SENSPRO - Sensorbasierte Roboterprogrammierung zur automatisierten Fertigung hoher orthogonaler Volumenstrukturen - Rostock

Die InnoProfile-Initiative MAPRO (2003-2011) will ihr regionales Innovationsprofil mit dem folgenden Vorhaben stärken und weiterentwickeln:

Die InnoProfile-Transfer-Initiative

Die konventionelle Programmierung von Industrierobotern für den Einsatz in der Unikatfertigung bzw. Fertigung kleiner Stückzahlen ist durch einen hohen Aufwand und damit hohe Kosten gekennzeichnet.

Im vorangegangenen InnoProfile-Projekt MAPRO (Maritime Profile: Unterstützung und Entwicklung maritimer Kompetenzprofile) konnte bereits ein neuartiges, sensorbasiertes Verfahren zur Programmierung von Schweißrobotern im Bereich der Fertigung von schiffbaulichen Mikropaneelen erprobt und weiterentwickelt werden. Durch den Einsatz dieses Verfahrens konnte der Aufwand zur Roboterprogrammierung deutlich reduziert werden. Auch wurden erste Konzepte für den Einsatz eines entsprechenden Verfahrens im Bereich hoher orthogonaler Volumenstrukturen entwickelt, die ebenfalls als Ziel die Reduzierung des Programmieraufwands verfolgten.

Aufgrund der positiven Forschungsergebnisse, die bereits zum industriellen Einsatz des sensorbasierten Roboterprogrammierverfahrens für Mikropaneele führten, haben sich drei regionale Wirtschaftsunternehmen (davon 2 KMU) sowie der Lehrstuhl Fertigungstechnik der Universität Rostock entschieden, im Rahmen des InnoProfile-Transfer-Vorhabens ein markorientiertes Verbundprojekt durchzuführen, um das Forschungsprofil „Sensorbasierte Roboterprogrammierung“ nachhaltig zu etablieren und ein entsprechendes Programmierverfahren im Bereich der Fertigung hoher orthogonaler Volumenstrukturen anwendungsorientiert zu entwickeln.

Die Ziele

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens der sensorbasierten Programmierung von Schweißrobotern zur Fertigung hoher orthogonaler Volumenstrukturen. Entsprechende Strukturen treten als Unterbaugruppen bei der Fertigung von Schiffen, Offshore-Strukturen oder auch Brückenunterkonstruktionen auf.

Die Programmierung der Roboter zum Schweißen der einzelnen Bauteile soll im Bereich der Fertigung erfolgen. Dabei wird die aus gehefteten Einzelteilen bestehende Volumenstruktur von einem 3D-Sensor erfasst. Durch automatische Auswertung der 3D-Sensordaten können anschließend die zu schweißenden Nähte ermittelt werden. Mit Hilfe einer graphischen Benutzeroberfläche sollen dem Anlagenbediener die ermittelten Nähte dargestellt werden. Nach Freigabe des Produktionsauftrags können die Nahtdaten mittels Postprozessor in ein anlagenspezifisches Roboterprogramm umgewandelt werden. Während der Ausführung des Roboterprogramms erfolgt eine Anpassung der Roboterbewegungen bezüglich Abweichungen der Bauteillage bzw. fehlender Bauteilinformationen auf Grundlage der Daten eines adaptiven Nahtsensors.
 

Die thematischen Schwerpunkte

Entwicklung von Anlagenkonzepten zur Integration der 3D-Bilderfassung in den Produktionsablauf
Zur Erfassung aller relevanten Bauteilinformationen muss eine Volumenstruktur aus mehreren Standorten aufgenommen werden. Die dazu notwendige Kinematik ist in das Gesamtkonzept der Produktionsanlage zu integrieren. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Vorgang der 3D-Bilderfassung möglichst zu geringen Stillstandszeiten der übrigen Anlagenkomponenten führt. Abhängig von Produktionsstrategie und Fertigungsspektrum ergeben sich unterschiedliche, optimierte Anlagenkonzepte.

