A TERMELÉSI FOLYAMAT MINÕSÉGKÉRDÉSEI, VIZSGÁLATOK 2.5 2.3 2.4
Ipari robotok a minőségellenőrzésben; háromdimenziós felületek teljesen automatikus, robotalapú minőség-ellenőrzése Tárgyszavak: gépjárműgyártás; minőség-ellenőrzés; méréstechnika; optikai ellenőrzés; érzékelő; kamera; lézeres méréstechnika; robot; automatizálás; alakmérés; szerelés; kalibrálás.
Az automatizált gyártás megvalósításának egyik alapvető feltétele az állandó, magas minőségszínvonal, amelynek gazdaságilag elfogadható megvalósításához a gyártási folyamatba illesztett, magas szinten automatizált minőség-ellenőrzés is szükséges. Gépjárműgyártó üzemben az alkatrészek, a karosszériaelemek illesztésének, az illesztési hézagok, az elemek szintbeli elhelyezésének ellenőrzését eddig általában több szerelési művelet befejezése után, a szerelősorba telepített, rögzített helyzetű érzékelőkkel, gyakran azonban csak szúrópróbaszerűen, megfelelő mérőeszközök hiányában csak szemrevételezéssel végezték. Ez az eltérő modellváltozatok méreteinek ellenőrzését nehezítette, egyre több érzékelő felszerelését követelte meg. A DaimlerChrysler kutatói a Mercedes-Benz kutató-fejlesztő központjában olyan mérőrobotot használnak, amely az alkatrészek alakját optikai mérőrendszerrel, három dimenzióban és felületszerűen határozza meg. Nagyobb darabszámban vizsgált alkatrészek alakját betanítással lehet közölni a robottal, a gyakran változó alakú alkatrészek vizsgálatához azonban a gyártási adatkészletek alapján a rendszer teljesen automatikusan határozza meg a szükséges robothelyzet-pontokat. Egyedi alkatrészek vizsgálatához újszerű mérési stratégiát alkalmaznak, és „genetikus” algoritmusok önállóan dolgozzák ki a mérési tervet. A rendszer a felület pontos alakját tökéletes optikai digitalizálással határozza meg. A digitalizáláshoz fotogrammetriai elv alapján működő, sávvetítős érzékelő-
rendszert szereltek ipari robot karjára, amellyel a szokványos ipari robotok helyzetbeállítási pontosságánál lényegesen pontosabb eredményeket lehet elérni. A problémák megoldására a Volkswagenwerk wolfsburgi üzemében a szerelőszalag végére telepített, sokoldalú, intelligens érzékelőkkel felszerelt robotot alkalmaznak, amelynek mérőfejébe épített érzékelők (videokamera és lézeres háromszögelés elven működő érzékelők) strukturált megvilágítással (vetített lézervonal) határozzák meg a karosszériaelemek, ill. a rájuk rögzített szerelvények illesztésének minőségét. A vizsgálócellába érkező gépkocsi típusváltozati adatainak beadása után a robot megkezdi a geometriai jellemzők vizsgálatát. Az eredményeket értékelő számítógép gondoskodik a robotos és a hagyományos eljárással (indikátorórával, idomszerekkel) meghatározott értékek összehasonlíthatóságáról. A méréshez használt lézer kisugárzott teljesítményét a rendszer adaptív módon illeszti a festék színéhez, valamint a manapság szokásos különleges (metál, gyöngyházszerű) festékekhez. A kifejlesztett eljárás különlegessége az ipari robot integrálása a mérési pontok felvételébe. Az érzékelőket hordozó kar irányított pozicionálása közben szinkronizált méréssorozatok végezhetők, és így az alkatrészek bonyolult geometriai részletei költségoptimált módon határozhatók meg. Ebben az alkalmazásban a bonyolult érzékelőrendszereket a robotok és a mérést irányító számítógép különleges programozása helyettesíti. Így például a rendszer az alkatrészek éleinek meghatározott geometriai jellemzői alapján a kocsiszekrény és az arra szerelt részek illeszkedésének mértékét számíthatja. Az elérhető összesített pontosságot a pontszerű nyalábfókuszos (≤0,05 