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Fraunhofer IAPT: 360-Grad-Blick für Roboter

Roboter die an detailreichen Werkstücken arbeiten, müssen zu jeder Zeit wissen wo sich das Werkstück befindet. Je präziser desto schwieriger. Forscher des Fraunhofer IAPT haben nun eine verbesserte Sehhilfe für Industrieroboter entwickelt.

Der Sensor ermöglicht eine 360°-Rundumsicht für die Prozessführung und Qualitätssicherung. Bildquelle: © Fraunhofer IAPT

Der Sensor ermöglicht eine 360-Grad-Rundumsicht für die Prozessführung und Qualitätssicherung.

Wo bin ich? Diese Frage müssen auch Roboter beantworten, während sie Werkstücke kleben, schweißen oder Dichtungen verfugen. Denn nur wenn die Robotersteuerung auf den Millimeter genau weiß, an welcher Stelle sich der Klebe- oder Schweißkopf gerade befindet, ist das Endergebnis präzise. Der Roboter braucht also eine Sehhilfe.

Meistens übernehmen das spezielle Sensoren, die mehrheitlich mit dem Prinzip der Lasertriangulation arbeiten: Eine Laserdiode wirft eine Linie aus rotem Licht auf das Werkstück, von dort wird das Licht unter einem bestimmten Winkel reflektiert und weiter in eine Kamera geworfen. Aus der Position, von der das Licht auf den Kamerachip trifft, lassen sich die Position und die Entfernung des Sensors zum Werkstück innerhalb des Koordinatensystems bestimmen.

Doch die bestehenden Sensoren sind durch Abschattungen in ihrer Flexibilität begrenzt. Die Höhenmessung klappt bei herkömmlichen Sensoren nur, wenn diese in Bearbeitungsrichtung angebracht sind. Ändert sich bei diesen Sensoren die Bewegungsrichtung des Roboters, bleibt das Auge blind. Die einzigen Alternativen sind die Verwendung mehrerer Sensoren oder zusätzlicher Achsen.

Mit dem Messvorhang alles abdecken

Die Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien (IAPT) in Hamburg haben nun eine Alternative entwickelt: Der Sensor namens ‘SensePRO’ ist kompakt mit 15 Zentimeter Durchmesser, hat eine eigens entwickelte Auswertesensorik, die einen abschattungsfreien Rundumblick ermöglicht, und erzeugt einen 360-Grad-Messvorhang, der mehr Flexibilität bei der Messrichtung bietet. Egal wohin sich der Roboter bewegt, immer ist mindestens eine Laserlinie optimal positioniert und liefert genaue Positionsinformationen in die Kamera.

Außerdem kommt es nicht zu Abschattungen des Lichts durch kompliziert geformte Bauteile. Dieses Messprinzip ist mittlerweile patentgeschützt. Der Anwender kann den Sensor ohne Integrationsaufwand für alle Robotersysteme vollkommen flexibel und vor allem prozesssicher in Klebe- und Schweißprozessen einsetzen und erreicht eine vereinfachte Prozessführung und Qualitätssicherung.

Um über lange Zeit in rauen Produktionsumgebungen arbeiten zu können, enthält der Sensor ein Kühlmodul, das entweder mit Wasser oder Luft arbeitet. Zu diesem Zweck besitzt die optische Bank, auf der die Laserdioden und die Kameras montiert sind, eine interne Kühlstruktur. Der Sensor ist so ausgelegt, dass er auf Roboter aller gängigen Hersteller von Kuka bis Fanuc passt und sich für alle denkbaren Einsatzszenarien eignet. Das erlaubt eine einfache Integration in bestehende Fertigungsanlagen. SensePRO soll voraussichtlich 2021 serienreif sein.