Universität Stuttgart
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Item Open Access Genauigkeitssteigerung bei der spanenden Bearbeitung mit Industrierobotern durch Fehlerkompensation mit 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik(2011) Puzik, Arnold; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel eine Lösung zu zeigen, welche allgemeingültig den Fehler eines Industrieroboters kompensiert. Diese Lösung soll sowohl die Kompensation des statischen Fehlers als auch des Bahnfehlers von Robotern ermöglichen, so dass eine genaue Bearbeitung bei dynamischen Prozessen, wie dem Fräsen, möglich wird. Hierzu wird ein Bearbeitungskonzept vorgeschlagen, welches darauf beruht, dass der Roboter das Bauteil handhabt und die Werkzeugspindel auf einer schnellen Ausgleichskinematik befestigt ist, und so mit Hilfe eines Messsystems den gemessenen Positionsfehler des Roboters ausgleichen kann. Gegenüber bisherigen Ansätzen, welche den Roboter steifer machen, soll durch den Einsatz einer aktiven und schnellen Ausgleichsaktorik auf Basis von Piezo-Aktoren der Fehler des Roboters in allen drei Raumrichtungen ausgeglichen werden. Hierzu wird während des Bearbeitungsprozesses der Fehler des Roboters kontinuierlich gemessen und der 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik als Führungsgröße übergeben, auf welcher die Bearbeitungsspindel mit dem Werkzeug befestigt ist. Die Entwicklung der schnellen Ausgleichskinematik – der 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik – stand dabei im Vordergrund. In dieser Dissertation wird die methodische und systematische Realisierung dieser Kinematik gezeigt. Die gefertigte Kinematik wird hierzu aufgebaut, in Betrieb genommen und anhand von gemessenen Fräswerkstücken aus Aluminium wird das Konzept erfolgreich validiert.Item Open Access Adaptive Segmentierung von Tiefenbildern für die 3-D-Objektlageerkennung auf Basis von kombinierten regelgeometrischen Elementen(2011) Stotz, Martin; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Ein großes Hemmnis für automatisierte Entnahme ungeordneter Werkstücke direkt aus Behältern eine ist die aufwändige Konfiguration der zur Lagebestimmung notwendigen Objekterkennungsverfahren. Ein Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer für die nachfolgende Lagebestimmung optimalen, selbstadaptiven Segmentierung von Tiefenbildern. Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung von Verfahren zur Lagebestimmung von Objekten, die aus mehreren regelgeometrischen Elementen auf einer Achse aufgebaut sind. Die in dieser Arbeit entwickelte selbstadaptive Segmentierung basiert auf einem Optimierungsverfahren. Dazu wird der Ansatz der Evolutionsstrategie erweitert, um neben den klassisch behandelten reellwertigen Parametern auch allgemeine Parameter sowie den gesamten Programmablauf optimieren zu können. Zur Fitnessbewertung wird eine neue Vorgehensweise in der Tiefenbildverarbeitung umgesetzt. Die Bewertung der von der Segmentierung gelieferten Bereiche wird dabei anhand ihrer Eignung für die Objekterkennung durchgeführt. Durch diese 3-D-Fitnessbewertung sind vom Anwender nur noch die Geometriedaten des zu erkennenden Objekts vorzugeben. Das entwickelte Verfahren zur Einpassung kombinierter regelgeometrischer Elemente vermeidet numerisch ungünstige Randbedienungen, indem anstatt der verknüpften Positionsparameter der Einzelelemente nur genau eine Position verwendet wird und die Kombination der Einzelelemente über Formparameter des kombinierten Elements beschreiben werden. Mit dem Verfahren zur automatischen Konfiguration wurden vor allem Versuche zur Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Ausgangsdaten durchgeführt, wobei sich die 3-D-Fitnessbewertung als sehr gut erwies. Die Leistungsfähigkeit der Einpassverfahren für kombinierte Elemente wurde in Anlehnung an Testverfahren aus der Koordinatenmesstechnik untersucht. Das vorgeschlagene Objekterkennungssystem wurde an Demonstratoren getestet und konnte eine praxistaugliche Leistung erreichen.Item Open Access Verfahren zum emulationsgestützten MES-Engineering für die Photovoltaikindustrie(2011) Meier, Matthias; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die Umwandlung von nahezu unbegrenzt verfügbarer Sonnenenergie in elektrische Energie gilt als ein vielversprechender Ansatz, um den wachsenden Energiebedarf weltweit, unabhängig von konventionellen Energieträgern, auch in Zukunft zu sichern. Zwischenzeitlich sieht sich die Photovoltaikindustrie (PV-Industrie) allerdings größeren wirtschaftlichen und technischen Herausforderungen gegenübergestellt. Dazu gehören ein wachsender Kostendruck und die Notwendigkeit zur Verbesserung der Produkte bzw. der Produktqualität. Den Herausforderungen sucht die PV-Industrie auf mehreren Ebenen zu begegnen. Eine dieser Ebenen ist die der Produktionssysteme, die entlang der Lieferkette der Branche zum Einsatz kommen. Bereits ab einer frühen Phase des Anlaufs bietet der zielgerichtete Einsatz produktionsnaher IT-Lösungen Ansatzpunkte zur Unterstützung dieser Optimierungsbemühungen. Manufacturing Execution Systems (MESs) stellen eine wichtige Klasse produktionsnaher IT-Systeme dar, die vorhandenes Optimierungspotential nutzbar machen. Dabei müssen die Risiken, die mit der Einführung und dem Einsatz solcher IT-Lösungen einhergehen, beherrscht werden. Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Verfahrens, das im Kontext der PV-Industrie einen Beitrag dazu leistet, angemessene MES-Lösungen frühzeitiger im Fabriklebenszyklus verfügbar und die mit dem MES-Engineering verbundenen Risiken besser beherrschbar zu machen. Es soll damit der PV-Industrie den Zugang zu und die Akzeptanz von MES-Lösungen erleichtern, die die Verfolgung der Optimierungsziele der Branche unterstützen. Im Anschluss an die Definition zentraler Begrifflichkeiten und die Betrachtung des Produktionsumfelds bzw. der Produktions-IT-Landschaft der PV-Industrie werden die Aufgabenstellungen des MES-Engineering-Prozesses im Kontext des Fabriklebenszyklus der PV-Industrie analysiert. Aus der Analyse wird das Konzept des emulationsgestützten MES-Engineering entwickelt, das sich mehrfach die virtuelle Inbetriebnahme der MES-Lösung zunutze macht und den Prozess der Modellierung der virtuellen Produktionsumgebung konsequent in den MES-Engineering-Prozess integriert. Dazu wird einerseits eine hoch skalierbare Emulationsplattform entwickelt und prototypisch implementiert, in der virtuelle Fabriken modelliert und ausgeführt werden können, die Produktionsanlagen aus Sicht des MES mit ihrer realen IT-Schnittstelle abbilden. Andererseits werden Mechanismen zur nahtlosen Integration des Werkzeugs der Emulationsplattform in die Prozesse des MES-Engineering geliefert und exemplarisch für ein iteratives, inkrementelles Vorgehen beschrieben. Der Einsatz des Verfahrens und der Werkzeuge wird im Kontext zweier realer MES-Engineering Projekte evaluiert. In beiden Fällen wurden die mit dem Einsatz des emulationsgestützten MES-Engineering verfolgen Optimierungsziele erreicht.