Precision object measurement technology in space using a robotic arm and industrial sensors

Result code in IS VaVaI

<a href="https://www.isvavai.cz/riv?ss=detail&h=RIV%2F61989100%3A27240%2F23%3A10254731" target="_blank" >RIV/61989100:27240/23:10254731 - isvavai.cz</a>

Result on the web

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Result language

čeština

Original language name

Technologie přesného měření objektu v prostoru pomocí robotického ramene a průmyslových snímačů

Original language description

Jedná se o aplikování technologie přesného měření objektu v prostoru pomocí robotického ramene a průmyslových snímačů. Na připravený měřicí stůl se umístí měřící objekt, který je fixován v měřícím přípravku. Uživatel si zvolí způsob měření, zde je na výběr z možnosti měření pomocí dotyku (měřící sonda) či bezdotykově (konfokální snímač nebo průmyslová kamera). Uživatel navolí příslušné parametry do aplikace, která běží na počítači a spustí kalibrační sekvenci, kdy PLC pošle do robotu příslušná data a číslo programu. Na základě zvoleného nástroje robot nejprve zkontroluje měřící nástroj (měřící sonda, konfokální snímač nebo kamera), zda nedošlo k odchylce a nemůže být znehodnoceno příslušné měření. Jakmile proběhne ověřovací sekvence nástroje, přistupuje se k zahřívací sekvenci stroje, kdy robot provede obdobnou trajektorii, jakou provádí v pracovním cyklu měření, aby došlo k rovnoměrnému zahřátí všech kloubů robotu, a tudíž k eliminaci vlivu teplotní roztažnosti.Jakmile je celý inicializační postup hotov, dochází ke kalibraci měřeného objektu, kdy následuje samotné měření objektu. Data z měření jsou ukládaná do databáze společně s časovou známkou, označením objektu měření a jednotlivých měřících odchylek od nominálních hodnot. Výsledek měření je také zobrazen na běžící aplikaci (C#) v PC. Zadávání příkazů a programů je řešeno pomocí uživatelské aplikace na PC, kdy PC komunikuje s PLC, které následně předává povely robotu. Jestliže se jedná o přesné měření do 0.05 mm, je vždy nutno, aby měl měřený objekt svůj golden sample (GS), který se nejprve proměří v laboratoři na CMM, kdy následně zadáme do stroje kalibrační odchylky jednotlivých měřených bodů, se kterými následně stroj pracuje. GS může být jakýsi zjednodušený model daného výrobku (objektu měření), který ale musí obsahovat všechny měřené body s příslušným označením (například pomocí gravírování), aby bylo jasně prokazatelné, kde se bod na výrobku (objektu měření) nachází. Pokud se jedná o měření s přesností v rozmezí 0.5-1 mm, lze pro prvotní kalibraci použít pouze proměřený výrobek na CMM, bez nutnosti výroby přesného GS. Co se týče bezpečnosti, celé robotické pracoviště je zabezpečeno několika bezpečnostními prvky, kdy u vstupu do pracoviště je na operátorském panelu e-stop tlačítko, vstupní prostor je monitorován dvojicí světelných závor a samotný vnitřní prostor pracoviště je monitorován pomocí laserového bezpečnostní skeneru, tudíž je zamezeno vzniku situace, kdy by operátor zůstal uvnitř pracoviště a druhý operátor by resetoval bezpečnostní obvod a stroj by se spustil v automatickém režimu.Co se týče portfolia efektorů pro robot, je možnost měřit dotykovou či bezdotykovou technologií, kdy pomocí konfokálního snímače (bezdotyková technologie) lze měřit pomocí odrazu laserového paprsku velmi přesné hodnoty, které nejsou ovlivněny okolním osvětlením a současně díky vysoké vzorkovací frekvenci může být samotné měření velmi rychlé, oproti dotykovému snímači.Výsledná realizace zahrnovala tyto kroky:Instalaci veškeré měřící instrumentace, rozvaděče a zapojení bezpečnostních prvků do jednotlivých perifériíNastavení bezpečnostního skeneru a závorOvěření funkcionality a přeposílání dat mezi jednotlivými funkčními celky (Robot, PLC, PC)Offline simulace robotického pracoviště, příprava trajektorií měřících bodů, ověření bezkolizních pohybů, automatický výjezd robotu do home poziceTvorba kalibračních programů pro jednotlivé celky, jimiž jsou, měřící nástroje, přípravek, objekt měřeníAplikace výzkumné činnosti v oblasti nových přístupů ke kalibraci TCP (Tool Center Point) robotu s dotykovým snímačem, konfokálním (bezdotykovým) snímačem a průmyslovou kamerouNastavení jednotlivých mezí pro měřící snímačeKalibrace GS měřeného objektu a nalezení jeho bodů v prostoru pracoviště a přípravkuTransformace souřadného systému pomocí metody bestfitNalezení a kalibrace pozice kamery vůči přípravku a objektu - vytvoření matematického modelu kamery pro možnost automatického nalezení virtuálního TCP boduTvorba zahřívací sekvence s algoritmem pro nalezení teplotních korekcíImplementace kalibrační a ověřovací sekvence TCP konfokálního snímačeImplementace kalibrační a ověřovací sekvence TCP dotykového snímačeImplementace sekvence automatického ověření opakovatelnosti robotu při startu stroje pomocí kamery a kalibračního obrazce tvořeného ArucoTagyTestovací režim měření při snížení rychlosti k ověření bezkolizních stavů robotuUvedení do automatického režimu pro možnost kalibrace a měření objektu pomocí robotu