mm), integrált érzékelők és az alkalmazott ipari robot pályahelyzet-pontossága határozza meg. A tárolt programozású rendszeregységek, az ipari robotok és a szabadon programozható mérő- és értékelőrendszerek között kapcsolatot teremtő hálózatok a mérési pontok helyzetét és az érzékelők adatainak feldolgozását szinkronizálják, az összesített adatokat a mérőcellán kívül elhelyezett értékelő számítógépbe vezetik. Ez a számítógép az eredményeket szemléletes alakban mutatva, lehetővé teszi az esetleg szükséges utólagos helyesbítő munkák megrendelését, sőt esetleg a gyártószerelő rendszer korábbi szakaszaiban szükséges módosítások indítványozását is. A járművek optimális módon illesztett tetőelemei és ajtói a kényelmes használat előfeltételei, és egyúttal a minőség optikai észlelésének fontos elemei is. A gépkocsigyártásban szerzett tapasztalatokat figyelembe véve,
olyan kombinált mérő és beállító munkahelyet fejlesztettek ki, amelynek alkalmasságát és megbízhatóságát 6000 jármű (Lupo/Golf V) vizsgálata bizonyítja. A gyártósorba illesztett, robotirányítású mérőrendszerek továbbfejlesztésének újabb lehetőségeit kínálják a vezeték nélküli adatátviteli technika és a nagy teljesítményű mikroszámítógépek területén elért eredmények. E lehetőségeket hasznosítva fejlesztenek ki intelligens videokamerát és „digitális személyi asszisztenst” (PDA, personal digital assistant) tartalmazó érzékelőfejet, amely alkatrészeken végez méréseket. A rendszer a körülményekhez illeszkedő, strukturált megvilágítást használva, az optikai háromszögelés elve alapján a vizsgálandó alkatrésznek megfelelő helyzetbe vezérli a robotot, és járulékosan kapcsolható megvilágítással a vizsgálat tárgyán annak minőségére jellemző adatokat határozhat meg. A korszerű gyártórendszerekben gyakran a gyártástól az adminisztratív részlegekig terjedő kommunikáció kívánatos, amely a fejlesztő, tervező és irányító szintek összekapcsolásával gyakran a folyamatellenőrzés és a távkarbantartás kibővített funkcióinak előnyét is nyújtja. A vállalatot átfogó, széles átviteli sávú hálózat lehetővé teszi a gyártórészlegek számára a megfelelő infrastruktúrához való hozzáférést, és így a minőségbiztosítás rendszerei is integrálhatók a gyártásba. Így a Kuka KR 45/2 típusú ipari robotra szerelt érzékelőfejjel meghatározott adatok és a számított helyesbítő információk a vállalati adatátviteli hálózaton át a minőségadatokat tároló adatbankba kerülnek, és egyúttal az intelligens mérőfej mozgása is a körülményeknek megfelelően módosítható. A képfeldolgozás négy elemeként tekintett képfelvétel, megvilágítás, kiértékelő elektronika és programtechnika általában szokásos különálló megvalósítása helyett ebben a rendszerben a kamerát, a képfeldolgozókiértékelő egységeket és a világítástechnikát a robot mérőfejében helyezték el, a vezérlőelemek a vizsgálócella tartozékai. Egy második, integrált feldolgozóegység, a kísérleti mérőfej programozott elemének feladata az érzékelők által gyűjtött információk alapján utasítások számítása és kapcsolat teremtése a vezeték nélküli adatátviteli rendszerrel. A helyszínen és központi helyen megjeleníthető a rendszer állapota, a mérési eredmények és a robot eredő mozgásai; a mérőfej új paraméterei is beállíthatók. A szokásos szerszámcserélő egységek a mérőfej megfelelő elemeinek cseréjére is használhatók. A gépjárművek szerelése során a tapasztalatokon alapuló emberi tudást és az automatizált mérőrendszerrel meghatározott objektív eredményeket, az ember és a technika előnyös tulajdonságait célszerű kom-
