Sensorik

  Urheberrecht: © Leon Gorissen, 2023. CC BY-SA 4.0. Prototyp eines Relativverschiebungssensorikeinheit für die roboter-basierte Lasermaterialbearbeitung

Um robotische Systeme zur Lasermaterialbearbeitung (engl. Laser Material Processing, LMP) zu befähigen, ist es notwendig, die Bahnabweichungen von der geplanten Zielbahn zu minimieren. Neben dieser Trajektorie-Optimierung ist die Positionsregelung des Laserspots mit Hilfe von bspw. akustisch-optischen Deflektoren (AOD) oder Galvanometer Scanner eine Möglichkeit, um die Positionsgenauigkeit der Systeme zu erhöhen. Grundlage für die Positionsregelung des Laserspots während des Prozesses ist eine ausreichend genaue Zustandsbestimmung des robotischen Bearbeitungspunktes (engl. Tool Center Point; TCP), dem Laserspot. Aus diesem Grund beschäftigt sich Gruppe Digitale Photonische Produktion mit Erprobung verschiedener industrieller und experimenteller Sensoren zur prozessintegrierten Zustandsbestimmung des TCP bei der Lasermaterialbearbeitung. Dabei werden die Nutzbarkeit verschiedener Sensoren analysiert, Ansätze zur Sensordatenauswertung und Sensorfusion geprüft und die daraus entstehenden Gesamtkonzepte mit Blick auf die industrielle Anwendung evaluiert.

Problemstellung

Bei verschiedenen Robotern wie zum Beispiel sechs-Achs Industrierobotern (IR) kann analytisch beschrieben werden, welche Positionierung im Raum aus den Achsstellungen resultiert. Das tatsächliche dynamische Verhalten folgt aus der zusätzlichen Betrachtung der wirkenden Kräfte und Massen. Die wirkenden Kräfte werden hier von verschiedenen Aktoren wie zum Beispiel Elektromotoren erzeugt. Antriebsseitig wird mit Hilfe von Encodern die Stellung der Achse gemessen und dient anschließend als Grundlage für die Berechnung der TCP-Position des Roboters. Die abtriebsseitigen, durch die Gelenksteifigkeiten verursachten Schwingungen können jedoch von den Encodern nicht gemessen werden, was zu einer fehlerbehafteten Positionsberechnung führt. Diese Fehler sind schwer zu modellieren und können, solange sie nicht messbar sind, nur bedingt in die Positionssteuerung miteinbezogen werden.

Darüber hinaus stellen prozessabhängige Einflüsse wie reflektierte Laserstrahlung, Schweißrauch oder Zusatzstoffe die Sensorik vor zusätzliche Herausforderungen.

Forschungsschwerpunkte

• Erprobung verschiedener Sensoren für die Messung der TCP-Position bei der Lasermaterialbearbeitung

• Untersuchung und Validierung von Ansätzen zur Sensorfusion

• Evaluation der Konzepte für die industrielle Anwendung im Kontext der Lasertechnik