Wie man erfolgreich mit den Faktoren umgeht, die die Genauigkeit von OLRP-Programmen beeinflussen

„Wie genau ist das Programm, wenn Sie es auf dem echten Roboter laufen lassen?” ist wahrscheinlich die häufigste Frage, die einem OCTOPUZ-Mitarbeiter gestellt wird, wenn es um OLRP geht – und eine der wichtigsten. Es ist einfach, einen Roboter zu zeigen, der innerhalb weniger Minuten in einer kontrollierten virtuellen Umgebung programmiert wird. Aber diese Programme müssen sich in der realen Roboterzelle in etwas Nützliches umsetzen lassen. Die Punkte, denen der Roboter folgen wird, müssen mit dem Teil richtig ausgerichtet sein.

In der virtuellen Welt: ist alles perfekt. In der echten Welt: ist nichts perfekt. Die Realität ist, dass OLRP zwar Programme erstellen kann, die sehr genau sind, wenn sie auf reale Roboter übertragen werden, dass aber mehrere Faktoren die Genauigkeit beeinflussen können. Teile und Vorrichtungen verziehen sich, Brenner werden verbogen, Roboter verlieren ihre ursprünglichen Kalibrierungsvorgaben usw. Es wird nie möglich sein, diese Faktoren zu eliminieren, also suchen wir stattdessen nach Möglichkeiten, sie zu kompensieren. In diesem Blogbeitrag werden wir einige der häufigsten Faktoren besprechen, die die Genauigkeit von OLRP-Programmen beeinflussen, sowie einige Tipps und Tricks für den Umgang damit.

Unkalibrierter Roboter

Einige würden dies für ein Alptraumszenario halten. Für diejenigen Leser, die mit dem Begriff „unkalibriert“ im Zusammenhang mit Robotern nicht vertraut sind: Es handelt sich um einen Industrieroboterarm, der so konstruiert und programmiert ist, dass er genau weiß, wo er sich im Raum befindet, basierend darauf, wie die Motoren des Arms die verschiedenen Gelenke des Roboters eingestellt haben. Mit anderen Worten: Der Roboter kennt zu jedem Zeitpunkt die Gradzahlen der verschiedenen Gelenke im Arm. Mit der Zeit gerät der Roboter in einen Zustand, in dem er denkt, dass seine Gelenke einen bestimmten Wert haben, während sie in Wirklichkeit einen ganz anderen Wert haben. Ein unkalibrierter Roboter könnte z. B. denken, dass das letzte Gelenk des Arms bei 60 Grad steht, während es in Wirklichkeit 65 Grad sind.

Alle Roboter werden im Laufe der Zeit durch die natürliche Abnutzung beginnen von ihren ursprünglichen Kalibrierungsvorgaben abzuweichen. Es ist wichtig, dass Ihre Roboter gewartet, gepflegt und routinemäßig neu kalibriert werden, um Wiederholbarkeits- und Genauigkeitsprobleme bei der Online-Programmierung sowie bei OLRP zu vermeiden.

Obwohl es eine Vielzahl von Problemen gibt, die ein unkalibrierter Zustand bei Robotern verursachen kann, sogar bei Online-Aufgaben, ist es ein sehr einfach zu diagnostizierendes Problem. Ein unkalibrierter Roboter ist nicht in der Lage, einen genauen Werkzeugrahmen oder Basis-/Benutzerrahmen anzulernen. Punkte von Programmen, die zuvor gelehrt wurden, beginnen ebenfalls, von ihrer ursprünglichen Position abzudriften. Ausrichtungsmethoden für OLRP verlassen sich weitgehend auf Punkte, die vom physischen Roboter aufgenommen werden. Die Ausrichtung mit einem unkalibrierten Roboter, der ungenaue Werkzeugrahmen hat und nicht genau weiß, wo er sich im Raum befindet, wird keine genauen Ergebnisse liefern.

Die einzig wahre Lösung für dieses Problem ist eine Neukalibrierung des Roboters. Für Manche ist das der pure Albtraum, weil alle Programme, die dem Roboter beigebracht wurden, als er bereits unkalibriert war, davon betroffen sind, da das Verständnis des Roboters für seine programmierten Gelenkwerte geändert wird. Programme, die gelehrt wurden, als der Roboter noch richtig kalibriert war, und die im Laufe der Zeit aufgrund der zunehmenden Fehlkalibrierung ungenau geworden sind, erhöhen die Ungenauigkeit.

Ungenauer Werkzeugrahmen

Ein leicht zu behebendes Problem. Ausrichtungsmethoden für virtuelle OLRP-Zellen stützen sich auf Punkten, die vom physischen Roboter aufgenommen werden. Wenn der Werkzeugrahmen nicht genau auf ein bestimmtes Merkmal des Werkzeugs (z. B. die Spitze eines Schweißdrahtes) angelernt wird, sind die aufgenommenen Punkte ungenau, wenn sie in die virtuelle Welt übertragen werden, und die Ausrichtung ist falsch. Die einfache Lösung besteht darin, einen neuen Werkzeugrahmen für die Ausrichtung einzulernen und zu überprüfen, ob er an der richtigen Stelle eingelernt wurde, indem Sie ihn um den TCP im Raum drehen.