Czech name

Technologie přesného měření objektu v prostoru pomocí robotického ramene a průmyslových snímačů

Czech description

Jedná se o aplikování technologie přesného měření objektu v prostoru pomocí robotického ramene a průmyslových snímačů. Na připravený měřicí stůl se umístí měřící objekt, který je fixován v měřícím přípravku. Uživatel si zvolí způsob měření, zde je na výběr z možnosti měření pomocí dotyku (měřící sonda) či bezdotykově (konfokální snímač nebo průmyslová kamera). Uživatel navolí příslušné parametry do aplikace, která běží na počítači a spustí kalibrační sekvenci, kdy PLC pošle do robotu příslušná data a číslo programu. Na základě zvoleného nástroje robot nejprve zkontroluje měřící nástroj (měřící sonda, konfokální snímač nebo kamera), zda nedošlo k odchylce a nemůže být znehodnoceno příslušné měření. Jakmile proběhne ověřovací sekvence nástroje, přistupuje se k zahřívací sekvenci stroje, kdy robot provede obdobnou trajektorii, jakou provádí v pracovním cyklu měření, aby došlo k rovnoměrnému zahřátí všech kloubů robotu, a tudíž k eliminaci vlivu teplotní roztažnosti.Jakmile je celý inicializační postup hotov, dochází ke kalibraci měřeného objektu, kdy následuje samotné měření objektu. Data z měření jsou ukládaná do databáze společně s časovou známkou, označením objektu měření a jednotlivých měřících odchylek od nominálních hodnot. Výsledek měření je také zobrazen na běžící aplikaci (C#) v PC. Zadávání příkazů a programů je řešeno pomocí uživatelské aplikace na PC, kdy PC komunikuje s PLC, které následně předává povely robotu. Jestliže se jedná o přesné měření do 0.05 mm, je vždy nutno, aby měl měřený objekt svůj golden sample (GS), který se nejprve proměří v laboratoři na CMM, kdy následně zadáme do stroje kalibrační odchylky jednotlivých měřených bodů, se kterými následně stroj pracuje. GS může být jakýsi zjednodušený model daného výrobku (objektu měření), který ale musí obsahovat všechny měřené body s příslušným označením (například pomocí gravírování), aby bylo jasně prokazatelné, kde se bod na výrobku (objektu měření) nachází. Pokud se jedná o měření s přesností v rozmezí 0.5-1 mm, lze pro prvotní kalibraci použít pouze proměřený výrobek na CMM, bez nutnosti výroby přesného GS. Co se týče bezpečnosti, celé robotické pracoviště je zabezpečeno několika bezpečnostními prvky, kdy u vstupu do pracoviště je na operátorském panelu e-stop tlačítko, vstupní prostor je monitorován dvojicí světelných závor a samotný vnitřní prostor pracoviště je monitorován pomocí laserového bezpečnostní skeneru, tudíž je zamezeno vzniku situace, kdy by operátor zůstal uvnitř pracoviště a druhý operátor by resetoval bezpečnostní obvod a stroj by se spustil v automatickém režimu.Co se týče portfolia efektorů pro robot, je možnost měřit dotykovou či bezdotykovou technologií, kdy pomocí konfokálního snímače (bezdotyková technologie) lze měřit pomocí odrazu laserového paprsku velmi přesné hodnoty, které nejsou ovlivněny okolním osvětlením a současně díky vysoké vzorkovací frekvenci může být samotné měření velmi rychlé, oproti dotykovému snímači.Výsledná realizace zahrnovala tyto kroky:Instalaci veškeré měřící instrumentace, rozvaděče a zapojení bezpečnostních prvků do jednotlivých perifériíNastavení bezpečnostního skeneru a závorOvěření funkcionality a přeposílání dat mezi jednotlivými funkčními celky (Robot, PLC, PC)Offline simulace robotického pracoviště, příprava trajektorií měřících bodů, ověření bezkolizních pohybů, automatický výjezd robotu do home poziceTvorba kalibračních programů pro jednotlivé celky, jimiž jsou, měřící nástroje, přípravek, objekt měřeníAplikace výzkumné činnosti v oblasti nových přístupů ke kalibraci TCP (Tool Center Point) robotu s dotykovým snímačem, konfokálním (bezdotykovým) snímačem a průmyslovou kamerouNastavení jednotlivých mezí pro měřící snímačeKalibrace GS měřeného objektu a nalezení jeho bodů v prostoru pracoviště a přípravkuTransformace souřadného systému pomocí metody bestfitNalezení a kalibrace pozice kamery vůči přípravku a objektu - vytvoření matematického modelu kamery pro možnost automatického nalezení virtuálního TCP boduTvorba zahřívací sekvence s algoritmem pro nalezení teplotních korekcíImplementace kalibrační a ověřovací sekvence TCP konfokálního snímačeImplementace kalibrační a ověřovací sekvence TCP dotykového snímačeImplementace sekvence automatického ověření opakovatelnosti robotu při startu stroje pomocí kamery a kalibračního obrazce tvořeného ArucoTagyTestovací režim měření při snížení rychlosti k ověření bezkolizních stavů robotuUvedení do automatického režimu pro možnost kalibrace a měření objektu pomocí robotu

