Konzeption und Erprobung neuer Steuerungskonzepte für robotergeführte Remote-Laser-Optiken
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- Claus Ziegler
- vor 6 Jahren
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Transkript
1 Konzption und Erprobung nur Sturungskonzpt für robotrgführt Rmot-Lasr-Optikn hristian Hnsl Btrur U-rsdn: Prof. r. ipl.-ng. habil. R. G. Spallk ipl.-nf. Stfan Voglsang Btrur Fraunhofr WS rsdn: r. rr. nat. homas Schwarz 1 nstitut für chnisch nformatik
2 nhalt Bispilanwndung und Aufbau inr Optik Aufgabn dr Sturung und drn Umstzung Konzpt und Ralisirung Vrglich zum bsthndn Lösungsansatz Zusammnfassung und Ausblick 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 2/19
3 Bispilanwndung Lasrschwißn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 3/19
4 Aufbau Rmot-Lasr-Optik Eintritt Lasrstrahl Scannr Planfldlins Wrkstück y Bildfld z x Grobpositionirung durch Robotr Finpositionirung und Fokussirung durch Rmot-Lasr-Optik 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 4/19
5 Aufgabn dr Sturung Einlsn dr Bahn und Figurn (Milliskundn) ntrpolation im Ausgabtakt ransformation dr Figurn in Kopfkoordinatn ntlang dr Bahn Anpassung an Optik Zitrichtig Ausgab an Scannr im Ausgabtakt (Mikroskundn) 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 5/19
6 Aufgab 1 Einlsn dr atn Y Bildfld Bahn und Ausrichtung ds P Figur S Start X Übrgab dr Figurn (Position,Listung) durch Anwndr Übrgab dr Robotrbahn (Position, Ausrichtung) durch Anwndr/Robotr Startpunkt (Position) auf Bahn durch Anwndr 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 6/19
7 Aufgab 2a ntrpolation dr Figurn Übrschwingn aufgrund von räghit Zrlgung in kubisch Bzirsplins A F 1 F 2 F 1 F 2 S 1 S 2 S 3 S 4 F 0 F 3 S 0 S 5 B F 1 F 2 F 1 F 2 F 0 F 3 S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 grings Übrschwingn ntrpolation durch stückwis Splinkurvn kubisch Splins für ruckfrin Übrgang 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 7/19
8 Aufgab 2b ntrpolation dr Bahn Y in mm F 3 F 5 Figur Barbitungskopfbahn 20 Ausrichtung ds Barbitungskopfs F 4 15 F 0 F 2 10 S Start B R Einlsn inr Soll-Bahn (Offlin) und st-bahn (Onlin) Such nach Startpunkt auf Bahn ntrpolation nur bi Barbitung von Figurn Vrglich st-bahn mit Soll-Bahn Abfangn von Robotrbahnfhlrn nstitut für chnisch nformatik F 1 X in mm Foli 8/19
9 Aufgab 3 ransformation Rotationsmatrix Quatrnion P P rot rot R R XYZ Z R P Y R X P p p rot rot ( XYZ Z p Y X ) XYZ p ( Z Y X ) 1 Rotation und ranslation arstllung dr Rotation durch Quatrnion Schnllr, da Rdundanzn wnigr Elmnt Sphärisch ntrpolation rgibt orthogonal Quatrnion 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 9/19
10 Aufgab 4 Anpassung an Optik Abbildungsfhlr durch Planfldlins und nichtlinar Ansturung dr Scannr mhrdimnsional Ausglichswrttabll Unabhängig Bildfldgröß durch Abbildungstabll 8 Y Abbildungstabll Position Y Abbildungstabll Position X X 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 10/19
11 Aufgab 5 zitrichtig Ausgab 30 Y in mm F 3 25 Sc 4 Sc 5 F 5 20 Sc 3 F 4 15 F 2 B V F Sc 2 Sc 1 0 F 1 X in mm Übrlappnd Vorbrchnung und Ausgab in FFO-Spichr 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 11/19
12 Konzpt xtrns/ intrns Einlsn ntrpolation ransformation Kbit/s Kbit/s Anpassung 960 Kbit/s Ausgab 1 Hoh atnström Systm in inm Rchnr Auftilung in Untrprogramm Eingab, Rchnn, Ausgab nstitut für chnisch nformatik Foli 12/19
13 Btribssystm 12 Aufruf nach ms Zit in s Echtzitpriorität dr Untrprogramm Aufruf durch Windows XP Multimdiatimr Ungnauigkitn durch Vorbrchnung abgfangn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 13/19
14 Ralisirung P mit Windows XP Figurn Startpunkt Fldbus Schnittstll vicnt Fldbuskart MF Robotr KUKA Program m Scanlab R4 xy2-100 analog Positions Schnittstll analog Schnittstll Scannrsystm Scanlab Lasr Nutzung von Standardhardwar in inm P 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 14/19
15 Funktionstst mit Windows XP Robotrposition Sturung Rmot-Lasroptik Quadrat wird durch Sturung am Platz ghaltn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 15/19
16 Bsthndr Lösungsansatz P vorbrchnt Scannrbahn digitals Signal Robotr - schnittstll Robotr Echtzitrchnr mit digital / analog Schnittstll Analogwrt analog Postionsschnittstll Scannr - systm Analogwrt analog schnittstll Lasr kin Onlinkopplung zu Robotr inmalig Brchnung vor dr Maschinnlaufzit kin ntrpolation zwischn Figurnpunktn 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 16/19
17 Zusammnfassung Onlinkopplung, Ausglich von Bahnfhlrn schnll Rotationn mittls Quatrnionn Erhöhung dr Gnauigkit durch Zrlgung dr Figurn Optisch Anpassung durch Entzrrung in 3 Btribsystms Windows XP rmöglicht Nutzung von Standardhardwar in inm P 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 17/19
18 Ausblick Vrbssrung dr Synchronität von Robotr und Scannrsystm Übrtragungn Systm andrr Hrstllr 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 18/19
19 Viln ank für hr Aufmrksamkit! 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 19/19
20 Figurnzrlgung mit kubischn Bzirsplins 3,0 2,5 2,0 Y in mm F 3 F 5 S 4 S 5 S 6 S 7 1,5 F 4 F 0 S 0 F 2 1,0 0,5 0,0 S 3 S 2 F 1 Scannrbahn Splinvktor Figur X in mm 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 S 1 B t ( 1 t) S0 + 3t(1 t) M 0 + 3t S1 t M1 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 20/19
21 Foli 21/19 nstitut für chnisch nformatik 1 Quatrnion Rotation ds orthogonal Einhitsvktor u um Winkl φ sin 2 sin 2 sin 2 cos ), ( ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ z y x u u u u z y x s s v arstllung als Matrix s x y z x s z y y z s x z y x s
22 Mssungn zur Rotation 2,0 1,5 Zit in us Matrix Schlif Matrix Zigr Quatrnion 1,0 Pntium 3 Pntium 4 0,5 0, aktfrunz in Mhz 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 22/19
23 Startbn Bahn S Ebn n B R i S Punkt B R (i+1) S Punkt B A (i+1) S Punkt B A i S Punkt B A (i+1) B A i Zit t i t Start t i+1 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 23/19
24 Vrglich dr ntrpolationsmthodn sphärisch linarr ntrpolation rgibt orthogonal Vktorn P 0 P 0 P P t P P t P t Pt P 1 P 1 θ P cos φ. θ φ P P t ( 1 t) P + t P 0 1 P t sin((1 t) ϕ) P sinϕ 0 + sin( t ϕ) P1 sinϕ 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 24/19
25 Mhrdimnsional ntrpolation A x i,y i+1, w 2 x i+1,y i+1, w 3 B x p,y p, w p x p,y p,z p, w p x i,y i+1,z i+ 1, x i+1,y i+1,z i+1, w 6 w 7 x i,y i+1,z i, w 2 x i+1,y i+1,z i, w 3 x 0,y 0,z 1, w 4 x i+1,y i,z i+1, w 5 x i,y i, x i+1,y i, Y w 0 w 1 x i,y i,z i, w 0 Y Z x i+1,y i,z i, w 1 X X 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 25/19
26 Mssung Windows XP Normal 12 Aufruf nach ms Zit in s 1 nstitut für chnisch nformatik Foli 26/19
27 Mssung dr aur dr Brchnung 1000 Zit in us Gsamtzit Zit pro Punkt 1 Anzahl Scannrpunkt nstitut für chnisch nformatik Foli 27/19
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