Patentierte Rundumsicht
Roboter-Auge mit 360°-omnidirektional-Blick
Dass Roboter sich bislang in alle Richtungen bewegen, aber nicht in alle Richtungen sehen können, ändert der patentierte Lasersensor SensePRO der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT.
Damit Roboter auf den Millimeter genau wissen, wo beim Kleben, Dichten oder Schweißen der Klebe- oder Schweißkopf gerade ist, kann er nicht auf die Methodik der Lasertriangulation zurückgreifen, die in der Automobilindustrie oder anderen Branchen verwandt wird. Dabei wirft eine Laserdiode rotes Licht auf ein Werkstück, von wo es in einem bestimmten Winkel reflektiert von einer Kamera aufgenommen wird. Aus der Position, in der das Licht im Kamera-Chip auftrifft, lässt sich die Position und Entfernung des Sensors zum Werkstück im Koordinatensystem bestimmen.
Aber: »Die bestehenden Sensoren sind durch Abschattungen in ihrer Flexibilität begrenzt, schränken zusätzlich die Bewegungsfreiheit der Robotersysteme ein und führen zu einem hohen Integrationsaufwand«, sagt Mauritz Möller, Abteilungsleiter Fabriksysteme für die additive Fertigung an der Fraunhofer-Einrichtung für Additive Produktionstechnologien IAPT in Hamburg.
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. Diese Festlegung auf eine Bearbeitungsrichtung schränkt die Flexibilität der Handhabungssysteme deutlich ein. Die einzigen Alternativen sind die Verwendung mehrerer Sensoren oder zusätzlicher Achsen – beides ist nach dem heutigen Stand der Technik mitunter teurer als der Roboter selbst.
Mauritz Möller hat mit seinen Kollegen Malte Buhr, Vishnuu Jothi Prakash und Julian Weber einen Sensor namens SensePRO entwickelt, der mit 15 Zentimeter Durchmesser kompakt ist und über eine neu entwickelte Auswertesensorik verfügt, die einen abschattungsfreien Rundumblick ermöglicht. 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 flexibel und vor allem prozesssicher in Klebe- und Schweißprozessen einsetzen und erreicht eine vereinfachte Prozessführung und Qualitätssicherung – mit nur einem Sensor. Ferner enthält der Sensor ein Kühlmodul, das entweder mit Wasser oder Luft arbeitet, sodass der Sensor viele Jahre durchhält. Zu diesem Zweck besitzt die optische Bank, auf der die Laserdioden und die Kameras montiert sind, eine interne Kühlstruktur und kann für alle Roboterhersteller von KUKA bis Fanuc angepasst werden. SensePRO soll voraussichtlich 2021 serienreif sein.
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