DE102013213894B4

DE102013213894B4 - Effector and method for testing workpieces

Info

Publication number: DE102013213894B4
Application number: DE102013213894.6A
Authority: DE
Inventors: Somen Dutta; Thomas Schmidt
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2013-07-16
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2033-07-17
Also published as: DE102013213894A1

Abstract

Effektor (100) für einen Industrieroboter zum bildgebenden zerstörungsfreien Prüfen von dreidimensionalen Werkstücken, insbesondere Faserverbundwerkstücken, aufweisend eine Beleuchtungseinrichtung, eine Kameraeinrichtung und eine Steuereinrichtung (110), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung, die Kameraeinrichtung und die Steuereinrichtung (110) in dem Effektor (100) baulich und funktional zusammengefasst sind, die Beleuchtungseinrichtung wenigstens ein Leuchtmittel (102, 104, 106) und wenigstens einen Stellantrieb (120, 124) und die Kameraeinrichtung wenigstens eine Kamera (108) und wenigstens einen Stellantrieb (122) aufweist, das wenigstens eine Leuchtmittel (102, 104, 106), der wenigstens eine Stellantrieb (120, 124), die wenigstens eine Kamera (108) und/oder der wenigstens eine Stellantrieb (122) mithilfe der Steuereinrichtung (110) steuerbar sind und die Steuereinrichtung (110) und die Kamera (108) in einem Messgerät integriert sind.An effector (100) for an industrial robot for the non-destructive testing of three-dimensional workpieces, in particular fiber composite workpieces, comprising a lighting device, a camera device and a control device (110), characterized in that the illumination device, the camera device and the control device (110) in the effector ( 100) structurally and functionally combined, the illumination device at least one lighting means (102, 104, 106) and at least one actuator (120, 124) and the camera device at least one camera (108) and at least one actuator (122), the at least one Lighting means (102, 104, 106), the at least one actuator (120, 124), the at least one camera (108) and / or the at least one actuator (122) are controllable by means of the control device (110) and the control device (110) and the camera (108) are integrated in a meter.

Description

Die Erfindung betrifft einen Effektor für einen Industrieroboter zum bildgebenden zerstörungsfreien Prüfen von dreidimensionalen Werkstücken. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum bildgebenden zerstörungsfreien Prüfen von dreidimensionalen Werkstücken.The invention relates to an effector for an industrial robot for the non-destructive testing of three-dimensional workpieces. In addition, the invention relates to a method for imaging non-destructive testing of three-dimensional workpieces.

Aus der EP 1 980 847 A2 ist ein Überprüfungsverfahren von Fehlern, die sich in einem Verbundmaterial aus Kohlenstofffasern durch Perforation der Schicht beim Herstellungsprozess ergeben, bekannt, zu dessen Durchführung eine Anordnung mit einer Thermographie-Kamera, Lampen und einem Computer verwendet wird.From the EP 1 980 847 A2 For example, an inspection method of defects resulting in a composite material of carbon fibers by perforating the layer in the manufacturing process is known, for the implementation of which an arrangement with a thermographic camera, lamps and a computer is used.

Aus der DE 20 2012 103 130 U1 ist ein Industrie-Kamerasystem bekannt mit eigenen CNC-Positionierantrieben für einen integrierten Schwenkspiegel oder - sockel, das mit einem Industrieroboter oder einem CNC-gesteuerten Linear- oder Rotationsvorschub gekoppelt ist, um mit dessen externen maschinellen Bewegungen das Kamerasichtfeld innerhalb, außerhalb oder zwischen komplizierten Raumstrukturen, z. B. Autokarosserien, zu erweitern und/oder um hochauflösende, schnelle Einzelbild-Aufnahmesequenzen technischer Elemente, wie Fügestellen und kleine Kanten, wesentlich zu verkürzen bzw. überhaupt zu ermöglichen.From the DE 20 2012 103 130 U1 is an industrial camera system known with its own CNC positioning drives for an integrated pivoting mirror or base, which is coupled to an industrial robot or a CNC-controlled linear or rotary feed, with its external mechanical movements, the camera field of view inside, outside or between complicated spatial structures , z. As car bodies, to expand and / or to shorten high-resolution, fast frame acquisition sequences of technical elements, such as joints and small edges significantly or even allow.

Aus der DE 10 2007 002 106 B3 ist eine Vorrichtung bekannt zur Untersuchung eines Gegenstandes, insbesondere hinsichtlich dessen Oberflächengestalt, mit einem transportablen Gehäuse, das über dem zu untersuchenden Oberflächensegment des Gegenstandes insbesondere von Hand positioniert werden kann, mit zumindest drei Lichtquellen, die mit ihren optischen Strahlachsen im schrägen Einfallswinkel relativ zum zu untersuchenden Oberflächensegment ausgerichtet sind, wobei die Lichtquellen innerhalb des Gehäuses angeordnet sind und das zu untersuchende Oberflächensegment durch eine Beleuchtungsöffnung im Gehäuse beleuchten können, mit zumindest einem Lichtsensor, zur Erfassung des am zu untersuchenden Oberflächensegment reflektierten Lichts, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit, die mit den Lichtquellen und dem Lichtsensor verbunden ist, wobei die Lichtquellen derart angeordnet sind, dass ihre optischen Strahlachsen in jeweils unterschiedlichen, nicht parallelen Bezugsebenen verlaufen, um die Oberflächenbeschaffenheit unabhängig von bestimmten Vorzugsrichtungen exakt zu erfassen.From the DE 10 2007 002 106 B3 a device is known for examining an object, in particular with respect to its surface shape, with a portable housing, which can be positioned over the surface of the object to be examined in particular by hand, with at least three light sources with their optical beam axes at an oblique angle of incidence relative to aligned with the examining surface segment, wherein the light sources are arranged within the housing and the surface segment to be examined can illuminate through an illumination opening in the housing, with at least one light sensor, for detecting the light reflected on the surface to be examined segment, with a control and evaluation, with the light sources and the light sensor is connected, wherein the light sources are arranged such that their optical beam axes in each case in different, non-parallel reference planes to the Oberflächenbescha accuracy independently of certain preferred directions.

