Browsing by Author "Kuss, Alexander"

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Aufgabenorientierte Roboterprogrammierung unter Berücksichtigung von geometrischen Bauteilabweichungen beim Lichtbogenschweißen
(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2020) Kuss, Alexander; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)
Die einfache und flexible Programmierung von Industrierobotern stellt eine wesentliche Herausforderung für den erfolgreichen Robotereinsatz für Produktionsaufgaben dar. In dieser Arbeit wird ein aufgabenorientiertes Programmiersystem für das robotergestützte Lichtbogenschweißen entwickelt, welches eine sensorbasierte Anpassung von Roboterprogrammen an geometrische Bauteilabweichungen bereits bei der Programmplanung ermöglicht. Zunächst werden das Gesamtkonzept des Programmiersystems und die Modellarchitektur konzipiert. Hierbei wird eine Aufgabenbeschreibung zur Repräsentation von Schweißaufgaben bei geometrischen Bauteilabweichungen entwickelt. Zudem wird ein Technologiemodell zur Modellierung und Wiederverwendbarkeit von generalisiertem Fertigungswissen über den Schweißprozess eingeführt. Darauf aufbauend werden Planungsverfahren zur automatischen Erkennung und Anpassung von Schweißaufgaben sowie zur Erstellung von entsprechenden Roboterprogrammen vorgestellt. Zudem werden Verfahren entwickelt, um mittels 3D-Sensorik geometrische Bauteilabweichungen zu bestimmen und das zugehörige Geometriemodell anzupassen. Zunächst wird ein Verfahren zur Bestimmung von Lageabweichungen basierend auf einer Variante des Iterative-Closest-Point-Algorithmus vorgestellt. Außerdem wird ein Verfahren entwickelt, das als Erweiterung der sogenannten Freiform-Deformation eine nicht-rigide Registrierung und damit eine Anpassung des Geometriemodells an Formabweichungen ermöglicht. Weiterhin wird ein Modell des Lichtbogenschweißprozesses entwickelt, um innerhalb des Programmiersystems automatisch auf die erkannten Bauteilabweichungen reagieren und die Programmplanung entsprechend anpassen zu können. Dabei erfolgt die Modellierung des Zusammenhangs zwischen Bauteilgeometrie und Schweißprozessparametern sowie die Ableitung verschiedener Strategien zur Adaption des Schweißprozesses. Das entwickelte Programmiersystem mit den Verfahren zur sensorbasierten Anpassung des Bauteilgeometriemodells und dem Modell zur Schweißprozessanpassung wird schließlich mit einer industriellen Schweißroboterzelle evaluiert. Dazu werden Schweißnähte an Versuchsbauteilen mit vorgegebenen Lage- und Formabweichungen erzeugt und den Schweißergebnissen einer Vergleichsgruppe ohne Nutzung der entwickelten Verfahren gegenübergestellt. Hierbei kann eine deutliche Erhöhung der Nahtqualität sowie eine Reduktion der Qualitätsschwankung nachgewiesen werden. Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zur adaptiven Programmierung von Industrierobotern im Bereich des Lichtbogenschweißens.