Entwicklung eines Verfahrens zum Programmtest in der robotergestützten Montage

Der Einsatz digitaler Werkzeuge zur effizienteren Produktionsplanung von Anlagen rückt hinsichtlich immer kürzer werdender Produktlebenszyklen zunehmend in den Vordergrund. Insbesondere die Inbetriebnahmephase von Roboterzellen kann durch den Einsatz von Offline-Programmierung verkürzt und der Anlagenanlauf beschleunigt werden. Im Bereich der Inbetriebnahme von robotergestützten Montageanlagen existieren Defizite hinsichtlich der vorzeitigen Erstellung und des Tests von Roboterprogrammen, was die Motivation der vorliegenden Arbeit begründet. Nachfolgend wird das Verfahren der virtuellen Roboterprogrammentwicklung (VIPE) vorgestellt. Unter dem Begriff virtuelle Roboterprogrammentwicklung wird die vollständige Programmerstellung und der systematische Test von Programmfunktionalitäten ohne Vorhandensein der realen Roboterzelle verstanden. Die virtuelle Roboterprogrammentwicklung wird im Rahmen dieser Arbeit wie folgt dargelegt: In den Kapiteln 1 und 2 wird die Zielstellung erläutert und die eigentliche Problemstellung analysiert. Dies erfolgt mithilfe einer Roboterprogrammanalyse zur Identifikation montagespezifischer Programmstrategien, welche zum heutigen Stand mangels Simulationsansätzen nicht vorzeitig abgesichert werden. Dazu gehören Positionierungs-, Füge- und Fehlerbehandlungsstrategien. Basierend auf diesen Erkenntnissen wird in Kapitel 3 eine Anforderungsanalyse durchgeführt, welche die Basis zur Bewertung bestehender Lösungen des Standes der Technik und Forschung in Kapitel 4 darstellt. In Kapitel 5 erfolgt die Entwicklung eines Testkonzeptes und der Entwurf eines Systems zur Erfüllung gestellter Anforderungen. Mithilfe der Informationen über die zu beobachtenden Montageaktionen wird ein ereignisbasierter funktionaler Test zur Prüfung beliebiger Montageabläufe unter Nutzung der Unified Modeling Language vorgesehen. Die Beschreibung von Testszenarien erfolgt mithilfe von Zustandsautomaten und Sequenzdiagrammen. Das Gesamtsystem erlaubt die Kopplung einer herstellerspezifischen Steuerung und führt eine Starrkörpersimulation zur Erzeugung plausibler Sensorsignale und Aktorbewegungen durch, welche essenziell zur Absicherung der vorgestellten Strategien sind. Kapitel 6 weist die Konzepttauglichkeit anhand der Realisierung des Gesamtsystems in Form eines Softwareprototyps nach. Anschließend wird in Kapitel 7 mithilfe von praxisnahen Anwendungsbeispielen der Funktionsnachweis erbracht. Anhand eines mechatronischen Zellenmodells zur Schraubenmontage werden drei exemplarische Strategien beschrieben. Mithilfe einer Positionierungsstrategie wird die Werkstückträgerposition durch Auswertung von Abstandsmessungen ermittelt. Eine Fügestrategie stellt die prozesssichere Schraubenmontage unter Einfluss von Bauteiltoleranzen sicher. Abschließend wird eine Fehlerbehandlungsstrategie für die Schraubenkommissionierung erläutert. Für diese Strategien werden Testszenarien modelliert und Ereignissequenzen abgeleitet.