Vorgezeichneter Weg

Die Interaktive Laserprojektion zur intuitiven und effizienten RC-Programmierung ist eigentlich nichts anderes als ein vorgezeichneter Weg. Ihm folgt der Roboter dann fast ganz von allein - Programmierung mit dem Zeichenstift sozusagen.

28. August 2006

Der vorliegende Ansatz, des Institutes für Werkzeugmaschinen (iwb) der TU München, basiert auf Laserprojektion als zentralem Medium zur Visualisierung, Generierung und Manipulation von Roboterbahnkurven bzw. Endeffektoraktionen. Mittels eines räumlich kalibrierten Laserprojektors können Bahninformationen über einen großen Arbeitsbereich exakt und robust auf dreidimensionale Objektoberflächen aufprojiziert werden. Der Programmierer kann dadurch die virtuellen Bahninformationen in exakter Referenz zu realen Werkstücken bzw. der Roboterumgebung sehen und in ihrer Gesamtheit erfassen, ohne auf ein zusätzliches Anzeigegerät angewiesen zu sein. Zur Vorgabe und Manipulation von Bahnpunkten dient ein in Echtzeit nach seiner Position und Orientierung erfasster Eingabetaster. Über dieses Eingabegerät gibt der Bediener gewünschte Positionen und zugehörige Orientierungen des Tool-Center-Point (TCP) vor. Hierfür ist an der Stiftspitze ein virtuelles Koordinatensystem angehängt. Die Visualisierung und Anpassung des Ziel­koordinatensystems und der bereits erstellten Bahnpunkte erfolgt in Echtzeit bei ca. 20 Hertz, so dass für den Benutzer der Eindruck entsteht, er zeichne die Zielpositionen für den Roboter auf der Objektoberfläche vor. Im Zusammenwirken zwischen Projektor und Eingabetaster werden dem Benutzer graphisch-interaktive Editiermöglichkeiten wie Auswahl durch Antippen, Erzeugen und Verschieben von Stützpunkten am realen Bauteil zur Verfügung gestellt.

Geometrisches Feedback

Neben der manuellen Vorgabe durch Antasten können Stützpunkte und zugehörige Oberflächennormalen über ein kalibriertes Stereokamerasystem automatisch ermittelt werden. Hierzu werden aufprojizierte Laserpunkte von zwei Kameras erfasst, deren Lage in Bezug auf den Projektor eingemessen ist, so dass durch Triangulation die zugehörigen Raumkoordinaten eines Punktes bestimmt werden können. Oberflächennormalen werden nach diesem Verfahren durch Abtasten mehrerer, benachbarter Punkte bestimmt. So kann zum einen die manuelle Eingabe durch den Benutzer auf zentrale Punkte einer Bahn beschränkt werden und das System selbständig in einem nachgelagerten Scanlauf den genauen Verlauf einer Bahn entlang der Werkstückoberfläche bestimmen. Zum anderen erhält die Projektion hierdurch ein geometrisches Feedback über die tatsächlich vorhandene Objektgeometrie.

Systemvorteile

Das System kann so überprüfen, ob ein darzustellender Punkt auch tatsächlich an der vorgegebenen Raumposition angezeigt wird und gegebenenfalls eine Abweichung dem Benutzer als Korrekturhilfe visualisiert werden. Als primäres Anwendungsgebiet für das beschriebene Interaktionsverfahren sind Applikationen zu sehen, in denen ein hoher Anteil an auf die Bauteiloberfläche bezogenen Bearbeitungsschritten zu programmieren bzw. in Betrieb zu nehmen ist. Beispiele hierfür sind der robotergestützte Klebstoffauftrag, das Laserstrahlschweißen, das Schleifen von Freiformflächen oder auch das Lackieren. Vor allem für die Fertigung kleiner Losgrößen weist das System ein hohes Potenzial auf. Durch die Integration eines solchen Systems in eine flexible Roboterzelle können dort Anwendungen durch Roboter unterstützt werden, deren Programmierung mit herkömmlichen Verfahren nicht wirtschaftlich möglich wäre. Vorteil des Verfahrens bzw. des Systems ist, dass durch Einsatz der interaktiven Laserprojektion normale Fertigungsmitarbeiter ohne spezielle Roboterprogrammierkenntnisse zur Programmierung von Roboteranwendungen eingesetzt werden können. Bei der Einrichtung bzw. Anpassung von Roboterprogrammen können Form- und Lagetoleranzen auf einen Blick erfasst, und die notwendigen Änderungen schnell und zielgerichtet durchgeführt werden. Die benötigte Programmierzeit von bauteilbezogenen Roboteraktionen wird dabei gerade bei komplexen Oberflächengeometrien im Vergleich zur Teach-in-Programmierung bis zu 85 % verkürzt.

BackgroundInteraktive Laserprojektion

Das konzipierte Verfahren wurde am iwb der TU München im Rahmen einer Pilotanlage realisiert und in Versuchen evaluiert. Anwendertests bestätigen die Leistungsfähigkeit des Ansatzes. Bemerkenswert sind die kurze Einarbeitungszeit, die einfache Handhabung und die gute Ergonomie. In zukünftigen Arbeiten wird neben der technischen Integration der Teilkomponenten in ein kompaktes und modulares System vor allem die applikationsbezogene Weiterentwicklung im Vordergrund stehen. So sind derzeit erste industrielle Pilotanwendungen des Verfahrens in Vorbereitung.

Erschienen in Ausgabe: 08/2006