Aus der DE 600 11 764 T2 ist eine Inspektionsstation bekannt umfassend einen Inspektionskopf, der an einem Robotergerüstsystem oberhalb eines Zieltransportsystems angebracht ist. Der Kopf umfasst eine CCD-Kamera, deren maximale Empfindlichkeit im Wellenlängenbereich zwischen 400 nm und 500 nm, also im Bereich des Emissionsmaximums, liegt. Die Kamera weist ein für den Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm farbkorrigiertes Objektiv auf, dessen Transmission bei diesen Wellenlängen mindestens 90 % beträgt. Außerdem umfasst der Kopf 19 ein optisches Bandpassfilter 22 zum Sperren aller Wellenlängen unterhalb 420 nm. Dies trägt zur Kontrastverbesserung bei. Zur achsnahen Beleuchtung des Zielobjekts mit sichtbarem Licht ist ein Ring von roten LEDs angebracht. Und schließlich ist unterhalb der im sichtbaren Spektralbereich strahlenden LEDs ein unterer Ring aus 150 UV-LEDs mit einer Leistung von 0,75 mW und einer Wellenlänge von 370 nm angebracht. Der Ring der LEDs weist einen größeren Durchmesser auf als der Ring der LEDs und ist so positioniert, dass ein Einfalls nkel zwischen 10° und 40° zur Horizontalen und vorzugsweise ein Einfallswinkel von 15° bis 35° zur Horizontalen (Ebene der Zielobjekte) erreicht wird. Der Winkel beträgt bei der vorliegenden Ausführungsart 20° bis 25°. Die verschiedenen Komponenten des Kopfes werden auf einer Montageplatte gehaltert, die wiederum auf einem Robotergerüstsystem angebracht ist. Die Kamera, die LEDs sind mit einer Steuereinheit verbunden, welche die Kamerablendenöffnung und die Aktivierung der LEDs steuert.From the DE 600 11 764 T2 For example, an inspection station is known comprising an inspection head mounted on a robot scaffold system above a destination transport system. The head comprises a CCD camera whose maximum sensitivity lies in the wavelength range between 400 nm and 500 nm, ie in the region of the emission maximum. The camera has a color-corrected lens for the wavelength range from 400 nm to 700 nm, the transmission of which is at least 90% at these wavelengths. In addition, the head 19 includes an optical bandpass filter 22 for blocking all wavelengths below 420 nm. This contributes to contrast enhancement. For near-field illumination of the target object with visible light, a ring of red LEDs is attached. Finally, beneath the LEDs in the visible spectral range, a lower ring of 150 UV LEDs with a power of 0.75 mW and a wavelength of 370 nm is attached. The ring of the LEDs has a larger diameter than the ring of the LEDs and is positioned so that an incidence Nkel between 10 ° and 40 ° to the horizontal and preferably an angle of incidence of 15 ° to 35 ° to the horizontal (target plane) is achieved , The angle is 20 ° to 25 ° in the present embodiment. The various components of the head are supported on a mounting plate, which in turn is mounted on a robot scaffold system. The camera, the LEDs are connected to a control unit which controls the camera aperture and the activation of the LEDs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen eingangs genannten Effektor baulich und/oder funktional zu verbessern. Außerdem soll ein eingangs genanntes Verfahren verbessert werden. Insbesondere soll eine automatisierte Inline-Qualitätssicherung ermöglicht sein. Insbesondere soll eine roboterbasiere Inline-Qualitätssicherung ermöglicht sein. Insbesondere soll ein leichter, kleiner, kompakter und gut handhabbarer Effektor bereitgestellt werden. Insbesondere soll eine Synchronisation von Komponenten des Effektors erleichtert oder ermöglicht sein. Insbesondere soll ein Prüfen großer Bauteile ermöglicht sein. Insbesondere soll eine automatisierte Defekterkennung bzw. Defektidentifizierung ermöglicht sein. Insbesondere soll ein Funktionsumfang erweitert werden. Insbesondere soll eine Erreichbarkeit von Prüfbereichen verbessert sein. Insbesondere sollen Fehlereinflussfaktoren kompensiert werden. Insbesondere sollen Messparameter optimiert und erweitert werden.The object of the invention is to structurally and / or functionally improve an effector mentioned in the introduction. In addition, an initially mentioned method is to be improved. In particular, an automated inline quality assurance should be possible. In particular, a robot-based inline quality assurance should be possible. In particular, a lighter, smaller, more compact and easy to handle effector should be provided. In particular, a synchronization of components of the effector should be facilitated or made possible. In particular, it should be possible to test large components. In particular, an automated defect detection or defect identification should be made possible. In particular, a range of functions should be expanded. In particular, an accessibility of test areas should be improved. In particular, error factors are to be compensated. In particular, measurement parameters should be optimized and extended.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Effektor für einen Industrieroboter zum bildgebenden zerstörungsfreien Prüfen von dreidimensionalen Werkstücken, insbesondere Faserverbundwerkstücken, aufweisend eine Beleuchtungseinrichtung, eine Kameraeinrichtung und eine Steuereinrichtung, wobei die Beleuchtungseinrichtung, die Kameraeinrichtung und die Steuereinrichtung in dem Effektor baulich und funktional zusammengefasst sind, die Beleuchtungseinrichtung wenigstens ein Leuchtmittel und wenigstens einen Stellantrieb und die Kameraeinrichtung wenigstens eine Kamera und wenigstens einen Stellantrieb aufweist und das wenigstens eine Leuchtmittel, der wenigstens eine Stellantrieb, die wenigstens eine Kamera und/oder der wenigstens eine Stellantrieb mithilfe der Steuereinrichtung steuerbar ist und die Steuereinrichtung und die Kamera in einem Messgerät integriert sind.The object is achieved with an effector for an industrial robot for the non-destructive testing of three-dimensional workpieces, in particular fiber composite workpieces, comprising a lighting device, a camera device and a control device, wherein the illumination device, the camera device and the control device are structurally and functionally combined in the effector, the lighting device at least one lamp and at least one actuator and the Camera device comprises at least one camera and at least one actuator and the at least one lighting means, the at least one actuator, the at least one camera and / or the at least one actuator by means of the control means is controllable and the control device and the camera are integrated in a measuring device.