Erstellung einer applikationsspezifischen Datenbasis
Von großer Bedeutung bei der Realisierung eines praxisgerechten Programmierverfahrens ist die frühestmögliche Einbeziehung applikations-spezifischer Randbedingungen. Zu diesem Zweck sollen Bauteilspektrum, Baumethodik sowie weitere technologische Randbedingungen analysiert und den einzelnen Komponenten des Programmiersystems als technologische Datenbasis zur Verfügung gestellt werden.

Entwicklung von Verfahren zur automatischen Verarbeitung der 3D-Sensordaten
Kernkomponente des zu entwickelnden Systems zur sensorbasierten Roboterprogrammierung sind die Verfahren zur automatischen Verarbeitung der 3D-Sensordaten der Bauteile, um die zu schweißenden Nähte zu ermitteln. Diese Verfahren sollen dabei völlig unabhängig von Konstruktionsdaten arbeiten und bieten somit höchstmögliche Flexibilität in der Produktion. Die geometrische Beschreibung der ermittelten Schweißnähte erfolgt dabei anhand von Nahtparametern.

Erstellung einer graphischen Benutzeroberfläche
Zur Bedienung des Programmierverfahrens soll eine graphische Benutzeroberfläche erstellt werden. Diese bietet dem Anlagenbediener die Möglichkeit der Verwaltung von Systemeinstellungen und Anwendungsdaten sowie zur Steuerung des Bilderfassungsvorgangs. Nach Abschluss der Bildverarbeitung werden dem Anlagenbediener die automatisch ermittelten Schweißnähte zur Kontrolle dargestellt. Der Bediener erhält auch die Möglichkeit zur interaktiven Manipulation der Nahtdaten. Anschließend können die Nahtdaten freigegeben und an den Postprozessor übermittelt werden.

Entwicklung eines Postprozessors
Der Postprozessor hat die Aufgabe der Umwandlung von Nahtdaten in anlagenspezifische Roboterprogramme. Dies beinhaltet in erster Linie eine Bahnplanung zur Erzeugung der notwendigen Roboterbewegungen zum Schweißen der Nähte. Ein wesentlicher Bestandteil der Bahnplanung ist dabei die Kollisionsüberprüfung zwischen Robotergeometrie und den zu schweißenden Bauteilen.

Entwicklung eines adaptiven Nahtsensors sowie zugehöriger Steuerungsverfahren
Durch den Einsatz eines 3D-Sensors zur Roboterprogrammierung ist es zwar möglich die Grundstruktur des Roboterprogramms zum Schweißen der Bauteile zu erstellen. Allerdings verfügen entsprechende 3D-Sensoren nicht über eine ausreichende Genauigkeit zur Programmierung der Schweißbewegungen. Weiterhin ist auch nicht gewährleistet, dass alle relevanten Bauteilmerkmale (z.B. Profilendbeschnitte) erfasst werden. Aus diesem Grund erfolgt die Entwicklung eines Nahtsensors zur adaptiven Anpassung der Roboterprogramme an die reale Bauteillage und -geometrie.
 

Die Partner

  • Universität Rostock – Lehrstuhl Fertigungstechnik
  • Ingenieurtechnik & Maschinenbau GmbH
  • Hensel Elektronik GmbH
  • Nordic Yards Wismar GmbH

Unterstützt wird das Vorhaben vom Fraunhofer Anwendungszentrum Großstrukturen in der Produktionstechnik.
 

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Martin-Christoph Wanner
Universität Rostock
Lehrstuhl Fertigungstechnik
Tel.: 0381 49682-10
E-Mail: martin-christoph.wanner[at]uni-rostock.de

Dr.-Ing. Alexander Zych
Universität Rostock
Lehrstuhl Fertigungstechnik
Albert-Einstein-Straße 30
18059 Rostock
Tel.: 0381 49682-43
E-Mail: alexander.zych[at]uni-rostock.de


Nähere Informationen zum vorangegangenen InnoProfile-Projekt MAPRO finden Sie hier.

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