Positions- und Pose-Sensoren für Maschinen - TUHH · 10.06.2008 PS.4 Dr.-Ing. habil. Jörg...

10.06.2008PS.1

Dr.-Ing. habil. Jörg Wollnack

SchaublinSchaublin

Kuka

PositionsPositions--undund

PosePose--SensorenSensorenfürfür

MaschinenMaschinen

10.06.2008PS.2


Physikalische MessmethodenPhysikalische Messmethoden

10.06.2008PS.3


Gestalt der Meßobjekteebene

FlächenBohrungen( Basisteile )

beliebigVollkörper( Fügeteile )

Vollkörper( Fügeteile )

Meßunsicherheit bis 0,2% vomMeßbereich

0,1 / bis 0,1%(Meßbereich)

0000,001 mm 0,001 mm bis

0,05 mm0,002 mm bis

0,05 mm

Anzahl nötiger Meßsysteme Anzahl Basis-teilbohrungen 1 1 1 2

sehr großBauvolumen klein sehr klein groß groß

Technischer Aufwand gering mittel groß sehr großsehr groß

Verunreinigungen,Magnetfelder

Mögliche Störeinflüsse Streulicht veränderliches Licht, Streulicht

Abschattung,Oberflächen

Verunreini-gungen

Installationsart beliebig beliebigbewegt beliebig stationär

Meßabstand 1 bis 2 mm beliebig beliebigbeliebig(Objektivwahl)

beliebig(typ. 500 mm)

Meßbereich bis 1x1 mm2 bis 24x24 mm2 beliebigbeliebig bis 0,5 x 0,5 m2

Abstands-sensoren, z.B. induktiv Reflexlicht- taster

Fotosensoren PSD-Vier- quadranten- Sensor

Videometrie,z.B. Grauwert Binärbild

Lasermeß-systeme(Triangula- tion)

Lasermeß-systeme(Schatten- bildung)

Meßsysteme

Schw

eige

rt

BewertungskriteriumLaserstrahl

PSDLaser PSDCCDLicht

AB

C D

Physikalische Messmethoden

10.06.2008PS.4


Laser Messverfahren

Interferenz Echo/Laufzeit Echo/Phase Fokus Triangulation

BemerkungenspiegelndeOberfl. erf.

rel. Messung

kurzePulsdauer=> hohe

Pulsenergie

vorw. Ver-messungs-wesen ein-

gesetzt

Störgrößen Laserfreq., Atmosphäre

Atmosphäre,Strahlöffn.Rauschen

AtmosphäreSchwingungenmech. FehlerOberfl. Stör.

AbschattungOberfl. Stör.

Systematische Fehler 0,1 µm 0,1 … 0,5 % 0,8 mm/km 0,1 %

Meßparameter Hell-Dunkel-Streifen

Laufzeit Phasenver-schiebung

Lichtinten-sität

Ort desLichtes

Zufällige Fehler(Auflösung)

λ/2 ... λ/4 cm … m 0,1 mm …1 µm

0,1 … 1 µm 0,1 % Meß-bereich

Meßbereich < 30 m 1 bis400.000 km

1 m bis3 km

+ - 0,2 mm

TS

TSL

EST

TSL

E

TSL

E

STE

L

BL

ObST

LE

Ob∆t

Pri

nzi

pski

zzeTS : Trippelspiegel

ST : StrahlteilerL : LichtquelleOb : ObjektivBL : Blende

t : ZeitdifferenzE : Empfänger∆

10.06.2008PS.5


Erf

assu

ng

s-b

erei

chR

ealis

ieru

ng

Meß

volu

men

Positioniergenauigkeit Bahngenauigkeit

einRaumpunkt

3-D-TasterWürfel

Kugel

Würfel mit ca.10 mm

Würfel mit 0,5.bis einige MeterKantenlänge

bis einige MeterKantenlänge

stabförmig10x10x2000 mm

Koordinaten-meßgeräte

Theodoliten

SeilzugsystemLasertriangulationOptische Triangu-lationNachgeführteInterferometrie

Stahllineal

Laser als Referenzgerade

mehrereRaumpunkte

beliebigeBahnkurven

spezielleBahnkurven

Externe Sensorsysteme zur Maschinenkalibration

10.06.2008PS.6


Meßvor-richtung

3-D-Taster Kreis/Kugel Würfel

Referenz-körper

Externe Sensorsysteme und Kalibrierkörper

10.06.2008PS.7


Judd ‘87, Berg ‘90, Meyer ‘91, Tradt ‘91

Theodoliten-Meßverfahren Tradt ‘91, Beyer ‘95,

Geuens ‘97

VideometrischeVerfahren

TCP - Flansch

LED-Panel

CCD-Sensor-system

Watson ‘85, Lau ‘85,Mayer ‘86, Prenninger ‘92

InterferometrischeLaser-Tracking-Verfahren

Meßkopf-VerfahrenPose- und Positions-

sensoren

induktiv, tastend:

ultraschall:videometrisch:

Warnecke ‘86, Schiele ‘87,Gossel ‘96

Stone ‘86, Berg ‘90 Dainis ‘85, Zhuang ‘96,

Roos ‘96, Wollnack ‘96

Kalibrierkörper

Externe 3D-Positionssensoren

10.06.2008PS.8


Pose SensorPose Sensor

10.06.2008PS.9


TCPKS

MGKS

MPKS

K

MTaster 6

Tast

er1

Taster 5

Taster 4

Tast

er3

Tast

er2

Justierstift

Pose-Sensor mit sechs 1D-Distanzsensoren I

10.06.2008PS.10


Gossel

InduktiverInduktiverPositionPosition--sensorsensor

Pose-Sensor mit sechs 1D-Distanzsensoren II

10.06.2008PS.11


KryptonKrypton

Optischer Pose-Sensor mit sechs 1D-Distanzsensoren

10.06.2008PS.12


S4

S5

S6

S1

S2

S3

Ds

Ds

Ds

Ds

s01,02,03

s05,06

s04αx

αz

αy

Pose-Sensor mit sechs 1D-Distanzsensoren I

10.06.2008PS.13


S S 0 ,=y T K s tS ( , , , , , ) ,s s s x y zx y z α α α=y t

1 2 3 4 5 6( , , , , , ,1) ,s s s s s s=s

S 0 0 01 1 12 2 2

0 0 0 1 0 0

0 0 0 0 1/ 2 1/ 2

1/ 3 1/ 3 1/ 3 0 0 0,

sin 60 sin 60 sin 60 0 0 0

1/ 0 1/ 0 0 0

0 0 0 0 1/ 1/

S S S

S S

S S

D D D

D D

D D

= − −

−

T

[ ] t0 0 0 01 02 03 04 05 06, ( , , , , , )s s s s s s= − =K E S S

Pose-Sensor mit sechs 1D-Distanzsensoren II

10.06.2008PS.14


yS := Posevektor

s := Vektor der von den Sensoren gemessenen Abstände

TS := Sensor-Transformationsmatrix

S0 := Abstandsvektor zwischen den Sensornullpunkten und

Koordinatennullpunkten des Sensorkoordinatensystems

DS := Abstand zwischen den Sensoren

Posesensor mit sechs 1D-Abstandssensoren III

10.06.2008PS.15


Optische Sensoren

10.06.2008PS.16


Photonen die in einen Halbleiterkristall eindringen, können

Elektronen-Lochpaare erzeugen. Die Energie des Photons wird

dabei an das Elektron abgegeben. Das Elektron gelangt durch

diesen Prozeß vom Valenz- ins Leitungsband.

Photosensoren I

10.06.2008PS.17


Photosensoren II

EV

EDES

EAES

EL

Eg

E

+

+

+Donatorenreiner Halbleiter Akzeptoren

h f

h f

h f

10.06.2008PS.18


Photosensoren III

Die durch Photonen freigesetzten Elektronen-Lochpaare können zum Stromfluß (CMOS-Sensor) beitragen oder eine

freigesetzte Ladungsmenge definieren (CCD-Sensor).

Auf der Messung des Stromflusses oder der Ladung basieren Photosensoren.

10.06.2008PS.19


∆y r/

. ..

