Effizienter Einsatz bildgebender Sensoren zur Flexibilisierung automatisierter Handhabungsvorgänge

Die vorliegende Dissertation entstand wiihrend meiner Tiitigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am lnstitut fur Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universitiit Moochen. Herrn Prof. Dr. -lng. J. Milberg, dem Leiter dieses lnstituts, gilt mein besonderer Dank fur die wohlwollende Forderung und Unterstiitzung sowie fur die wertvollen Hinweise zu dieser Arbeit. Herrn Prof. Dr. -lng. K. Bender, dem Leiter des Lehrstuhls fur Informations­ technik im Machinenwesen, danke ich fur die Dbernahme des Korreferates und die aufmerksame Durchsicht der Arbeit. Dariiberhinaus mochte ich mich bei allen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Instituts und allen Studenten, die mich bei der Erstellung meiner Arbeit unterstiitzt haben, recht herzlich bedanken. Ando Welling MOOchen, Februar 94 Inhaltsverzeichnis 1. Einfiihrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1. Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 2. Problemfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1. 3. StandderTechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1. 3. 1. Entwicklungsstand bildgebender Sensorsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. 3. 2. Stand der Objekterkennung durch bildgebende Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1. 3. 3. Ortsflexibler Einsatz von Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1. 3. 4. Informationsquellen fUr den ErkennungsprozeB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1. 4. Ziel der Arbeit und Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2. Einsatzfeld Fertigungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2. 1. Mechanische Aspekte der Fertigungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 1. Werkstiickspektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 2. Palettensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2. 1. 3. Mobiler Roboter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2. 1. 4. Handhabungsvorgange . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2. 2. Informationstechnische Komponenten der Fertigungsumgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 2. 2. 1. Zellenrechner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2. 2. 2. Aktorsteuerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 2. 2. 3. Simulationssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 3. Konzeption eines flexiblen, integrierten Sensorsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3. 1. Anforderungen an das Sensorsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3. 1. 1. Flexibilitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3. 1. 2. Wirtschaftlichkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3. 2. Bildgebende Sensoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .