Berlin Online Bahnkorrektur eines Industrieroboters basierend auf Laser-Messdaten

Transkript

1 Berlin Online Bahnkorrektur eines Industrieroboters basierend auf Laser-Messdaten Dipl. Ing. Kaveh Haddadian

2 Gliederung 1. Vorstellung des Instituts 2. Motivation 3. Problemstellung / Lösungsidee 4. Bahnadaption (semi-online und simulativ) 5. Zusammenfassung und Ausblick Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

3 PTW Forschungsgruppen Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

4 Das PTW fokussiert auf anwendungsnahe Forschung Mitarbeiter festangestellte Anzahl nach Tätigkeit Mitteleinnahmen Aufteilung in Prozent Administrativer Bereich Lehrbeauftragte Wissenschaftliche Mitarbeiter + x Teilzeit-Mitarbeiter Werkstatt und technischer Bereich Industrielle Verbundprojekte Auftragsforschung Industrie Grundlagenforschung Landesmittel Spenden Lehre 9 Vorlesungen mit ca Hörern pro Jahr 3 Tutorien im Bereich - CAD/CAM - Werkzeugmaschinen und Automatisierung - CiP Über 120 Master- und Bachelorarbeiten pro Jahr ca. 5,5 Mio. eingeworbene Drittmittel für Forschungsprojekte pro Jahr ca. 2/3 unserer Projekte sind mit direkter Industriebeteiligung Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

5 Forschungsgruppen im Bereich der Fertigungstechnik Werkzeugmaschinen und Komponenten Zerspanungstechnologie Mikroproduktion Mechanische Komponenten und Antriebssysteme Motorspindelsysteme Steuerungs- und Regelungssysteme Industrieroboter Gussbearbeitung im Antriebsstrang Titanzerspanung Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und Werkzeugsicherheit Bohren und Reiben mit hoher Qualität additive Fertigung Ultrapräzisionszerspanung Prozessketten in der Dentaltechnik Fertigung funktionsintegrierter Strukturen Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

6 Wirkleistung [W] Zeit [sec] Forschungsgruppen im Bereich der Produktionsorganisation Center für industrielle Produktivität (Prozesslernfabrik) Management industrieller Produktion Umweltgerechte Produktion Kompetenzentwicklung für Verbesserungsprozesse Flexible Teilefertigung Schlanke Produktion und Informationstechnik Flexible Montage- und Intralogistiksysteme Integrierte Fabrikplanung und Produktionssystemgestaltung Werkzeugmanagement Schutz vor Produktpiraterie Simulation des Energieverbrauchs von Produktionsanlagen Energieeffizienz von Prozessketten Energierückgewinnung in der Produktion Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

7 Gliederung 1. Vorstellung des Instituts 2. Motivation 3. Problemstellung / Lösungsidee 4. Bahnadaption (semi-online und simulativ) 5. Zusammenfassung und Ausblick Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

8 Problemstellung / Ausgangsituation Presswerkzeuge sind sehr groß und teuer Bearbeitung erfolgt in verschiedenen Stationen Es sind viele Transportvorgänge nötig (Fräsen auf WZM; Schweißen von Hand) Für die Bearbeitung sind große Maschinen notwendig, der Arbeitsraum wird allerdings nur minimal ausgenutzt Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

9 Problemstellung / Ausgangsituation + Hohe Genauigkeit + Hohe Steifigkeit - Hohe Investitionskosten - Kleiner Arbeitsraum + Geringe Investitionskosten + Großer Arbeitsraum - Programmierung - Geringe Steifigkeit - Geringe Positionsgenauigkeit VS. Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

10 Gliederung 1. Vorstellung des Instituts 2. Motivation 3. Problemstellung / Lösungsidee 4. Bahnadaption (semi-online und simulativ) 5. Zusammenfassung und Ausblick Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

11 Erhöhung der Robotergenauigkeit mit LaserTracer Komponenten: LaserTracer Messrechner KUKA Industrieroboter Bild: Signalflussplan Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

12 Messsignale des LaserTracers Längenmessung: Nur relative Längenmessung Erste Messung entspricht Offset Winkelmessung: Im Normalbetrieb nicht zur Messung vorgesehen Für Positionsbestimmung aber erforderlich Bild: Messprinzip Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

13 Positions- und Ausrichtungsbestimmung des LaserTracers Multilateration: Positionsbestimmung Normalerweise 3 Fixpunkte notwendig Aufgrund des unbekannten Offsets ist weiterer Fixpunkt erforderlich Arbeitsraum Roboter Referenzpunkte LT Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

14 Vermessung der Punkte Vermessung mittels LaserTracker AT402 von Leica Koordinatentransformation vom Tracker-Koordinatensystem auf das RobRoot- Koordinatensystem notwendig Position des Tool-Center-Points nach Justage bekannt Auf einer Koordinatenmessmaschine vermessener Vermessungsstern liefert nötige Referenzpunkte z y x LaserTracker- Koordinatensystem z Bild: LaserTracker u. KUKA Roboter y x RobRoot- Koordinatensystem Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

15 Gliederung 1. Vorstellung des Instituts 2. Motivation 3. Problemstellung / Lösungsidee 4. Bahnadaption (semi-online und simulativ) 5. Zusammenfassung und Ausblick Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

16 Bahnadaption (semi-online und simulativ) semi-online simulativ Korrektur einzelner Bahnpunkte Differenzbildung Soll- und Istwert Langsames Verfahren Aufzeichnen der fehlerhaften Bahn Berechnen der Korrekturwerte Fertigungslauf Korrekturpunkt Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

17 Bahnadaption (semi-online) Vorteil: Einfachheit des Ansatzes Hohe Messgenauigkeit und Güte der Korrekturwerte Bild: Bahnadaption semi-online Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

18 Bahnadaption (simulativ) Vorteil: Korrektur aller Bahnpunkte LaserTracer nur für Simulationslauf nötig Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

19 Gliederung 1. Vorstellung des Instituts 2. Motivation 3. Problemstellung / Lösungsidee 4. Bahnadaption (semi-online und simulativ) 5. Zusammenfassung und Ausblick Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

20 Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Aufbau des System aus KUKA Roboter, LaserTracer und Rechner Methode zur Bestimmung von Position und Ausrichtung des LaserTracers durch Multilateration und Koordinatentransformation Konstruktion des Positionssystems Vermessung der dafür nötigen Referenzpunkte und Überführung in das Roboterkoordinatensystem Implementierung zweier Ansätze zur Bahnkorrektur Semi-online Bahnkorrektur Simulative Bahnkorrektur Erstellung einer Benutzeroberfläche Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

21 Zusammenfassung und Ausblick Ausblick Verbesserung der Hardware für Echtzeitfähigkeit (Quadraturkarte, LaserTracker) Implementierung einer Online-Bahnkorrektur Validierung mittels Fräsversuchen Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bei Fragen stehe wir Ihnen gerne zur Verfügung. Prof. Dr.-Ing. E. Abele Prof. Dr.-Ing. J. Metternich Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen Technische Universität Darmstadt Petersenstr Darmstadt, Germany Tel.: Fax: Internet: