Succesvol onderzoeksproject over autonome meetrobots

De autonome meetrobot herkent zelfstandig zijn doel met behulp van camera's en richt zich op de carrosserie om de speling en de afdichting op de gewenste posities te inspecteren, zonder menselijke interactie.

– Trend naar meer modulariteit en een grotere variëteit aan producten in de productie vereist flexibelere kwaliteitsborging
– Consortium van ZEISS, het Instituut voor Lasertechnologie in de Geneeskunde en Meetkunde (ILM), het Instituut voor Meet-, Regel- en Mikrotechniek (MRM) van de Universiteit Ulm en BMW heeft succesvol onderzoek gedaan naar een toekomstbestoplossing

ZEISS, als toonaangevende leverancier van innovatieve oplossingen op het gebied van inline-meettechniek, die met ZEISS AICell trace de realtime procesbewaking en metrologisch terug te voeren inline-meettechniek in één cel combineert, kent door de uitwisseling met haar klanten hun eisen en strategieën. Met financiering van het Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) heeft ZEISS in een consortium met de partners BMW, het Instituut voor Meet-, Regel- en Mikrotechniek (MRM) aan de Universiteit Ulm en het Instituut voor Lasertechnologie in de Geneeskunde en Meetkunde (ILM) als antwoord op deze ontwikkelingen het concept van een autonome meetrobot (AuMeRo) onderzocht en ontwikkeld. Een volledig functioneel exemplaar heeft dit jaar al bewezen dat de AuMeRo taken zoals het inspecteren van spaltgaten en hechting aan niet-geverfde of geverfde carrosseriedelen in volle omvang aankan.

„Een starre productielijn voor een standaardproduct, waarop zo veel mogelijk stuks worden geproduceerd – dit gevestigde concept zou binnenkort tot het verleden kunnen behoren“, zegt Manuel Schmid, productmanager bij ZEISS IQS. Steeds individuelere klantwensen leiden tot een toenemende variëteit aan producten en daarmee tot een noodzakelijke modularisering van de productie. Vooral sectoren zoals de automobielindustrie plannen daarom op lange termijn om sequenciële productieprocessen met hooggespecialiseerde stations in de nabije toekomst op te lossen en te vervangen door flexibel inzetbare productielijnen.

Gekoppelde competenties voor een intelligent, autonoom systeem

De AuMeRo is een rechthoekig platform met wielen onderaan en een robotarm met een optische meetsensor bovenaan. „Dit hardwareaspect is op zich natuurlijk nog niet revolutionair“, legt Dr. Matthias Karl uit van het concernonderzoek van de ZEISS Groep. „De belangrijkste taak was om op softwaregebied de benodigde intelligentie te creëren voor de autonome beweging naar het object, de meting ervan en de gegevensverwerking.“ Om deze uitdaging in het onderzoeksproject te overwinnen, bundelden de onderzoekspartners hun respectievelijke competentiegebieden.

Het Instituut voor Meet-, Regel- en Mikrotechniek van de Universiteit Ulm richt zich op autonoom rijden in samenwerking met meerdere autofabrikanten. Het ontwikkelde en implementeerde daarom de navigatieoplossing voor het mobiele meetplatform, waarmee het zich autonoom naar het doelobject kan bewegen en daarbij ook obstakels veilig kan omzeilen. Het Instituut voor Lasertechnologie in de Geneeskunde en Meetkunde heeft jarenlange ervaring in optische meettechnologie. Het onderzocht en ontwikkelde een methode voor gelijktijdige meting van ruwe, gekleurde en geverfde carrosseriedelen met niet-coöperatieve oppervlakken met hetzelfde meetinstrument. ZEISS, als coördinator van het consortium, was vertegenwoordigd met ZEISS Industrial Quality Solutions (IQS) en het concernonderzoek met twee vakafdelingen: ZEISS IQS leverde de toepassingsgerichte optische meettechniek, terwijl ZEISS concernonderzoek de beweging van de robotarm, de objectherkenning en de meetpositiecontrole via optische beeldherkenning in combinatie met machinaal leren verzorgde. De applicatiepartner BMW, als een van de toonaangevende premium-autofabrikanten, gaf het project een concrete praktische context.

Individuele klantwensen vervullen en tegelijk de efficiëntie verhogen

„De gebruiker selecteert via software een object, bijvoorbeeld een portier, en geeft de grove locatie en vervolgens het relevante meetplan op. Vanaf dat punt opereert AuMeRo volledig autonoom“, legt Manuel Schmid uit. De objectherkenning gebeurt via camera en is gebaseerd op een digitale tweeling van het object. Voor de daadwerkelijke meting wordt het mobiele platform uitgerust met aanvullende optische sensoren: hiervoor is bij ILM een speciaal meetinstrument ontwikkeld met voordelen voor korte meettijden en robuuste omgevingsinvloeden, dat gebruikmaakt van multi-wavelength digitale holografie. Op deze manier kunnen binnen één opname topografische gegevens van een hele oppervlakte worden verzameld, voor diffuse en/of spiegelende oppervlakken. Nadat het platform het object heeft gevonden en aangevaren, beweegt de robotarm de meetkop volgens de eisen uit het meetprogramma, rekening houdend met de actuele ruimtelijke omstandigheden. „Door zijn vermogen tot autonome mobiliteit en objectherkenning is AuMeRo klaar voor een toekomst waarin mobiele, modulaire productielijnen de norm worden, en maakt het mogelijk om op elk moment en op elke locatie te meten waar dat nodig is“, zegt Schmid. „Hij kan echter ook nu al zijn voordelen volledig benutten, bijvoorbeeld bij productaudits, waarbij momenteel metingen en documentatie handmatig in de meetruimte plaatsvinden. Met AuMeRo gaat dat veel efficiënter, namelijk geautomatiseerd en reproduceerbaar met constante hoge kwaliteit en betrouwbaarheid van de gegenereerde meetresultaten.“

„We hebben met het onderzoeksproject kunnen aantonen dat het concept zonder beperkingen werkt en zich eenvoudig aan nieuwe objecten en meetplannen laat aanpassen. Daarmee staan de deuren voor deze technologie wijd open“, zegt algemeen consortiumcoördinator Dr. Matthias Karl. Jan-Klaus Dziergwa, projectleider carrosseriebouw en kwaliteitsmanagement bij BMW Group, is enthousiast over het resultaat: „Bij BMW zijn we zeer geïnteresseerd in het vervullen van individuele klantwensen en het voortdurend verbeteren van onze efficiëntie tijdens productie en kwaliteitsborging. Dit vereist innovatieve methoden en technologieën, en AuMeRo is daar een uitstekend voorbeeld van.“