Type

Z_tech - Verified technology

CEP classification

—

OECD FORD branch

20205 - Automation and control systems

Project

<a href="/en/project/FW01010103" target="_blank" >FW01010103: Robotic experimental workplace for accurate product quality assessment</a><br>

Continuities

P - Projekt vyzkumu a vyvoje financovany z verejnych zdroju (s odkazem do CEP)

Publication year

2023

Confidentiality

C - Předmět řešení projektu podléhá obchodnímu tajemství (§ 504 Občanského zákoníku), ale název projektu, cíle projektu a u ukončeného nebo zastaveného projektu zhodnocení výsledku řešení projektu (údaje P03, P04, P15, P19, P29, PN8) dodané do CEP, jsou upraveny tak, aby byly zveřejnitelné.

Internal product ID

Technologie přesného měření TAČR

Numerical identification

003/29-05-2023_OT

Technical parameters

Marelli Automotiv Lighting,ICO 25133152, 8.6.2023

Economical parameters

Tržby s užitím výsledků projektu v letech 2023-2027 tis. Kč 14250 26000 33000 46400 54000 Zisk v letech 2023-2027 tis. Kč 2137,5 3900 4950 6960 8100 Export v letech 2023-2027 tis. Kč 3562,5 6500 8250 11600 13500 Celkové tržby podniku(část Inženýringu) v letech 2023-2027 tis. Kč 172 000 182320 193259,2 204855 217146

Application category by cost

—

Owner IČO

25833812

Owner name

ELVAC a.s., VŠB - TU Ostrava, Fakulta elektrotechniky a informatiky;

Owner country

CZ - CZECH REPUBLIC

Usage type

A - K využití výsledku jiným subjektem je vždy nutné nabytí licence

Licence fee requirement

Z - Poskytovatel licence na výsledek nepožaduje v některých případech licenční poplatek

Web page

—