Der Effektor kann eine Basis aufweisen. Die Beleuchtungseinrichtung, die Kameraeinrichtung und die Steuereinrichtung können an der Basis angeordnet sein. Der Effektor kann einen Verbindungsabschnitt zur Verbindung mit dem Industrieroboter aufweisen. Der Verbindungsabschnitt kann an der Basis angeordnet sein. Der Verbindungsabschnitt kann als Verbindungsflansch ausgeführt sein. Damit sind die Beleuchtungseinrichtung, die Kameraeinrichtung und die Steuereinrichtung benachbart zueinander angeordnet, sodass eine Funktionalität verbessert ist.The effector may have a base. The illumination device, the camera device and the control device can be arranged on the base. The effector may have a connection section for connection to the industrial robot. The connecting portion may be disposed on the base. The connecting portion may be designed as a connecting flange. Thus, the illumination device, the camera device and the control device are arranged adjacent to each other, so that a functionality is improved.

Der Industrieroboter kann einen Manipulator aufweisen. Der Manipulator kann eine kinematische Kette aufweisen. Der Manipulator kann eine Basis, Armabschnitte, Achsen und Antriebseinrichtungen aufweisen. Der Industrieroboter kann eine Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung des Industrieroboters kann zum Steuern der Antriebseinrichtungen dienen. Der Effektor kann das letzte Glied der kinematischen Kette sein. Der Effektor kann ein Endeffektor sein.The industrial robot may have a manipulator. The manipulator can have a kinematic chain. The manipulator may include a base, arm portions, axles and drive means. The industrial robot may have a control device. The control device of the industrial robot can be used to control the drive devices. The effector may be the last link in the kinematic chain. The effector may be an end effector.

Das Werkstück kann Fasern aufweisen. Das Werkstück kann Glasfasern, Kohlenstofffasern, Keramikfasern, Aramidfasern, Naturfasern und/oder Kunststofffasern aufweisen. Die Fasern können gerichtet sein. Die Fasern können ungerichtet sein. Das Werkstück kann ein Laminat-Werkstück sein. Die Fasern können als Endlosfasern, Gewebe, Gelege oder Matte vorliegen. Eine Herstellung des Werkstücks kann ein Autoklav-Verfahren, ein Faserspritzen, ein Legeverfahren, ein Pultrusionsverfahren, ein Laminierverfahren, ein Harzinjektionsverfahren, ein Pressverfahren, ein Prepreg-Verfahren, ein Vakuum-Infusionsverfahren, ein Wickelverfahren und/oder ein Spritzverfahren umfassen. Die Fasern können in einen Matrixwerkstoff eingebettet sein. Zum Herstellen des Werkstücks können trockene Halbzeuge verwendet werden, die nachfolgend mit dem Matrixwerkstoff infiltriert werden. Zum Herstellen des Werkstücks können vorimprägnierte Halbzeuge verwendet werden. Das Werkstück kann auch beispielsweise aus Kunststoff, Holz, Keramik bestehen. Das Werkstück kann ein Fahrzeugteil sein. Das Werkstück kann ein Teil eines Luft- oder Raumfahrzeugs, Landfahrzeugs oder Wasserfahrzeugs sein. Das Werkstück kann ein energietechnisches Teil.The workpiece may comprise fibers. The workpiece may comprise glass fibers, carbon fibers, ceramic fibers, aramid fibers, natural fibers and / or plastic fibers. The fibers can be directed. The fibers can be undirected. The workpiece may be a laminate workpiece. The fibers may be in the form of continuous fibers, woven fabrics, scrims or mats. Fabrication of the workpiece may include autoclave, fiber spray, lay, pultrusion, lamination, resin injection, compression, prepreg, vacuum infusion, winding, and / or spraying. The fibers can be embedded in a matrix material. For the production of the workpiece dry semi-finished products can be used, which are subsequently infiltrated with the matrix material. Pre-impregnated semi-finished products can be used to produce the workpiece. The workpiece can also be made of plastic, wood, ceramics, for example. The workpiece may be a vehicle part. The workpiece may be part of an aircraft or spacecraft, land vehicle or watercraft. The workpiece can be an energy technical part.

