Robotik

Bahnplanung für Losgröße 1

Bahnplanungssoftware. Am ISW der Universität Stuttgart beschäftigt sich das Forschungsprojekt „Kamerabasierte Bahnplanung KaBa“ mit der Entwicklung einer skalierbaren Bahnplanungssoftware. Sie soll kollisionsfreie Roboterbahnen planen und dabei Abweichungen des realen Bauteils kompensieren.

Kollisionsfreie Roboterbahn. © ISW

Die Automatisierungsquote steigt in der Fertigung weltweit an. Durch stetig sinkende Investitionskosten werden Industrieroboter für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) zunehmend interessant. Der flexible Einsatz von Industrierobotern stellt jedoch besonders diese Unternehmen vor Herausforderungen, wodurch der wirtschaftliche Einsatz der Roboter in KMU verhindert wird.

Um das Ziel „Losgröße Eins“ zu erreichen sind neue Methoden notwendig. Im Forschungsprojekt Kamerabasierte Bahnplanung „KaBa“ wird eine skalierbare Bahnplanungssoftware zur automatischen Bahngenerierung für Industrieroboter entwickelt.

Bei der Fertigung von Kleinserien mit großer Variantenvielfalt ist die Vorbereitung der Roboteraufgabe sehr aufwändig. Häufig ist die Programmierzeit länger als die eigentliche Produktionszeit. Für jede Variante eines Bauteils muss ein eigenes Roboterprogramm erstellt werden. Zusätzlich kann im Kontext der Kleinserienfertigung das exakte Einspannen der Werkstücke bei jeder Wiederholung oft nicht garantiert werden. Aus diesem Grund treten kleine Abweichungen der Position und Orientierung des Werkstücks auf. Diese machen ein Roboterprogramm ungültig. Daher macht der notwendige Aufwand den Einsatz von Industrierobotern in der Kleinserienfertigung unwirtschaftlich.

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Um den zeitlichen Mehraufwand durch die Programmierung in der Kleinserienfertigung zu reduzieren soll eine Planungssoftware, automatisiert kollisionsfreie Roboterbahnen planen und dabei Abweichungen des realen Bauteils kompensieren. Mit einem am Roboterflansch montierten Linienlaser wird das Werkstück vor jeder Bahnplanung gescannt und eine 3D-Punktwolke aufgezeichnet. Anzufahrende Posen werden direkt in CAD oder über Tracken eines Zeigegerätes direkt am Bauteil programmiert.

Für die Kollisionsvermeidung können zulässige Abweichungen von der Sollbahn festgelegt werden. Eine Schrittweitenheuristik basierend auf der Belegtheit des Raums ermöglicht kurze Planungszeiten bei hoher Genauigkeit der Kollisionsberechnung.

Basis für die Planungssoftware ist ein 3D-Modell des Werkstücks. Anhand dessen wird die genaue Orientierung und Position des Werkstücks durch ein Matchingverfahren bestimmt. Hierüber kann die Sollbahn genau auf die tatsächliche Lage des Werkstücks angepasst werden. Zusätzlich wird zwischen Scandaten und 3D-Modell ein Deformationsmodell berechnet. So kann die Bahn an lokale Abweichungen angepasst oder das Teil als Ausschuss erkannt werden.

Mit Hilfe des KaBa Bahnplaners wird die notwendige Zeit für die Planung und Vorbereitung einer Roboteraufgabe erheblich reduziert. Das manuelle Programmieren entfällt. Stattdessen wird kamerabasiert, automatisch eine Bahn geplant und durchgeführt. Hierdurch wird der Einsatz von Industrierobotern auch für die Kleinserien- und Einzelteilfertigung in KMU wirtschaftlich.

Das Forschungsprojekt KaBa wird im Rahmen des Zentralen Programms Innovation Mittelstand (ZIM) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert. Projektpartner sind die FH Münster, das ISW Uni Stuttgart, und die CLK GmbH.

Das ISW präsentiert aktuelle Forschungsergebnisse auf der SPS.

P. Weßeler/B. Kaiser/as

Halle 3, Stand 358


MHI e. V. © MHI

Kurz erklärt: Der MHI e.V.
Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Montage, Handhabung und Industrierobotik e.V. (MHI e.V.) ist ein Netzwerk renommierter Universitätsprofessoren – Institutsleiter und Lehrstuhlinhaber – aus dem deutschsprachigen Raum. Die Mitglieder forschen sowohl grundlagenorientiert als auch anwendungsnah in einem breiten Spektrum aktueller Themen aus dem Montage-, Handhabungs- und Industrierobotikbereich. Weitere Infos zur Gesellschaft, deren Mitgliedern und Aktivitäten: www.wgmhi.de.


Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) Universität Stuttgart © ISW

Kurz erklärt: Das ISW
Das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) wurde 1965 an der Universität Stuttgart eingerichtet und entwickelte sich zu einem der anerkanntesten Forschungsinstitute auf seinem Gebiet. Im Laufe des über 50-jährigen Bestehens konnten die Forschungsschwerpunkte sowie die Anwendungsgebiete ständig erweitert werden. Als aktuelle Schwerpunkte können u. a. Antriebsregelung, Generative Fertigung, Kommunikation, Maschinentechnik, Steuerung, Simulation oder Virtuelle Produktion genannt werden. Dabei liegt der Leitgedanke in der Entwicklung und in der Anwendung steuerungstechnischer und anderer rechnergeführter Mittel zur Lösung von Automatisierungsaufgaben. http://www.isw.uni-stuttgart.de

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