Hochpräzise roboterbasierte 3D-In-Prozess-Messtechnik

Abstract

Für effektive und adaptierbare Produktionssysteme der Zukunft stellen flexible roboterbasierte Messsysteme eine der wichtigsten Voraussetzungen dar, um die entsprechenden Anforderungen an Qualität, Produktivität und Flexibilität erfüllen zu können. Da Bewegungsunsicherheit industrieller Roboter und externe Vibrationen in Produktionsumgebungen Messungen im Mikro- bis Nanometerbereich beeinträchtigen, wird ein dual aktuierter Ansatz mit einer Messplattform, welche die Feinpositionierung des taktilen oder optischen Messsystems übernimmt, vorgeschlagen. Um Interaktionen von Messsystem und Objekt zu vermeiden, sind optische Sensoren aufgrund ihrer berührungslosen Messprinzipien sowie hohen Messraten und Auflösungen für In-Prozess-Messanwendungen besonders gut geeignet. Zur Erweiterung solcher punktweise messenden Sensoren zu echten 3D-Messsystemen werden diese mit opto-mechatronischen Kippspiegelsystemen kombiniert. Dabei wird ein integrierter Systementwurf verwendet, der alle Teilsysteme bis hin zu Ziel-Applikation von Anfang an berücksichtigt, um die Präzision und Messrate zu maximieren. Dieser Beitrag demonstriert einen solchen integrierten Ansatz am Beispiel von Kippspiegel- und Reglerentwürfen, zugeschnitten auf Raster- und Lissajous-Trajektorien, und deren Integration mit optischen Sensorsystemen.

High precision inline measurement systems are considered one of the most important preconditions for future production, as they are a key technology to fulfill the increasing demands on quality, productivity and flexibility. To provide the required positioning uncertainty, which is typically limited by the precision of the industrial robot and external vibrations, a measurement platform for fine positioning of the tactile or optical sensing system is developed. Due to their non-contacting measurement principles, their high measurement rates and resolution, optical sensing principles are well suited for inline measurement applications. To advance single-point optical sensors to 3D measurement tools, fast steering mirrors (FSMs) are proposed to manipulate only the optical path of the sensor. This requires an integrated system design that considers all subsystems, components and the target application from the very beginning, in order to maximize system performance. In this contribution the integrated design approach is demonstrated along the FSM and controller design tailored for raster and Lissajous trajectories and their integration into a scanning optical sensor system.