Für den Einsatz von Sensoren gibt es in der Montage- und Fertigungsautomatisierung zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten. Ein wesentlicher Einsatzbereich der Sensoren liegt in der Positionsbestimmung von Objekten, um Unzulänglichkeiten in der Werkstückaufspannung oder im Werkstück selbst zu erkennen und auszugleichen. Für den Sensoreinsatz gibt es je nach Anwendungsfall unterschiedliche, zum Teil speziell angepaßte Lösungsmöglichkeiten, die mehr oder weniger ein Optimum zwischen der geforderten Genauigkeit, der Meßgeschwindigkeit und den Kosten einnehmen. Bei der Auswahl eines Meßsystems stehen unterschiedliche Methoden zur Verfügung, möglichst einfach und schnell das geforderte Optimum zu erreichen. Der vorliegende Beitrag gibt einen Überblick über die Methoden des Sensoreinsatzen zur Positionsbestimmung von Objekten.
Das Ziel der Positionsvermessung von Objekten ist die Anpassung eines Referenzkoordinatensystems an das Realkoordinatensystem. Die Daten dienen dann Industrierobotern oder Fertigungsautomaten, und den gewünschten Manipulations- oder Fertigungsprozeß erfolgreich durchzuführen. Für die Positionsbestimmung werden Werkstückkonturen oder künstliche Referenzmarken als Meßreferenz genutzt. Man kann über die Reaktionsmöglichkeiten auf Meßdaten sprechen, die die aktuelle Position einen Objektes angeben. Die Daten müssen zunächst in verfahrens- und gerätespezifische Korrekturdaten umgewandelt werden, wie z.B. durch Koordinatenanpassung.
Eine Kombination der o.g. Korrekturmöglichkeiten ist auch sinnvoll nutzbar. So kann ein Navigationssystem mit einem Meßbereich bis zu 50 m keine Genauigkeit im 1/10-mm-Bereich erreichen, sondern beispielsweise nur im cm-Bereich. Das Handhabungssystem wird also im cm-Bereich positioniert, und die verbleibende Korrektur wird z.B. durch eine Programmverschiebung durchgeführt, deren Größe von einem Vermessungssystem für den Nahbereich bestimmt wird.
Für die Positionsbestimmung von Objekten mittels Industrieroboter gibt es neben den meßtechnischen Verfahren (Wahl der Sensoren) eine Vielzahl von strategischen Möglichkeiten zur Auswahl der Meßverfahren, der Meßprinzipien und der Meßstrategien, die je nach Anforderungsprofil angewendet werden können.
Zur Lagebestimmung von Objekten gibt es zwei Möglichkeiten:
-Zentrale Vermessung
In einer Meßzelle wird das Werkstück nur am Anfang einer Montage- oder Fertigungslinie einmal vermessen. Die Meßwerte werden zu den Steuerungen der darauffolgenden Handhabungsgeräte weitergegeben. Die Messungen können durch spezielle Meßeinrichtungen oder durch einen Meßroboter ausgeführt werden.
-Lokale Vermessung
Im Gegensatz zur zentralen Meßzelle kann eine lokale Bestimmung der Lage des Werkstücks durchgeführt werden. Das Werkstück kann noch relativ ungenau positioniert bzw. aufgespannt sein, da es erst in der Montagestation vermessen wird. Der Nachteil liegt jedoch darin, daß der Meßvorgang in die Montage eingebunden werden muß, d.h. die Meßsysteme müssen in die Zelle bzw. in den Effektor integriert werden, was schon bei der Konzeption des Zellenlayouts berücksichtigt werden muß. Bei der lokalen Vermessung kann zwischen der parallelen und der seriellen Vermessung unterschieden werden.
-Serielle Meßverfahren
Bei der seriellen Vermessung findet vor dem Montagevorgang die Bestimmung der räumlichen Lage des Werkstückes statt. Das Meßsystem kann hierbei über ein Greiferwechselsystem aufgenommen werden. Nach der Messung wird der Effektor zur Montage aufgespannt, oder das Meßsystem ist gleich in den Effektor integriert.