Mithilfe des wenigstens einen Stellantriebs kann das wenigstens eine Leuchtmittel relativ zu der Basis des Effektors verlagerbar sein. Mithilfe des wenigstens einen Stellantriebs kann die wenigstens eine Kamera relativ zu der Basis des Effektors verlagerbar sein. Das wenigstens eine Leuchtmittel kann ein elektrisches Leuchtmittel, wie Glühlampe oder Gasentladungslampe oder Leuchtdiode, sein. Das wenigstens eine Leuchtmittel kann ein Laser sein. Das wenigstens eine Leuchtmittel kann ein Infrarotstrahler sein. Das wenigstens eine Leuchtmittel kann wenigstens einen Filter aufweisen. Die wenigstens eine Kamera kann eine Wärmebild-Kamera sein. Die wenigstens eine Kamera kann einen elektronischen Bildsensor aufweisen. Die wenigstens eine Kamera kann ein Objektiv aufweisen. Mithilfe der wenigstens einen Kamera können Aufnahmen im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums zwischen ca. 1 mm und ca. 780 nm erstellbar sein. Die wenigstens eine Kamera kann wenigstens einen Filter aufweisen. Der wenigstens eine Stellantrieb kann einen Elektromotor aufweisen. Der wenigstens eine Stellantrieb kann ein Getriebe aufweisen.By means of the at least one actuator, the at least one light source can be displaced relative to the base of the effector. By means of the at least one actuator, the at least one camera can be displaced relative to the base of the effector. The at least one luminous means can be an electrical luminous means, such as incandescent lamp or gas discharge lamp or light-emitting diode. The at least one light source may be a laser. The at least one light source can be an infrared radiator. The at least one lighting means may comprise at least one filter. The at least one camera can be a thermal imaging camera. The at least one camera may have an electronic image sensor. The at least one camera can have a lens. With the aid of the at least one camera, recordings in the infrared range of the electromagnetic spectrum can be generated between approximately 1 mm and approximately 780 nm. The at least one camera can have at least one filter. The at least one actuator can have an electric motor. The at least one actuator can have a transmission.

Die Steuereinrichtung kann mit wenigstens einer weiteren Steuereinrichtung signalleitend verbindbar sein. Die Steuereinrichtung kann eine Schnittstelle zur signalleitenden Verbindung mit wenigstens einer weiteren Steuereinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung des Effektors kann mit einer Steuereinrichtung des Industrieroboters signalleitend verbindbar sein. Damit ist ein Datenaustausch und/oder ein abgestimmter Betrieb der Steuereinrichtungen ermöglicht.The control device can be signal-conducting connectable with at least one further control device. The control device may have an interface to the signal-conducting connection with at least one further control device. The control device of the effector can be connected to a control device of the industrial robot signal-conducting. This allows a data exchange and / or a coordinated operation of the control devices.

Die Steuereinrichtung kann eine Speichereinrichtung zum Speichern von Daten der Beleuchtungseinrichtung, der Kameraeinrichtung, Messdaten und/oder Positionsdaten des Industrieroboters aufweisen. Messdaten und/oder Positionsdaten des Industrieroboters können zu der Speichereinrichtung übertragbar sein. Daten der Beleuchtungseinrichtung, der Kameraeinrichtung, Messdaten können zu einer externen Speichereinrichtung, beispielsweise einer Speichereinrichtung des Industrieroboters, übertragbar sein. Die Steuereinrichtung kann eine Recheneinrichtung aufweisen. Die Steuereinrichtung kann einen Zeitgeber aufweisen.The control device may have a memory device for storing data of the illumination device, the camera device, measurement data and / or position data of the industrial robot. Measurement data and / or position data of the industrial robot may be transferable to the memory device. Data of the illumination device, the camera device, measurement data can be transferable to an external storage device, for example a storage device of the industrial robot. The control device can have a computing device. The controller may include a timer.

Außerdem erfolgt eine Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit einem Verfahren zum bildgebenden zerstörungsfreien Prüfen von dreidimensionalen Werkstücken, insbesondere Faserverbundwerkstücken, mithilfe eines derartigen Effektors, wobei die Beleuchtungseinrichtung und die Kameraeinrichtung mithilfe der Steuereinrichtung aufeinander abgestimmt gesteuert werden.In addition, a solution of the problem underlying the invention with a method for imaging non-destructive testing of three-dimensional workpieces, in particular fiber composite workpieces, using such an effector, wherein the illumination device and the camera device are controlled by the control means coordinated with each other.

