Udany projekt badawczy dotyczący autonomicznych robotów pomiarowych

Autonomiczny robot pomiarowy samodzielnie rozpoznaje swój cel za pomocą kamer i ustawia się względem karoserii, aby inspekcjonować szczeliny i spawy w wybranych miejscach bez interwencji człowieka.

– Trend w kierunku większej modularności i większej różnorodności wariantów w produkcji wymaga bardziej elastycznej kontroli jakości
– Konsorcjum z ZEISS, Instytutem Technologii Laserowych w Medycynie i Technologii Pomiarowej (ILM), Instytutem Pomiarów, Regulacji i Mikrotechnologii (MRM) Uniwersytetu Ulm oraz BMW skutecznie badało rozwiązanie przyszłościowe

ZEISS jako wiodący dostawca innowacyjnych rozwiązań w zakresie technologii pomiaru inline, które łączą ZEISS AICell trace w monitorowaniu procesu w czasie rzeczywistym i metrologiczną technologię pomiarową w jednej komorze, zna potrzeby i strategie swoich klientów dzięki wymianie z nimi. Dzięki dofinansowaniu ze strony Federalnego Ministerstwa Edukacji i Badań (BMBF), ZEISS w konsorcjum z partnerami BMW, Instytutem Pomiarów, Regulacji i Mikrotechnologii (MRM) Uniwersytetu Ulm oraz Instytutem Technologii Laserowych w Medycynie i Technologii Pomiarowej (ILM), jako odpowiedź na te trendy, bada i rozwija koncepcję autonomicznego robota pomiarowego (AuMeRo). W tym roku pełnoprawny egzemplarz już udowodnił, że AuMeRo może w pełni wykonywać zadania takie jak inspekcja szczelin i spójności na niepomalowanych lub pomalowanych częściach karoserii.

„Sztywna linia produkcyjna dla produktu standardowego, na której wytwarza się jak najwięcej sztuk – ten utarty koncept może już niedługo odejść do przeszłości”, powiedział Manuel Schmid, menedżer produktu w ZEISS IQS. Coraz bardziej indywidualne życzenia klientów prowadzą do rosnącej różnorodności wariantów produktów i tym samym do konieczności modularizacji ich produkcji. Szczególnie branże takie jak przemysł motoryzacyjny planują długoterminowo rozwiązać sekwencyjne procesy produkcyjne z wysoko wyspecjalizowanymi stanowiskami i zastąpić je elastycznymi wyspami produkcyjnymi.

Połączone kompetencje dla inteligentnego, autonomicznego systemu

AuMeRo to prostokątna platforma z kołami u dołu i ramieniem robota z czujnikiem optycznym na górze. „Ten aspekt sprzętowy oczywiście nie jest jeszcze rewolucyjny”, wyjaśnia dr Matthias Karl z działu badań korporacyjnych grupy ZEISS. „Najważniejszym zadaniem było stworzenie na poziomie oprogramowania niezbędnej inteligencji do autonomicznego poruszania się w kierunku obiektu, jego pomiaru i przetwarzania danych.” Aby sprostać temu wyzwaniu w ramach projektu badawczego, partnerzy badawczy połączyli swoje kompetencje.

Instytut Pomiarów, Regulacji i Mikrotechnologii Uniwersytetu Ulm koncentruje się na autonomicznej jeździe w współpracy z wieloma producentami samochodów. Opracował i wdrożył rozwiązanie nawigacyjne dla mobilnej platformy pomiarowej, dzięki któremu może ona poruszać się autonomicznie w kierunku obiektu i bezpiecznie omijać przeszkody. Instytut Technologii Laserowych w Medycynie i Technologii Pomiarowej posiada wieloletnie doświadczenie w optycznej technologii pomiarowej. Badał i rozwijał metodę jednoczesnego pomiaru surowych, barwionych i lakierowanych części karoserii o niekooperatywnych powierzchniach za pomocą tego samego urządzenia pomiarowego. ZEISS jako koordynator konsorcjum reprezentowało ZEISS Industrial Quality Solutions (IQS) i dział badań korporacyjnych, które zapewniły technologię optycznego pomiaru z zastosowaniem w praktyce, podczas gdy dział badań grupy ZEISS opracował ruch ramienia robota, rozpoznawanie obiektów i sterowanie pozycją pomiaru za pomocą rozpoznawania obrazów optycznych w połączeniu z uczeniem maszynowym. Partner aplikacyjny BMW, jako jeden z wiodących producentów samochodów premium, nadał projektowi konkretny kontekst praktyczny.

Spełnianie indywidualnych życzeń klientów i jednoczesne zwiększanie wydajności

„Użytkownik wybiera za pomocą oprogramowania obiekt, na przykład drzwi pojazdu, jego przybliżoną lokalizację, a następnie odpowiedni plan pomiarowy. Od tego momentu AuMeRo działa w pełni autonomicznie”, wyjaśnia Manuel Schmid. Rozpoznanie obiektu odbywa się za pomocą kamery i opiera się na cyfrowym bliźniaku obiektu. Do właściwego pomiaru platforma mobilna jest wyposażona w dodatkowe czujniki optyczne: w ILM opracowano specjalne urządzenie pomiarowe z zaletami krótkich czasów pomiaru i odporności na warunki środowiskowe, korzystające z cyfrowej holografii wielowiązkowej. W ten sposób można w jednym ujęciu uzyskać dane topograficzne całej powierzchni dla powierzchni rozpraszających i/lub odbijających lustro. Gdy platforma znajdzie i dojedzie do obiektu, ramię robota przesuwa głowicę pomiarową zgodnie z wymaganiami programu pomiarowego, uwzględniając aktualne warunki przestrzenne. „Dzięki zdolności do autonomicznej mobilności i rozpoznawania obiektów, AuMeRo jest gotowe na przyszłość, w której mobilne, modułowe wyspy produkcyjne staną się normą, i umożliwia pomiar dokładnie tam i wtedy, gdzie jest to potrzebne”, mówi Schmid. „Ale już teraz może w pełni wykorzystać swoje zalety dla producentów, na przykład podczas audytów produktów, gdzie obecnie pomiar i dokumentacja odbywają się ręcznie w pomieszczeniu pomiarowym. Z AuMeRo jest to znacznie wydajniejsze, automatyczne i powtarzalne, z konsekwentnie wysoką jakością i wiarygodnością wyników pomiarów.”

„Przeprowadziliśmy badania, które pokazują, że koncepcja działa bez ograniczeń i można ją łatwo dostosować do nowych obiektów i planów pomiarowych. Otwiera to szeroko drzwi dla tej technologii”, mówi koordynator całego konsorcjum, dr Matthias Karl. Jan-Klaus Dziergwa, kierownik projektu w dziale produkcji karoserii i zarządzania jakością w BMW Group, jest zachwycony wynikami: „W BMW jesteśmy bardzo zainteresowani spełnianiem indywidualnych życzeń klientów i jednoczesnym zwiększaniem wydajności produkcji i kontroli jakości. To wymaga innowacyjnych metod i technologii, a AuMeRo jest tego doskonałym przykładem.”