Vierquadranten-Photodiode

∆x r/Dx

Σi

S1S2

∆y

i1

i2

i i i i1 4 2 3+ -( + )

r

Dy

Σi

L

L

S3 S4

∆x

i i i i1 2 3 4+ -( + )

i3

i4

Vierquadranten-Photodiode

10.06.2008PS.20


PSD-Sensor

2 /∆x L

PSD

2 /∆y L

+-

Dx

Σix

Dy

Σiy

+-. ..

ix1

ix2

i ix2 x- 1

i iy y2 1-

iy1

iy2

∆x

∆y

L

L

10.06.2008PS.21


Anwendungsbeispiele PSD-Sensor

K-Jist

10.06.2008PS.22


CCD-Sensor I

hf

u

SiO2

-

Gate

Bulk

Ausgabe-elektronik

Ladungsmessung

10.06.2008PS.23


x

y

Video-ausgang

Horizontales SchieberegisterV

erti

kale

s S

chie

bere

gist

er

Photo-sensitive

CCD-Zelle

CCD-Sensor II

10.06.2008PS.24


0: /q eW N h f N h c λΦ = ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅

e ed dΦ Φ Ω′ =Φe := PhotonenenergieΦe‘ := PhotonenenergieN := PhotonenzahlΩ := Raumwinkel

Photonenenergie und Photonenflußdichte

Nach der Quantentheorie ist der Strahlungs- oderPhotonenfluß das Produkt der pro Zeiteinheit durch

den Wirkungsquerschnitt übertragenden Photonenzahl Nmit der Photonenenergie

Photonenflußdichte

10.06.2008PS.25


Kontinuitätsgleichung im stromlosen Zustand

/20 (1 ) ,i nT

n qd Q e e daττ η −′= ⋅ ⋅Φ ⋅ ⋅ − ⋅ 0 (1 ( ))a R λ′ ′Φ = Φ ⋅ −

Φ ‘ := Photonenflußdichte:= Quantenwirkungsgrad

τn := ElektronenlebensdauerTi := Integrationsdauer

1 Szq e βη −= −

Bei konstanter Wellenlänge liegt Proportionalität zwischen der Bei konstanter Wellenlänge liegt Proportionalität zwischen der Photonenflußdichte und der flächenbezogenen Ladung vor. Photonenflußdichte und der flächenbezogenen Ladung vor.

10.06.2008PS.26


Spektrale Empfindlichkeit

400 600 800 1000 λ/nm

1

0,5

0

Srel

Die Wellenlängenabhängigkeit der Generationsrate wird durch die relative spektrale

Empfindlichkeitskurve Srel des CCD-Sensors in Abbildung zum Ausdruck gebracht.

10.06.2008PS.27


Generationsrate der Ladungsträger

** ( )( ) (1 ( )) zaG R e α λα λ λ − ⋅′= ⋅Φ ⋅ − ⋅

R(λ) := wellenlängenabhängiger Reflexionsfaktor des Materialsz := Tiefe, gemessen von der Oberfläche des CCD-Sensorsα* := wellenlängen- und materialabhängiger

Absorptionskoeffizient

10.06.2008PS.28


0Min

B

c h

Eλ ⋅=

EB := Bandlücke zwischen Valenz- und Leitungsbandc0 := Lichtgeschwindigkeit im Vakuumh := Planksches Wirkungsquantum

Grenzwellenlänge der Ladungsträgergeneration

Die Energie des Photons muß größer als der Energieab-stand zwischen dem Valenz- und Leitungsband sein, wenn das Photon zur Ladungsmenge oder zum Stromfluß bei-tragen soll.

10.06.2008PS.29


+

++

blau rot IR

p+

n

n+Metall-kontakt

SiO2Kontakt

optischeVergütung

Raum-ladungs-

zone

Innerer photoelektrischer Effekt am PN-Übergang I

10.06.2008PS.30


Legt man an den PN-Übergang einer Photodiode eine in Sperrichtung wirkende Spannung, dann bildet sich im relativ niedrig dotierten N-Gebiet eine breite, im hochdotierten P-Gebiet hingegen eine vernachlässigbar schmale ladungsträger verarmte Raumladungszone aus.

Beide Raumladungszonen zusammen bezeichnet man als Sperrschicht.

Ohne Bestrahlung der Diode fließt nur der sehr kleine Dunkelstrom durch die Sperrschicht.

Setzt man die Diode jedoch einer Strahlung aus, dann werden die in den Kristall eindringenden Photonen (Strahlungsquanten) absorbiert und Ladungsträgerpaare (Elektronen-Löcher-Paare) erzeugt.

Innerer photoelektrischer Effekt am PN-Übergang II

10.06.2008PS.31


Dieser Vorgang läuft fast vollständig in der Sperrschicht ab, wenn die einfallende Strahlung im Spektralbereich der Diode liegt

Unter dem Einfluß des in der Sperrschicht herrschenden elektrischen Feldes tritt eine sofortige Trennung der Ladungsträgerpaare ein.

Die Elektronen werden zur N-, die Löcher zur P-Seite bewegt.

Es fließt ein zusätzlicher Strom, der Photostrom.

Innerer photoelektrischer Effekt am PN-Übergang III

10.06.2008PS.32


CMOS-Sensoren

Graupner

Photodioden, A/DPhotodioden, A/D--Wandler, Wandler,

ProzessorProzessor--Units usw.Units usw.

auf einem Chipauf einem Chip

10.06.2008PS.33


VideometrischeVideometrischeMesssystemeMesssysteme

10.06.2008PS.34


A/D-Wandler

Bild-speicher

Objektiv

Sensor

AnalogesBAS-Signal

Bildverarbeitungs-karte

Systembus

Rechner undSoftware

Videometrisches Messsystem

10.06.2008PS.35


Geometrisches und videometrisches KameramodellGeometrisches und videometrisches Kameramodell

lassen sich streng genommen nicht voneinanderlassen sich streng genommen nicht voneinander

trennen.trennen.

Geometrie- und Signalverarbeitungsmodell

10.06.2008PS.36


KameraKamera--ModellbildungModellbildungTsai 1986 geometrisches Kamera- Kalibration nur Maßstabsfaktor

modell und HauptachseLenz 1988 geometrisches und “ (vollständig) lineare Abhängig-

videometrisches Modell keitenGräßner, Gossel 1996 Konstruktion mini- nicht identifizier- keine Lösungs-

maler Modelle bare Parameter und Maschinen-genauigkeitWollnack 1998 numerische Kon- identifizierbare

struktion minimaler Parameter, mit Lösungs-Modelle geordnet nach und Maschinen-

Signifikanz genauigkeit

Entwicklung videometrischer Messsysteme

Keppler 1609 astronomische MessungenAltschuler 1979 Topograpiemessungen mit Laser-Punkt-MatrixZumbrunn 1987 periodische analoge und digitale HelligkeitsmusterBoyer 1987 FarbcodierungBreukmann 1990 strukturierte Lichtquellen (Binärcodierung)Wahl 1992 strukturierte Lichtquelle mit LCD-MatrixMalz 1992 informationstheoretische Betrachtungen der 3D-Messtechnik

Videometrie / TriangulationVideometrie / Triangulation

10.06.2008PS.37


3D3D--VideometrieVideometrie

10.06.2008PS.38


Projektions-ebene

Seh-strahlen

Projektort t = 0

t t = 1

t t = 5

P

t

t110100

110100

:

Projektor =

inverse KameraKamera

SehstrahlProjektions-strahl

Objekt

aktivaktiv

diffuseBeleuchtung

retroreflektierendeoder aktivleuchtende

Marken

passivpassiv

Triangulation

Objekt

b

S1

S2

z

x

p"

p'

P

Basis

KorrespondenzproblemKorrespondenzproblem

10.06.2008PS.39


•• Bewegung der Kamera mit zur ersten AufnahmeBewegung der Kamera mit zur ersten Aufnahmebekannter Posebekannter Pose

3D-Videometrie

•• Mehrere Kamerasysteme mit zueinander bekanntenMehrere Kamerasysteme mit zueinander bekanntenPosenPosen

•• Bewegung des Objekt mit zur ersten AufnahmeBewegung des Objekt mit zur ersten Aufnahmebekannter Posebekannter Pose

•• Mehrere KameraMehrere Kamera-- und Projektorsysteme mit zueinanund Projektorsysteme mit zueinan--der bekannten Posender bekannten Posen

10.06.2008PS.40


•• Bewegung des Lichtstrahls oder der LichtebeneBewegung des Lichtstrahls oder der Lichtebenedurch bewegte Spiegelsystemedurch bewegte Spiegelsysteme(Servoregelkreise mit Lagemessung)

•• Bewegung des Objekts bei Punktprojektoren inBewegung des Objekts bei Punktprojektoren inzwei Freiheitsgraden und bei Lichtebenenprojektorenzwei Freiheitsgraden und bei Lichtebenenprojektorenin einem Freiheitsgradin einem Freiheitsgrad(x/y-Meßtisch bzw. Förderband mit Lagemessung)

Formerfassung durch 3D-Triangulation

•• Musterprojektoren mit MusterMusterprojektoren mit Muster--, Grauwert, Grauwert--, Farbwert, Farbwert--Codierung der LichtebenenCodierung der Lichtebenen--NummerNummer(Fein-Interpolation bei Helligkeitssprüngen durch optische Tiefpaßfilterungmöglich)

10.06.2008PS.41


Objekt

BasisxS

yS

vu

zS

PS

B

θ

x

y

z

B

u f

u

v

f

F

H

GG

I

K

JJ

=+

−

F

H

GG

I

K

JJ

S

tan

tan,

θθ

u

v

d m

d nx

y

FHGIKJ

=⋅⋅

FHG

IKJ

,

Projektions-ebene

Seh-strahlen z a x b y zS S S S= + +

x

y

z

c

au b v f

u

v

f

F

H

GG

I

K

JJ

= −+ +

⋅−

F

H

GG

I

K

JJ

S

,

g b b f>> ⇒ ≈

d

d

d

d

d

d

SCCD

x

y

z

z

f

u

vz

f

z

Bu

F

H

GG

I

K

JJ

=⋅FHGIKJ

⋅ ⋅

F

H

GGG

I

K

JJJ

0

0 04, d

d

u

vf

z

M

q PM

q P

x

x x

y

y y

FHGIKJ

= ⋅

F

H

GGG

I

K

JJJ0

,

Basisgleichungen der Triangulation

Grobe Näherung

10.06.2008PS.42


Beispiele und AnwendungenBeispiele und Anwendungenvideometrischervideometrischer

MesssystemeMesssysteme

10.06.2008PS.43


1D-Triangulation

10.06.2008PS.44


Anwendungsbeispiele 1D-Triangulation I

KeyenceKeyence

10.06.2008PS.45


Anwendungsbeispiele 1D-Triangulation II

Keyence

10.06.2008PS.46


3D-Triangulation mit drei Kamerasystemen

OPTOTRACKaktive optischen Markenaktive optischen Marken

10.06.2008PS.47


Beispiele für passive retroreflektierende Messmarken

Leica

10.06.2008PS.48


Leica

V-STARS-Photogrammetrie-Software

10.06.2008PS.49


TricamTricam

Triangulation von Freiformflächen

Vitronic

10.06.2008PS.50


Dachkanal Lichtbild

Beim Lichtschnittverfahren werden Lichtlinien

unter einem Winkel auf das Werkstück

projiziert. Aus dem mit einer CCD Kamera

aufgenommenen Videobild kann die Lage der

Naht durch die Auswertung des

Linienversatzes ermittelt werden, die an der

Nahtposition auftritt.

Sensorik Steuerung Roboter Steuerung

Ethernet

SENSOR

ROBOTER

x

y

z

(0,0,0)

Basissystem

(x,y,z,R,P,Y)

Bildverarbeitung

CPU Interface

zur

Steuerung

TCP

Soll-Position

Ist-Position Fein-

Inter-

polationTaktzeit:

10-20ms

Encoder

Quelle: Dr. Barthel Sensorsysteme

Prof. Emmelmann

Triangulation beim Laserschweißen

10.06.2008PS.51


Percepton

Triangulation in der Automobilmontage

10.06.2008PS.52


BeispieleBeispieleoptisch aktiver Messmerkmaleoptisch aktiver Messmerkmale

10.06.2008PS.53


d L

x

LED

konvexeLinse

dB

Streuglas

Loch-blende

dS

a)

g Loch-blende

dB

Streuglas

Leuchtstofflampen

b)

Optisch aktive Messmerkmale

Hochfrequenzbetrieb(ansonsten Helligkeitsmodulationen)

10.06.2008PS.54


xM

yMzM

P1

P3 P2’ P2

TMI

nA

TIO

Posemeßmerkmal

mechanischesInterface

(zum Bauteil)

