Effizienter Einsatz Bildgebender Sensoren Zur Flexibilisierung Automatisierter Handhabungsvorgänge

ISBN-13: 9783540580539 / Niemiecki / MiÄ™kka / 1994 / 139 str.

Ando Welling

Opis

Die vorliegende Dissertation entstand wiihrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am lnstitut fur Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universitiit Moochen. Herrn Prof. Dr. -lng. J. Milberg, dem Leiter dieses lnstituts, gilt mein besonderer Dank fur die wohlwollende Forderung und Unterstiitzung sowie fur die wertvollen Hinweise zu dieser Arbeit. Herrn Prof. Dr. -lng. K. Bender, dem Leiter des Lehrstuhls fur Informations technik im Machinenwesen, danke ich fur die Dbernahme des Korreferates und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit. Dariiberhinaus mochte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts und allen Studenten, die mich bei der Erstellung meiner Arbeit unterstiitzt haben, recht herzlich bedanken. Ando Welling MOOchen, Februar 94 Inhaltsverzeichnis 1. Einfiihrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 2. Problemfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. 3. StandderTechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 3. 1. Entwicklungsstand bildgebender Sensorsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. 3. 2. Stand der Objekterkennung durch bildgebende Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1. 3. 3. Ortsflexibler Einsatz von Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. 3. 4. Informationsquellen fUr den ErkennungsprozeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1. 4. Ziel der Arbeit und Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2. Einsatzfeld Fertigungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2. 1. Mechanische Aspekte der Fertigungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 1. Werkstiickspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 2. Palettensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 3. Mobiler Roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2. 1. 4. Handhabungsvorgange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2. 2. Informationstechnische Komponenten der Fertigungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. 2. 1. Zellenrechner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2. 2. 2. Aktorsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2. 2. 3. Simulationssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3. Konzeption eines flexiblen, integrierten Sensorsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3. 1. Anforderungen an das Sensorsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3. 1. 1. Flexibilitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3. 1. 2. Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3. 2. Bildgebende Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ."

Spis treści

1. Einführung.- 1.1. Einleitung.- 1.2. Problemfeld.- 1.3. Stand der Technik.- 1.3.1. Entwicklungsstand bildgebender Sensorsysteme.- 1.3.2. Stand der Objekterkennung durch bildgebende Sensoren.- 1.3.3. Ortsflexibler Einsatz von Sensoren.- 1.3.4. Informationsquellen für den Erkennungsprozeß.- 1.4. Ziel der Arbeit und Vorgehensweise.- 2. Einsatzfeld Fertigungsumgebung.- 2.1. Mechanische Aspekte der Fertigungsumgebung.- 2.1.1. Werkstückspektrum.- 2.1.2. Palettensysteme.- 2.1.3. Mobiler Roboter.- 2.1.4. Handhabungsvorgänge.- 2.2. Informationstechnische Komponenten der Fertigungsumgebung.- 2.2.1. Zellenrechner.- 2.2.2. Aktorsteuerungen.- 2.2.3. Simulationssystem.- 3. Konzeption eines flexiblen, integrierten Sensorsystems.- 3.1. Anforderungen an das Sensorsystem.- 3.1.1. Flexibilität.- 3.1.2. Wirtschaftlichkeit.- 3.2. Bildgebende Sensoren.- 3.2.1. Aufgaben und Anforderungen.- 3.2.2. Laserscannersystem.- 3.2.2.1. Eigenschaften und Funktionsweise.- 3.2.2.2. Analyse von Flexibilität und Integrierbarkeit.- 3.2.2.3. Konzept zur Erhöhung der Flexibilität.- 3.2.2.4. Konzept zur Verbesserung der Integrationsfähigkeit.- 3.2.3. Kamera in der Roboterhand.- 3.2.3.1. Anbringung der Kamera.- 3.2.3.2. Bildschärfe bei unterschiedlichen Betrachtungsabständen.- 3.2.3.3. Bildverarbeitungshardware.- 3.3. Erkennungsprozeß.- 3.3.1. Anforderungen.- 3.3.2. Analyse der Erkennungsaufgaben.- 3.3.3. Konzeption von Verfahren zur Realisierung von Eikennungsaufgaben.- 3.3.3.1. Sensordatenvorverarbeitung.- 3.3.3.2. Zuordnung von Muster- und Sensorinformation.- 3.3.3.3. Berücksichtigung unterschiedlicher Sensorperspektiven.- 3.4. Datenquellen.- 3.4.1. Anforderungen.- 3.4.2. Musterbibliotheken.- 3.4.3. Aktorsteuerungen.- 3.4.4. CAD-Systeme.- 3.4.5. 3D-Simulationssysteme.- 3.4.6. Ergebnisse und Konzept für die Nutzung der Datenquellen.- 3.5. Datenstrukturen.- 3.5.1. Anforderungen.- 3.5.2. Repräsentationsformen von Bilddaten.- 3.5.3. Konvertierung.- 3.6. Kommunikation.- 3.6.1. Anforderungen.- 3.6.2. Kommunikationshardware.- 3.6.3. Kommunikationssoftware.- 3.6.3.1. Kommunikation zu externen Kommunikationspartnern.- 3.6.3.2. Aufwandsreduzierung bei Kommunikation zu externen Datenquellen.- 4. Realisierung des Sensorsystems und Einsatzbeispiel.- 4.1. Sensorhardware.- 4.1.1. Laserscanner.- 4.1.1.1. Positionsvermessung bezüglich Objekten.- 4.1.1.2. Ansteuerung.- 4.1.2. Kamera in der Roboterhand.- 4.1.2.1. Anbringung der Kamera.- 4.1.2.2. Fokussierungsmechanismus.- 4.1.2.3. Bildverarbeitungssystem.- 4.2. Realisierung von Objekterkennung und Positionsbestimmung.- 4.2.1. Datenreduktion und Objekterkennung.- 4.2.2. Betrachtungsperspektiven bei der Kamera in der Roboterhand.- 4.2.3. Positionsbestimmung im Koordinatensystem des Sensors.- 4.3. Eingesetzte Datenquellen.- 4.3.1. Musterbibliothek.- 4.3.2. 3D-Simulationssystem.- 4.4. Datenstrukturen.- 4.4.1. Sensorauftrags- und -ergebnisformat.- 4.4.2. Konverter für die Erkennungsmusterrepräsentation.- 4.5. Kommunikation.- 4.5.1. Verwendete Kommunikationshardware.- 4.5.2. Softwaretechnische Abwicklung der Kommunikation.- 4.6. Graphische Benutzeroberfläche des Sensorsystems.- 4.7. Beschickung einer Werkzeugmaschine durch den mobilen Roboter.- 4.7.1. Positionsvermessung des mobilen Roboters.- 4.7.2. Erkennung und Lokalisierung zu greifender Objekte.- 5. Ergebnisse.- 5.1. Flexibilität.- 5.1.1. Rechner- und Sensorhardware.- 5.1.2. Software.- 5.1.3. Einsatzort.- 5.1.4. Objekterkennung.- 5.1.5. Variable Betrachtungsperspektiven.- 5.2. Wirtschaftlichkeit.- 5.2.1. Hard- und Softwarekosten.- 5.2.2. Zeitverhalten.- 5.2.3. Aufwand zur Anpassung an unterschiedliche Handhabungsaufgaben.- 5.2.4. Zuverlässigkeit.- 5.3. Nutzen für die derzeitige Fertigung.- 6. Zusammenfassung und Ausblick.- 7. Literatur.