Schlecht eingerichtete Systeme

Die OLRP-Software geht davon aus, dass die Komponenten in den physischen Roboterzellen ordnungsgemäß gebaut und montiert sind. Ein Beispiel: Nehmen wir an, wir haben einen Roboter, der an einer Linearschienenachse befestigt ist, und der Roboter soll auf gleicher Höhe mit der Montageplatte des Schienenfahrwerks montiert werden. Wenn dies in der physischen Roboterzelle nicht richtig gemacht wurde und der Roboter nicht waagerecht montiert ist, können große Ungenauigkeiten auftreten. Der physische Roboter würde Koordinaten bestimmter Punkte innerhalb der Roboterzelle liefern, die für die Ausrichtung verwendet werden, was fehlerhaft ist. Der Roboter könnte denken, dass sich ein bestimmtes Merkmal, das ausgerichtet werden soll, bei X=100, Y=100 und Z=100 befindet. Da der Roboter jedoch nicht richtig an der Schiene befestigt und leicht geneigt ist, könnte sich das Merkmal tatsächlich bei X=105, Y=101 und Z=110 befinden.

Die Diagnose dieses Problems ist normalerweise nicht schwierig. Die Methode dafür hängt von dem jeweiligen System ab. Die Korrektur in der OLRP-Software kann auch ganz einfach sein: Sie passen einfach die virtuelle Zelle an, um die nicht nivellierte Montage oder andere Einrichtungsprobleme zu berücksichtigen. Es kann schwierig sein, zu messen, wie unausgeglichen oder schief bestimmte physische Roboteraufstellungen sind. Es gibt viele Möglichkeiten, dies zu erreichen, abhängig von der Konfiguration der Roboterzelle und davon, wo das Problem liegt. Die präziseste Art, dies zu messen, ist jedoch oft ein Lasermesssystem. Die Schwierigkeiten bei der Quantifizierung einer mangelhaften Einrichtung können dazu führen, dass dieses Problem in einigen Fällen nur schwer zu lösen ist.

Verformte Teile, Werkzeuge und Vorrichtungen

Ob beabsichtigt oder nicht, die Abweichung zwischen CAD-Modellen und tatsächlichen Teilen, Werkzeugen und Vorrichtungen führt zu Ausrichtungsungenauigkeiten bei virtuellen OLRP-Zellen. Wenn die verwendeten CAD-Modelle völlig falsch sind, ist das ein einfaches Problem mit einer einfachen Lösung: Sie korrigieren Ihre CAD-Modelle. Auf einer komplexeren Ebene sind Verzug und Verformung überall und überall um uns herum. Dinge verformen sich unter ihrem eigenen Gewicht, wenn sie extremer Hitze ausgesetzt sind (wie beim Schweißen), bei Temperatur- und Druckschwankungen in der Umgebung, und die Liste geht weiter. Was die Sache noch komplizierter macht, ist die Tatsache, dass es sehr schwierig sein kann, Verzug zu messen und zu quantifizieren, und noch schwieriger, ihn in CAD-Modellen zu berücksichtigen.

Wenn der Verzug beabsichtigt ist (z. B. ein Werkstück, das sich vor dem Schweißen absichtlich in einem verzogenen Zustand befindet, so dass es sich während des Schweißvorgangs durch die Hitze in die beabsichtigte Form verformt), ist die beste Möglichkeit, dies zu berücksichtigen, die virtuelle OLRP-Zelle mit CAD-Modellen auszurichten, die diesen Verzug berücksichtigen. In diesem Beispielfall: CAD des Teils bevor es geschweißt wird, nicht das Endprodukt.

Für die häufigeren Szenarien, in denen der Verzug unbeabsichtigt ist, gibt es eine Reihe verschiedener Werkzeuge, mit denen Sie genaue Bahnen auf Ihrem Roboter von OLRP erhalten:

1. Ausbesserungen: die manuelle Lösung. Sie führen das OLRP-Programm einfach auf dem Roboter aus und korrigieren Sie ungenaue Punkte manuell mit dem Programmierhandgerät. Diese Lösung ist nicht ideal, da sie Nebenzeiten des Roboters und die Verwendung des Programmierhandgeräts erfordert. Die Anzahl der Ausbesserungen, die bei einer gut ausgerichteten Zelle vorgenommen werden müssen, hängt davon ab, wie verzogen die Teile und Vorrichtungen sind. Dies ist jedoch die billigste und einfachste Lösung, um Verzug auszugleichen.