Objekt-koordinaten-

system

LED

Optisch aktives Posemessmerkmal

10.06.2008PS.55


•• kostengünstige Verfügbarkeit von CCD/CMOS-Bild-sensoren sowie leistungsfähige Rechnersysteme und Algorithmen⇒ Anwendungsfelder der Videometrie nicht voll aus-geschöpft

•• piezoaktuatorische Translation des Sensors⇒ kleinen abtastenden Aperturen um Bruchteile des

Rasterabstandes⇒ höchstauflösende videometrische Messsysteme

•• präzises, zweidimensionales Sensorgitter sowie Subpixel-bildverarbeitung und Kamerakalibration ⇒ relativ preiswert hohe Messgenauigkeit erreichbar

Potential der Videometrie I

10.06.2008PS.56


•• Kalibration von Low-Cost-CCD/CMOS-Kamera-Systemen(z.B. Internet-Kamera)⇒ essentielle Genauigkeitssteigerung⇒ videometrische Meßsysteme mit mittlerer Genauigkeit

•• Videometrie hat und wird weiterhin von der Entwicklungder Mikroelektronik profitieren

Potential der Videometrie II

10.06.2008PS.57


TopographievermessungTopographievermessungSensorSensor--,,

MaschinenMaschinen-- undundRoboterRoboter--

KalibrationKalibration

Laser Messtechnik,Videometrie und Systemintegration

10.06.2008PS.58


•• Messkosten machen in der Messkosten machen in der CFKCFK--FertigungFertigung der Luftfahrtder Luftfahrt--industrieindustrie bis zu 40% der Produktionskosten ausbis zu 40% der Produktionskosten aus

•• Messsysteme erweitern unsere Sinnesorgane undMesssysteme erweitern unsere Sinnesorgane undobjektivieren die Wahrnehmungobjektivieren die Wahrnehmung

•• Messdaten dokumentieren und objektivieren SachverhalteMessdaten dokumentieren und objektivieren Sachverhalte

•• Messdaten dienen zur Qualitätssicherung und ProduktionsMessdaten dienen zur Qualitätssicherung und Produktions--steuerungsteuerung und und --regelungregelung

Problemstellung

10.06.2008PS.59


Erst weitgehend automatisierte MessErst weitgehend automatisierte Mess-- und Fertigungsund Fertigungs--prozesseprozesse können die teilweise drastischen Messkönnen die teilweise drastischen Mess-- undundFertigungskosten signifikant reduzierenFertigungskosten signifikant reduzieren

Dies erfordert sowohl eine mechanische und datentechnischeDies erfordert sowohl eine mechanische und datentechnischeIntegration als auch eine Automatisierung der MessprozesseIntegration als auch eine Automatisierung der Messprozesse

Lösungsansatz

10.06.2008PS.60


lokal

global

Laser Tracker

Laser Radar

Videometrie

lokal

Globale und lokale Messsysteme

AutomatisierungAutomatisierungundund

Systemintegration !Systemintegration !

10.06.2008PS.61


EEW

FhG

Prozesskette

10.06.2008PS.62


Großbauteilmontage

Laser-Tracker

3D-Videometrie

kooperierende Multi-Robotersysteme

steiferBauteilbeschlag

elastischerBauteilbeschlag

3D-Messmarke

Montagebauteil

Master-Roboter

Slave-Roboter

Tool-Grabber-Sensor

STCP

SM

SG

SR

Walking-Rivet-Robot

Roboter

Auf 10m Toleranzen von0,5 bis 2 mm gefordert !

Temperaturdehnung von15 bis 30 µm/°C/m !

Elastische Verformungenim Schwerkraftfeld vonmehreren mm !

