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

Kód výsledku v 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>

Výsledek na webu

—

DOI - Digital Object Identifier

—

Jazyk výsledku

čeština

Název v původním jazyce

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

Popis výsledku v původním jazyce

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

Název v anglickém jazyce

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

Popis výsledku anglicky

It is the application of technology for precise measurement of an object in space using a robotic arm and industrial sensors. A measuring object is placed on a prepared measuring table and fixed in a measuring fixture. The user chooses the measurement method, there is a choice of measurement by touch (measuring probe) or non-contact (confocal sensor or industrial camera). The user selects the relevant parameters in the application running on the PC and starts the calibration sequence, where the PLC sends the relevant data and program number to the robot. Based on the selected instrument, the robot first checks the measuring instrument (measuring probe, confocal sensor or camera) to see if there is any deviation and the respective measurement can be invalidated. Once the tool verification sequence is complete, the machine warm-up sequence proceeds, where the robot performs a similar trajectory to the one it performs in the measurement duty cycle to ensure that all robot joints are heated evenly and therefore the effect of thermal expansion is eliminated.Once the entire initialization procedure is complete, the measurement object is calibrated, followed by the actual measurement of the object. The measurement data is stored in a database along with a time stamp, the measurement object and the individual measurement deviations from nominal values. The measurement result is also displayed on a running application (C#) on the PC. Input of commands and programs is handled by a user application on the PC, where the PC communicates with the PLC, which then transmits the commands to the robot. If the measurement is accurate to 0.05 mm, it is always necessary that the measured object has its golden sample (GS), which is first measured in the laboratory on the CMM, where we then enter the calibration deviations of the individual measurement points into the machine, which the machine then works with. The GS can be a kind of simplified model of the product (measurement object), but it must contain all the measured points with the appropriate marking (for example, by engraving) to clearly show where the point is on the product (measurement object). For measurements with an accuracy of 0.5-1 mm, only the measured product on the CMM can be used for initial calibration, without the need to produce an accurate GS. In terms of safety, the entire robotic workplace is secured by several safety features, with an e-stop button on the operator panel at the entrance to the workplace, the entrance area is monitored by a pair of light barriers, and the interior of the workplace itself is monitored by a laser safety scanner, thus preventing a situation where an operator would remain inside the workplace and a second operator would reset the safety circuit and the machine would start in automatic mode.As far as the portfolio of effectors for the robot is concerned, there is the possibility to measure with touch or non-touch technology, whereby with a confocal sensor (non-touch technology), very precise values can be measured by the reflection of the laser beam, which are not affected by ambient lighting, and at the same time, thanks to the high sampling rate, the measurement itself can be very fast, compared to a touch sensor.The final implementation included the following steps:Installation of all measuring instrumentation, switchgear and wiring of safety elements to the individual peripherals.Setting up the safety scanner and barriersVerification of functionality and data transfer between the individual functional units (Robot, PLC, PC)Offline simulation of the robot workstation, preparation of measurement point trajectories, verification of collision-free movements, automatic robot exit to the home positionCreation of calibration programs for individual units, i.e. measuring tools, jig, measurement objectApplication of research activities on new approaches to calibration of TCP (Tool Center Point) robot with touch sensor, confocal (non-contact) sensor and industrial cameraSetting individual limits for measuring sensorsCalibration of the GS measurement object and finding its points in the workstation and fixture areaTransformation of the coordinate system using the bestfit methodFinding and calibrating the camera position relative to the fixture and object - creating a mathematical model of the camera to automatically find the virtual TCP pointCreation of a warm-up sequence with an algorithm for finding temperature correctionsImplementation of the TCP calibration and verification sequence of the confocal sensorImplementation of TCP calibration and verification sequence for touch sensorImplementation of a sequence for automatic verification of robot repeatability at machine start-up using a camera and a calibration pattern formed by ArucoTagsTest measurement mode at reduced speed to verify collision-free robot statesPutting into automatic mode to allow calibration and measurement of the object by the robot

Druh

Z_tech - Ověřená technologie

CEP obor

—

OECD FORD obor

20205 - Automation and control systems

Projekt

<a href="/cs/project/FW01010103" target="_blank" >FW01010103: Robotické experimentální pracoviště pro přesné vyhodnocení kvality výrobků</a><br>

Návaznosti

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

Rok uplatnění

2023

Kód důvěrnosti údajů

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.

Interní identifikační kód produktu

Technologie přesného měření TAČR

Číselná identifikace

003/29-05-2023_OT

Technické parametry

Marelli Automotiv Lighting,ICO 25133152, 8.6.2023

Ekonomické parametry

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

Kategorie aplik. výsledku dle nákladů

—

IČO vlastníka výsledku

25833812

Název vlastníka

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

Stát vlastníka

CZ - Česká republika

Druh možnosti využití

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

Požadavek na licenční poplatek

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

Adresa www stránky s výsledkem

—