Autonomer Mess-Roboter in der Fertigung

BMBF-Projekt AuMeRo entwickelt mobilen Messroboter mit drei Sensorsystemen.
Schema des Messroboters, bei dem die verschiedenen Daten zusammenfließen.

Funktionsprinzip des autonomen Messroboters. Bild: Carl Zeiss AG

28.08.17

BMBF-Verbundprojekt AuMeRo

Geometrische Messungen werden für gewöhnlich stationär und mit Hilfe von Bedienpersonal vorgenommen. Eine Automatisierung ist oft nur dort möglich, wo Fertigungsstraßen unter fest vorgegebenen Bedingungen Serienprodukte herstellen. Es existiert daher ein beträchtlicher Bedarf nach Messsystemen, die flexibel unterschiedliche Produkte, idealerweise mit Losgröße Eins, selbständig an variablen Einsatzorten vermessen können.

Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems liegt in der Nutzung mobiler Robotersysteme, die sich autonom in der Produktionsumgebung bewegen. Diese dienen dann als Plattformen für Messgeräte, die für die jeweilige Messaufgabe geeignet sind. Eine zusätzliche Herausforderung ergibt sich dadurch, dass auch große Objekte, wie etwa Fahrzeuge und Fahrzeugteile auf diese Weise vermessen werden sollen. Das Messobjekt kann dadurch wesentlich größer sein, als der Messbereich des jeweils zum Einsatz kommenden Geräts. Hierzu muss der Roboter im Zuge einer Messung die Position wechseln können, ohne dass dadurch die Messgenauigkeit zu stark beeinträchtigt wird.

Ein entsprechendes autonomes Messystem bedarf also einer engen Kopplung zwischen dem Positionssystem und der eigentlichen Messapparatur. Die damit verbundene Fusion und Auswertung von Daten aus unterschiedlichen Quellen ist mit einem erheblichen Rechenaufwand verbunden, der einer entsprechend leistungsfähigen Hardware und ausgeklügelter Algorithmen bedarf.

In dem AuMeRo-Projekt wird der Lösungsansatz verfolgt, die Daten aus insgesamt drei Sensor- bzw. Messystemen zusammenzuführen und möglichst in Echtzeit auszuwerten, so dass im Optimalfall eine Messung sogar in Bewegung möglich ist.

Für die Orientierung im Raum und die Bewegung zwischen verschiedenen Einsatzorten kommt ein Trägheitssensor zum Einsatz. Für die Positionierung des Messgeräts über dem zu untersuchenden Objekt wird eine Stereobildkamera verwendet. Die eigentliche Messung erfolgt mit einem sogenannten chromatischen, konfokalen Multispotsensor (CCMS).

Entscheidend ist, dass die Daten der Sensoren zusammengefasst werden. So lassen sich Genauigkeiten erzielen, die mit getrennten Sensorsystemen nicht erreichbar wären. Für die Positionierung des Messrobotors am Messobjekt wird daher auch auf den Trägheitssensor zurückgegriffen. Beim Abscannen des Messobjekts wird sowohl der CCMS-Sensor verwendet, indem überlappende Messfelder gewählt werden (sog. Stitching), als auch die Stereokamera, die zusammen mit dem Trägheitssensor ein globales Koordinatensystem definiert, in dem dann die CCMS-Messdaten angeordnet werden.

Für die Positionierung der Roboterplattform wird eine Genauigkeit von besser als 0,1m angestrebt, die Positionierungsgenauigkeit der Sensoren vor dem Objekt soll 1mm erreichen und die Vermessung der 3D-Topographie des Objekts mit 0,01mm Genauigkeit erfolgen.

Die zentrale Innovation des Projektes besteht in der erstmaligen ganzheitlichen Nutzung von Konzepten der digitalen Optik im Bereich der Sensorik, der Datenfusion und -korrelation, der Mustererkennung und von Inertialmessgeräten für eine Sensorfusion mit dem Ziel eines flexiblen, autonomen aber dennoch genauen und rückführbaren Systems zur optischen Geometrieerfassung von großen Objekten und Anlagen. Die Einbindung der Messtechnik in den Fertigungsprozess erfolgt dabei nur noch softwareseitig über (drahtlose) Datennetzwerke und nicht mehr durch starre mechanische Kopplung oder eine zentralisierte Prüfeinrichtung.

Partner des AuMeRo-Projekts sind die Cubert GmbH, die Universität Ulm, die Stiftung für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universität Ulm sowie die Zeiss Automated Inspection GmbH&Co KG. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über drei Jahre von Januar 2017 bis Dezember 2019 im Rahmen der Initiative „Integrierte Optik“ mit rund 1,6 Millionen Euro gefördert.

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Projekt AuMeRo (PDF)

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