10.06.2008PS.63


Kuka

Ahlers

SHW

EEW

Maschinenkalibration

Kalibriertes ModellKalibriertes Modell

Nicht kalibriertesNicht kalibriertesModellModell

/ 100 µm/ 100 µm

/ 1 mm/ 1 mm

RMSRMS x / m y / m

x / m y / m

10.06.2008PS.64


EEW

Problemdefinition in Montage und Produktion

• Nicht kalibriertes 3D Kamerasystem

•Mess- tu TCP-KOS unbekannt

• Greifer- zu TCP-KOS unbekannt

• Objekt zu Robot/Maschinen-KOS unbekannt

• Nicht kalibrierte Roboter/Maschinen-steuerungen

KOS :=Koordinatensystem

• Pose von lokalen Objektmerkmalen unbekannt (Fertigungstoleranzen)

10.06.2008PS.65


EEW

Bootstrapping Problem

ObjectObject RobotRobot

3D camera3D camerasystemsystem

GripperGripperchangingchangingsystemsystem

??Escher

Münchhausen

10.06.2008PS.66


EEW

Hand-Augen-Kalibration

BewegungBewegungMessungMessungIterative ModellkalibrationIterative ModellkalibrationAdaptives SystemverhaltenAdaptives Systemverhalten

10.06.2008PS.67


FlexibleFlexibleGroßbauteilGroßbauteil--fertigungfertigung undund

--montagemontage

10.06.2008PS.68


Von der Vorrichtung zur flexiblen Montagezelle

10.06.2008PS.69


Flexible Wide Body Assembly with Special Machines

http://www.iff.uni-stuttgart.de/NR/rdonlyres/85AB97D0-AA69-44F5-A016-8EC60FEA09E1/0/Wischmann.pdf

Translations well rotating motion

problematic

High-rigid special purpose machines and Foundations

Cost-pregnant precise

construction unit fittings

10.06.2008PS.70


Absolute PositionierfehlerAbsolute Positionierfehlerder Großbauteile der Großbauteile

0,1 bis 0,2 mm0,1 bis 0,2 mm(nach typisch 2-4 Iterationen)

Preiswerte Greifer, StandardPreiswerte Greifer, Standard--Industrieroboter und preiswerte Industrieroboter und preiswerte

HallenfundamenteHallenfundamente

Fotos: Roman Jupitz Symposium 2004Symposium 2004

Wide Body handling with Cooperating Robots

Inexpensive gripper,Inexpensive gripper,robots androbots and

hall foundationshall foundations

Absolute positioning Absolute positioning errors 0,1 errors 0,1 –– 0,2 mm0,2 mm(after typically 2-4 iterations)

10.06.2008PS.71


Absolute PositionierAbsolute Positionier--fehlerfehler der Großder Groß--

bauteilebauteile0,05 bis 0,1 mm0,05 bis 0,1 mm

(nach typisch 2-4 Iterationen)

Preiswerte Greifer,Preiswerte Greifer,StandardStandard--IndustrieIndustrie--roboterroboter und preisund preis--

werte Hallenwerte Hallen--fundamentefundamente

Fotos:RomanJupitz

Experimental Field for Wide Body Shape and Pose Automatic Control Loop

Inexpensive Inexpensive gripper,gripper,

robots androbots andhall foundationshall foundations

Absolute Absolute positioning errors positioning errors

0,05 0,05 –– 0,1 mm0,1 mm(after typically 2-4

iterations)

10.06.2008PS.72


SensorSensor--undund

RoboterRoboter--Kalibration Kalibration

10.06.2008PS.73


STCP

0 η

STCPp η

SK

ri

TKTCP

SK

ri

TKTCP

TTCP0p η

TC0C1

TTCP0C η

Sr0 Sr1

SC fCI0 fCI1

Fully Automatic Sensor Calibration (2003)

10.06.2008PS.74


Calibration Body (1990)

3D3D

2D2D

Measurement markersMeasurement markers

10.06.2008PS.75


3D/6D Sensor System3D/6D Sensor System

Measurement markersMeasurement markers

Fully Automatic Sensor Calibration (2006)

10.06.2008PS.76


Robot Calibration (2004)

3D Sensor System3D Sensor System

3D Measurement Markers3D Measurement MarkersIndustrial RobotsIndustrial Robots

10.06.2008PS.77


CFKCFKProduktionszellenProduktionszellen

10.06.2008PS.78


IFB/EADS

Materials for Aeroplane Construction (A380)

10.06.2008PS.79


Robotics and CFK I

10.06.2008PS.80


EADS

CFK Place Robots

10.06.2008PS.81


EADS

Tons Production with Cartesian Robots

Positions- und Pose-Sensoren für Maschinen - TUHH · 10.06.2008 PS.4 Dr.-Ing. habil. Jörg...

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