Eine aufeinander abgestimmte Steuerung kann eine ein- oder wechselseitige Berücksichtigung von Parametern der Beleuchtungseinrichtung und/oder von Parametern der Kameraeinrichtung beinhalten. Parameter der Beleuchtungseinrichtung können Informationen betreffend einen Ein- oder Ausschaltzustand, eine Beleuchtungsintensität und/oder eine Ausrichtung sein. Parameter der Kameraeinrichtung können Informationen betreffend einen Ein- oder Ausschaltzustand, eine Belichtung und/oder eine Ausrichtung sein.A coordinated control can include a one- or two-sided consideration of parameters of the illumination device and / or parameters of the camera device. Parameters of the lighting device may be information regarding an on or off state, a lighting intensity and / or an orientation. Parameters of the camera device may be information regarding an on or off state, an exposure, and / or an orientation.

Das Verfahren kann automatisiert durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Serienfertigung durchgeführt werden. Das Verfahren kann mehrfach in unterschiedlichen Prozessstadien durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Faserablage durchgeführt werden. Das Verfahren kann im Rahmen einer Ablage von Subkomponenten durchgeführt werden. Das Verfahren kann in Verbindung mit einem Vakuumaufbau durchgeführt werden. Das Verfahren kann während einer Infiltration und/oder Aushärtung durchgeführt werden. Das Verfahren kann während einer Weiterbearbeitung, wie mechanische Bearbeitung, Fügen, Kleben, durchgeführt werden. Das Prüfen kann ein Erkennen und Lokalisieren von Defekten umfassen. Interaktionsraum für das Prüfen kann eine Oberfläche und/oder ein Volumen eines Werkstücks sein. Das Werkstück kann in einem unfertigen, teilfertigen oder fertigen Herstellungszustand geprüft werden.The procedure can be carried out automatically. The process can be carried out as part of a series production. The process can be carried out several times in different process stages. The process can be carried out as part of a fiber deposition. The method can be carried out as part of a storage of subcomponents. The process can be carried out in conjunction with a vacuum construction. The process can be carried out during infiltration and / or curing. The method can be carried out during further processing, such as mechanical processing, joining, gluing. The testing may include detecting and locating defects. Interaction space for testing may be a surface and / or a volume of a workpiece. The workpiece can be tested in an unfinished, semi-finished or finished state of manufacture.

Mithilfe der Steuereinrichtung kann wenigstens ein Leuchtmittel der Beleuchtungseinrichtung, wenigstens ein Stellantrieb der Beleuchtungseinrichtung, wenigstens eine Kamera und/oder wenigstens ein Stellantrieb der Kameraeinrichtung gesteuert werden. Ein Leuchtmittel kann an oder abgeschaltet werden. Eine Leuchtintensität eines Leuchtmittels kann eingestellt werden. Eine Belichtung einer Kamera kann eingestellt werden. Eine Belichtungszeit einer Kamera kann eingestellt werden. Eine Scharfstellung einer Kamera kann eingestellt werden. Ein Speichern einer Aufnahme kann gesteuert werden. Eine Datenübertragung kann gesteuert werden.At least one lighting device of the lighting device, at least one actuator of the lighting device, at least one camera and / or at least one actuator of the camera device can be controlled by means of the control device. A light source can be switched on or off. A luminous intensity of a luminous means can be adjusted. An exposure of a camera can be set. An exposure time of a camera can be adjusted. A focus of a camera can be adjusted. Saving a recording can be controlled. A data transfer can be controlled.

Wenigstens ein Stellantrieb der Beleuchtungseinrichtung und wenigstens ein Stellantrieb der Kameraeinrichtung können zeitlich synchronisiert und gleichzeitig können Positionsdaten des Industrieroboters erfasst werden. Damit können qualitativ hochwertige Aufnahmen erzeugt werden und vorgegebene Prüfpositionen können angefahren werden.At least one actuator of the illumination device and at least one actuator of the camera device can be synchronized in time and simultaneously position data of the industrial robot can be detected. This allows high-quality recordings to be generated and specified test positions can be approached.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein kompakter Thermographie-Effektor für automatisierte Inline-Qualitätssicherung.In summary, in other words, the invention provides, among other things, a compact thermography effector for automated in-line quality assurance.

