. Beschreibt die allgemeinen Vereinbarungen. Weitere VDMA-Einheitsblätter : Geräteprofile für einzelne Anwendungsfälle, z.b. einen Führungssensor Seite

21 Zeitschiene & Fragen: Geplante Zeitschiene: Dezember 2005: Februar 2006: März 2006: Einreichung des Entwurfs des Einheitsblatts Ende der Einspruchfrist Veröffentlichung durch den Beuth-Verlag Fragen: Dipl.-Inform. Michael Gauß (Obmann) Dipl.-Ing. Franz Som Dr.-Ing. habil. Fan Dai Jetzt gleich stellen! Seite