binálni. A végszerelés területe a gyártás korábbi szakaszainál kevésbé automatizált, jelentős az emberi ügyesség, a tapasztalat, a rugalmas megoldási stratégiák szerepe, amelyek lehetőségeit azonban jelentősen növeli a beillesztendő alkatrész megfelelő pozíciói mérési pontjainak felvétele, illetve ismerete. Az ipari robotra szerelt intelligens érzékelőfejes rendszer jelenlegi fejlesztésének célja az, hogy az alkatrészek illesztési folyamatának optimálásával tényleges termelési segítséget nyújtson. Az ipari robot számára nehézséget jelent az, hogy ismeretlen környezetben intelligens módon reagáljon. A feladat az ember és a robot mindenkori helyzetének megbízható érzékelése, és ennek alapján az emberi közreműködő védelme a robotrendszer fix programozású vagy érzékelők alapján irányított mozgásai ellen. Megfelelő teljesítményű robotvezérlések és továbbfejlesztett megfigyelőrendszerek lehetővé teszik a munkatér valós idejű felügyeletét és a mozgások interaktív irányítását, így az ember és a robotos segítő rendszer egymáshoz közelebb kerülhet, és egyidejűleg dolgozhat ugyanazzal a munkadarabbal. Így például egy ajtó beillesztése a kocsiszekrénybe úgy zajlik le, hogy az összeillesztendő két rész robotos méréseinek eredményei alapján a képfeldolgozó programrendszer a tapasztalt dolgozónak bemutatja az illesztés szempontjából kritikus helyeket, és egyúttal megfelelő egyengetési vagy szerelési utasításokat ad, ezeket közvetlenül a munkavégzés helyén szemléltetve. Előnyös lehet az információkat a dolgozó látóterébe vetítő eszközök vagy beszéddel tájékoztató rendszerek alkalmazása. A mérési eredmények, az adatok, az utasítások az üzem területén bárhol megjeleníthetők. A kifejlesztett rendszer az ipari robot által végzett objektív mérések eredményeinek automatizált kiértékelése révén meghatározott munkautasításokkal, az ember és a technika partnersége alapján a munkák pontosságát növeli. A hibák elemzését és gyors megszüntetésüket a rugalmas és nagy teljesítményű rendszer segíti elő. A tapasztalatok szerint célszerű az ipari robotok intenzívebb programozásával, az érzékelőrendszerek integrálásával a teljesítményüket úgy fokozni, hogy a megnövelt pontosságú robotok a minőség-ellenőrzés és a termelés támogatásának területén új alkalmazási lehetőségeket találjanak. Az inerciális (tehetetlenségi) mérőrendszerek kalibrálására is alkalmaznak hagyományos ipari robotot. A kalibrációs eljárás három lépésre bontva, elsőként a háromdimenziós mérések vektornormáját mérve az érzékelők nullponthibáját és skálatényezőjét, valamint a robot helyzetbeállítási hibájától függetlenül az érzékelők kölcsönös helyzethibáit ha-
tározzák meg. Különös figyelmet fordítanak egy olyan kalibrációs lépésre, amelynél a robot karja körpályán mozogva referencia-fordulatszámokat állít elő. A körmozgás egyenleteinek struktúrája kevert lineáris becsléses megfogalmazást tesz lehetővé, ez pedig az optimálási feladat fokszámának csökkentését engedi meg; így a nemlineáris optimálás algoritmusának konvergenciasebessége megnő. Összeállította: Pálinkás János Wulfsberg, J. P.; Ludwig, R.: Robotergestützte Qualitätskontrolle mit intelligenter Sensorik. = VDI-Berichte, 2004. 1841. sz. h.n. p. 179–186. Bertagnolli, F.: Messtrategie und Messplanung zur flexiblen vollautomatischen 3DOberflächenerfassung. = VDI-Berichte, 2004. 1841. sz. h.n. p. 239–246. Fox, J.; Janocha, H.: Der Industrieroboter als Referenz: Statische Kalibrierung von Inertialmesssystemen. = VDI-Berichte, 2004. 1841. sz. h.n. p. 187–194. Schmitt, E.; Dietrich, B.: Flexibel automatisieren. = VDI-Zeitschrift, 147. k. 4. sz. 2005. p. 56–58.
