Einsatz von Industrierobotern als Koordinatenmessgeräte

Anwendungen, bei denen der koordinatenmesstechnische Einsatz von Industrierobotern sinnvoll ist, unterscheiden sich von den typischen Einsatzszenarien herkömmlicher Koordinatenmessgeräte (KMG). Industrieroboter eignen sich insbesondere zum Koordinatenmessen in rauer Fertigungsumgebung und für Fälle, in denen die Koordinatenmessaufgabe mit einer anderen Industrieroboteranwendung kombiniert wird (z. B. Messen und Bearbeiten). Auch bei der Selbstkalibrierung, die auf der Vermessung von Kalibrierkörpern basiert, und der Zellenkalibrierung wird der Industrieroboter zum Koordinatenmessen eingesetzt. Aufgrund dieser abweichenden Einsatzzwecke, -orte und bedingungen sowie der verschiedenartigen Roboterkinematiken mit bis zu sechs Freiheitsgraden wird die Grundidee der herkömmlichen, nicht auf Industrieroboter ausgerichteten, Koordinatenmesstechnik zunächst analysiert und verallgemeinert. Herkömmliche KMGs ermitteln die Koordinaten von Oberflächenpunkten. Verallgemeinernd wird als Zweck eines allgemeinen KMG die Lageermittlung von Formelementen, d. h. beliebigen Starrkörpern, festgelegt. Das KMG, das Formelement und die sie quasi wie ein virtuelles Gelenk miteinander verbindenden Sensorwerte des Messkopfes werden als kinematisches Gesamtsystem betrachtet und dessen Beweglichkeit koordinatenfrei, d. h. ohne Festlegung auf eine konkrete Koordinatendarstellung, mit den Beschreibungsmitteln der Differentialgeometrie untersucht. Ausgehend von der verallgemeinerten Koordinatenmesstechnik wird speziell für den Einsatz eines Industrieroboters als KMG aus den bekannten Konzepten des messenden und des schaltenden Messkopfes ein neues Messkonzept synthetisiert: der messende Messkopf im Schaltbetrieb. Es handelt sich hierbei um einen messenden Messkopf, mit dem jedoch eine Antastbewegung nach dem Visual-Servoing-Prinzip durchgeführt wird, bis ein bestimmter Sollmesswert erreicht ist. Dieses Messkonzept ermöglicht insbesondere die automatische Insitu-Selbstkalibrierung sowohl der Roboterkinematik als auch des Messkopfes durch Vermessung von Kalibrierkörpern. Um zu vermeiden, dass die für Koordinatenmessroboter typischen Probleme und Fragestellungen immer wieder von Grund auf neu gelöst werden müssen, wird das Konzept eines Frameworks für die Entwicklung von Koordinatenmessroboter-Anwendungen mit seriellkinematischen Industrierobotern, die sich im industriellen Einsatz etabliert haben, erstellt. Abschließend wird ein Fallbeispiel für den kombinierten Koordinatenmess- und Bearbeitungseinsatz eines Industrieroboters präsentiert: die Herstellung von Nietbohrungen in der Flugzeugrumpfmontage.