2. Berührungserkennung: die genaueste Lösung. Wenn Sie den Roboter nach der genauen Stelle suchen lassen, an der er auf dem betreffenden Teil schweißen soll, können Sie sicher sein, dass die Programmpunkte genau sind. Die Berührungserkennung kann auch ein nützliches Hilfsmittel sein, wenn die Vorrichtungen nicht ganz genau sind und die Positionen der Teile, die sie halten, von Teil zu Teil abweichen. Diese Lösung ist jedoch nicht kostenlos. Für die Berührungserkennung sind zusätzliche Hardware- und Softwarepakete erforderlich, die bei Industrierobotern selten zur Norm gehören. Vorgänge mit Berührungserkennung verlängern die Zykluszeit ebenfalls erheblich und sind auf Schweißvorgänge beschränkt. Aus diesen Gründen ist die Berührungserkennung zwar die genaueste Lösung, aber auch die teuerste.

3. Vision-Systeme: die genaueste Lösung für nicht-schweißbare Anwendungen. Wenn Ihr Roboter etwas anderes als Schweißen macht, z. B. Zerspanung oder 3D-Druck, steht Ihnen der Berührungssensor nicht zur Verfügung. Es gibt jedoch eine breite Palette von Vision-Systemen, die diese Lücke füllen können. Diese Systeme arbeiten alle nach dem gleichen Prinzip, d.h. sie verwenden eine Art Kamera und einen Algorithmus, um das Teil nach bestimmten Orientierungspunkten zu durchsuchen, die die beabsichtigten Positionen der Programmpunkte anzeigen. Diese Systeme haben jedoch die gleichen Nachteile wie die Systeme mit Berührungserkennung, da sie oft teurer sind und die Zykluszeit in vielen Fällen verlängern können.

4. Nahtführung: die mittlere Lösung. Für diejenigen Leser, die mit der Nahtverfolgungstechnologie nicht vertraut sind: Es handelt sich dabei um eine Lösung für Industrieroboter, die Schweißarbeiten durchführen (fast ausschließlich mit Schweißnähten, die Webparameter enthalten) und die kontinuierlich die Position der Drahtspitze des Schweißbrenners im Verhältnis zu der zu schweißenden Verbindung messen. Korrekturen der Nahtführung berücksichtigen in erster Linie die Drift in einer Bahn, um den Brenner beim Schweißen in der Naht zu halten. Wir werden in diesem Artikel nicht auf die technischen Details eingehen, wie diese Systeme funktionieren. Da diese Systeme jedoch aktiv die Positionen der Schweißpunkte in einem Roboterprogramm korrigieren, können sie auch die Genauigkeit von OLRP-Programmen verbessern, die auf physische Roboter übertragen werden. Ähnlich wie Berührungssensoren und Vision-Systeme gehören Nahtverfolgungspakete selten zur Standardausstattung von Industrierobotern und erfordern zusätzliche Investitionen in das System. Außerdem sind sie nur auf Schweißvorgänge beschränkt und können die Genauigkeit nur begrenzt verbessern. Sie können Schweißpunkte korrigieren, die um einige Millimeter von der vorgesehenen Position abweichen, aber sie können nicht Punkte korrigieren, die um mehrere Zentimeter abweichen. Diese Korrekturen beruhen auf einem genauen Startpunkt der Schweißnaht, der nur mit einer der oben genannten Methoden korrigiert werden kann.

Teilevariation 

Abhängig von den Toleranzen bei anderen Schritten in Ihrem Fertigungsprozess kann es zu erheblichen Abweichungen zwischen den Teilen kommen, die in Ihre Roboterzelle geladen werden. Dies zeigt sich sowohl an den Merkmalen der Teile selbst als auch an der Art und Weise, wie die Teile in die Werkzeuge und Vorrichtungen passen, die sie aufnehmen. Die im obigen Abschnitt erwähnten Werkzeuge können alle gleichermaßen auf diese Quelle der Ungenauigkeit angewendet werden. Es gibt jedoch die zusätzliche Lösung, die Toleranzen in anderen Schritten des Prozesses zu verringern. Konsistentere Teile haben eine konsistentere Genauigkeit in den Roboterprogrammen, die auf ihnen laufen. Einheitlichere Werkzeuge und Vorrichtungen haben den gleichen Effekt.

Beim Ausrichten von virtuellen Roboterzellen mit realen Roboterzellen wird es immer einige Fehler geben. Wir leben nicht in einer perfekten Welt, also müssen wir Maßnahmen ergreifen, um die Unregelmäßigkeiten um uns herum zu berücksichtigen. Dieser Artikel vermittelt Ihnen eine bessere Vorstellung davon, was die häufigsten Ursachen für Unregelmäßigkeit und Ungenauigkeit bei der Bereitstellung von OLRP sind und wie Sie diese effektiv beseitigen können. Offline-Roboterprogrammierung ist die Zukunft der Roboterprogrammierung, und wir werden nicht zulassen, dass Unzulänglichkeiten der Hardware dies verhindern.

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