Beitrag zur Steigerung der Flexibilität automatisierter Montagesysteme durch Sensorintegration und erweiterte Steuerungskonzepte

摘要

Die aktuelle Problemstellung in der Montage ist vom Spannungsverhältnis zwischen weitreichenden Automatisierungsbestrebungen und wachsender Variantenvielfalt gekennzeichnet. Verstärkt durch den Einfluß abnehmender Produktlebensdauer werden steigende Flexibilitätsforderungen an automatisierte Montagesysteme gestellt, die zu erfüllen es in jedem Fall einer Vielzahl aufeinander abgestimmter Maßnahmen bedarf. In der vorliegenden Arbeit wurde daraus der Aspekt der steuerungstechnischen Maßnahmen aufgegriffen. Es wurde eine Methode zur Sensorauswahl entworfen, die den Planer von Montagesystemen unterstützen soll. Sie geht von den Aufgaben und Funktionen der gesuchten Sensoren im Montagesystem aus und schränkt auf systematische Art und Weise das Spektrum fraglicher Sensoren ein. Die Frage der erforderlichen Sensorausstattung ist bereits in einem relativ frühen Stadium der Planung relevant, weil unter Umständen der mechanische Aufbau durch Einbeziehung von Sensoren vereinfacht und die Systemverfügbarkeit erhöht werden kann. Zur Berücksichtigung eines möglichst breiten Marktangebotes wurde besonderer Wert auf durchgängige Herstellerneutralität gelegt. Für den Planer stellt ein darauf basierendes, rechnergestütztes Auswahlsystem mit Zugriff auf eine Sensordatenbank ein wertvolles Hilfsmittel dar, um den jeweils neuesten Entwicklungsstand im Sensorbereich berücksichtigen zu können. Über den automatischen Anlagenbetrieb hinaus lassen sich Sensoren sehr wirkungsvoll zur Erleichterung von Anpassungsarbeiten an Montagesystemen verwenden, die in der Folge von Produktänderungen nötig werden. Neben Vermessungs- und Kontrollarbeiten eignen sich Sensoren unter Einbeziehung geeigneter Steuerungs- und Regelungsmechanismen auch für die Bewegungsprogrammerstellung der Roboter. Ein neues sensorgestütztes Programmierverfahren wurde entwickelt, das mit minimalem Vorbereitungsaufwand auskommt und prinzipiell ohne manuelle Eingriffe betrieben werden kann. Praktische Untersuchungen zeigen in Übereinstimmung mit den Ergebnissen einer Simulationsstudie, daß der Programmiervorgang auch unter dem Einfluß von Störungen beherrschbar bleibt. Steuerungsmaßnahmen zur Kompensation bekannter Störungen können allerdings sowohl das Abtastverhalten als auch insgesamt die Qualität des Programmierergebnisses spürbar verbessern. Im Allgemeinen wird die Programmiermethode erst durch die Reduktion der aufgenommenen Meßdaten praktisch verwendbar. Der geringe Umfang der verbleibenden Datensätze begünstigt die Verwaltung der Bewegungsprogramme in den Steuerungen und ist Voraussetzung für ihre effiziente Archivierung. Die Datenreduktion muß in der Art erfolgen, daß später mit Hilfe des steuerungsinternen Interpolators die Meßkurve ausreichend gut wiederhergestellt werden kann. Bei einem Vergleich verschiedener Interpolationsverfahren hat sich dabei die HERMITEsche Spline-Interpolation als die universellste erwiesen. Die übliche Montagezellengrundausstattung mit einem Roboter und mehreren Peripheriegeräten eignet sich nicht für alle Montageaufgaben. In bestimmten Fällen erscheint ein neuer Losungsansatz vielversprechend, der in Anlehnung an die manuelle Arbeitsweise zwei Roboterarme vorsieht, deren Bewegungen nach den Forderungen der Montageaufgabe miteinander koordiniert werden. Die Wirksamkeit dieses Ansatzes konnte bestätigt werden anhand einer Problemgruppe der automatischen Montage, den forminstabilen Werkstücken und Baugruppen, für die bisher kaum Automatisierungslösungen bekannt geworden sind. Für dieses Aufgabenspektrum wurden einige Typen koordinierter Bewegungen zusammengestellt und geeignete Algorithmen zur steuerungstechnischen Umsetzung abgeleitet. Da die Beschreibung derart aufeinander abgestimmter Armbewegungen mit konventionellen Programmiersprachen sehr umständlich ist und zu langen Programmerstellungszeiten führt, wurde ein einfaches Sprachkonzept für die Duplexmontage entworfen, das sich bei Versuchen an Beispielaufgaben bewährt hat. Als möglicher Realisierungs