Eine Steuerungseinheit und eine Kamera können in einem Messgerät integriert sein. Elektronische Bestandteile eines Signalgenerators, eines Verstärkers, einer Kamera und eines Industrie-PCs können auf eine universale Plattform gebaut sein. Für eine Kameraeinstellung, Messdaten und Roboterpositionsdaten kann ein gemeinsames Speichermedium nutzbar sein. Somit können mit geringerem Aufwand eine Messung und eine Roboterposition synchronisiert werden. Eine Steuerelektronik für einen Antrieb einer Kamera- und Lampenorientierung kann ebenfalls Bestandteil der universellen Plattform sein. Somit können auch für jeweilige Messpositionen die Kamera und Lampen schnell und sehr präzise über eine externe Triggerung eingestellt werden. Folgende Merkmale können die Erfindung kennzeichnen: Eine universale Steuerungsplattform; Kinematisierung und elektronisch geregelte motorische Verstellung einer Kamera- und Lampenorientierung zur optimierten Messaufnahme; zeitliche Synchronisation sämtlicher Antriebe zur Reproduktion einer Effektorposition und -orientierung bei gleichzeitiger Erfassung von Roboterpositionsdaten; geringes Gewicht und kompakte Bauweise einer Kinematik, sodass der Effektor problemlos für automatisierte Messungen komplexer 3D Geometrie angewendet werden kann.A control unit and a camera can be integrated in a measuring device. Electronic components of a signal generator, an amplifier, a camera and an industrial PC can be built on a universal platform. For a camera setting, measurement data and robot position data, a common storage medium can be used. Thus, a measurement and a robot position can be synchronized with less effort. Control electronics for driving a camera and lamp orientation can also be part of the universal platform. Thus, the camera and lamps can also be adjusted quickly and very precisely via external triggering for the respective measuring positions. The following features may characterize the invention: A universal control platform; Kinematization and electronically controlled motorized adjustment of a camera and lamp orientation for optimized measurement recording; Timing synchronization of all drives to reproduce effector position and orientation while capturing robot position data; Low weight and compact kinematics make the effector easy to use for automated measurements of complex 3D geometry.

Mit „kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Demzufolge gibt es jeweils ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweist.By "may" in particular optional features of the invention are referred to. Accordingly, there is an embodiment of the invention each having the respective feature or features.

Mit der Erfindung ist eine automatisierte Inline-Qualitätssicherung ermöglicht. Eine roboterbasiere Inline-Qualitätssicherung ist ermöglicht. Es wird ein leichter, kleiner, kompakter und gut handhabbarer Effektor bereitgestellt. Eine Synchronisation von Komponenten des Effektors ist erleichtert oder ermöglicht. Ein Prüfen großer Bauteile ist ermöglicht. Eine automatisierte Defekterkennung bzw. Defektidentifizierung ist ermöglicht. Ein Funktionsumfang ist erweitert. Eine Erreichbarkeit von Prüfbereichen ist verbessert. Fehlereinflussfaktoren können kompensiert werden. Messparameter können optimiert und erweitert werden.With the invention, an automated inline quality assurance is possible. A robot-based inline quality assurance is possible. It provides a lighter, smaller, more compact and easy to handle effector. Synchronization of components of the effector is facilitated or enabled. It is possible to test large components. Automated defect detection or defect identification is possible. A functional scope is extended. Accessibility of test areas is improved. Error influencing factors can be compensated. Measurement parameters can be optimized and extended.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages. Concrete features of this embodiment may represent general features of the invention. Features associated with other features of this embodiment may also represent individual features of the invention.

Es zeigen schematisch und beispielhaft:

1 einen Thermographie-Endeffektor zur automatisierten Inline-Qualitätssicherung und
2 einen Prozessablauf bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen.

They show schematically and by way of example:

1 a thermography end effector for automated inline quality assurance and
2 a process flow in a production of fiber composite components.

1 zeigt einen Thermographie-Endeffektor 100 zur automatisierten Inline-Qualitätssicherung. Der Endeffektor 100 weist eine Basis, Lampen 102, 104, 106, eine Kamera 108, ein Steuergerät 110 und einen Anschlussflansch 112 auf. 1 shows a thermography end effector 100 for automated inline quality assurance. The end effector 100 has a base, lamps 102 . 104 . 106 , a camera 108 , a control unit 110 and a connection flange 112 on.

Der Endeffektor 100 Anschlussflansch 112 dient zum Verbinden des Endeffektors 100 mit einem Industrieroboter. Der Industrieroboter weist einen Manipulator mit mehreren Gliedern und Gelenken auf, die eine kinematische Kette bilden. Mithilfe des Anschlussflanschs 112 kann der Endeffektor 100 an einem freien Ende der kinematischen Kette angeordnet werden. Der Industrieroboter weist Antriebe zum Bewegen des Manipulators auf. Der Industrieroboter weist eine Steuerung zum Steuern der Antriebe auf. Der Industrieroboter ist Teil einer Anlage zur automatisierten Herstellung, Handhabung und/oder Bearbeitung von Werkstücken.The end effector 100 flange 112 serves to connect the end effector 100 to an industrial robot. The industrial robot has a manipulator with several links and joints that form a kinematic chain. Using the connection flange 112 can the end effector 100 be arranged at a free end of the kinematic chain. The industrial robot has drives for moving the manipulator. The industrial robot has a controller for controlling the drives. The industrial robot is part of a plant for the automated production, handling and / or processing of workpieces.

Vorliegend weist die Basis mehrere Stangen, wie 114, 116, 118, auf. Die Stange 114 ist eine Basisstange. Die Stange 116 dient zur Befestigung der Lampe 102 an der Basis. Die Stange 118 dient zur Befestigung der Lampe 106 an der Basis. Die Stangen 116, 118 sind mit der Basisstange 114 bei einem Betrieb des Endeffektor 100 jeweils fest verbunden. Die Stangen 116, 118 sind jeweils bezüglich der Basisstange 114 verstellbar. Die Stangen 116, 118 sind mit der Basisstange 114 jeweils gelenkig verbunden und mithilfe einer Klemmverbindung festgestellt. Ebenso sind die Lampe 104 und die Kamera 108 mit der Basisstange 114 verbunden.In the present case, the base has a plurality of rods, such as 114, 116, 118, on. The bar 114 is a base bar. The pole 116 serves to fix the lamp 102 at the base. The pole 118 serves to fix the lamp 106 at the base. The bars 116 . 118 are with the base bar 114 in an operation of the end effector 100 each firmly connected. The bars 116 . 118 are each relative to the base bar 114 adjustable. The bars 116 . 118 are with the base bar 114 each articulated connected and determined by means of a clamp connection. Likewise are the lamp 104 and the camera 108 with the base bar 114 connected.

Die Lampen 102, 104, 106 dienen zum Beleuchten eines zu prüfenden Werkstücks und stahlen zumindest anteilig im Infrarotbereich. Die Kamera 108 ist eine Wärmebildkamera und dient zur Aufnahme von Prüfbildern. Die Lampen 102, 104, 106 und die Kamera 108 sind jeweils mithilfe von elektromotorischen Antrieben, wie 120, 122, 124, verlagerbar. Die Antriebe 120, 122, 124 sind vorliegend Schwenkantriebe.The lamps 102 . 104 . 106 serve to illuminate a workpiece to be tested and stole at least proportionally in the infrared range. The camera 108 is a thermal imaging camera and is used to record test images. The lamps 102 . 104 , 106 and the camera 108 are each by means of electric motor drives, such as 120, 122, 124, displaced. The drives 120 . 122 . 124 are in this case part-turn actuators.

Das Steuergerät 110 ist mit der Basis fest verbunden. Das Steuergerät 110 dient zum abgestimmten Steuern der Lampen 102, 104, 106 und der Kamera 108. Ein Steuern der Lampen 102, 104, 106 kann ein Ein- und Ausschalten, ein Steuern einer Beleuchtungsintensität und/oder eine Ausrichtung mithilfe eines Antriebs, wie 120, 124, umfassen. Ein Steuern der Kamera 108 kann ein Steuern einer Belichtungszeit, einer Scharfstellung, ein Speichern einer Aufnahme und/oder eine Ausrichtung mithilfe des Antriebs 122 umfassen.The control unit 110 is firmly connected to the base. The control unit 110 serves for the coordinated control of the lamps 102 . 104 . 106 and the camera 108 , A controlling of the lamps 102 . 104 . 106 may include turning on and off, controlling illumination intensity, and / or alignment using a drive, such as 120, 124. A controlling the camera 108 For example, controlling an exposure time, focusing, recording and / or alignment using the drive 122 include.

Das Steuergerät 110 weist eine CPU und einen Datenspeicher auf. Das Steuergerät 110 weist Signaleingänge und Signalausgänge auf. Die Signaleingänge und Signalausgänge sind signalleitend mit den Lampen 102, 104, 106, der Kamera 108 und/oder den Antrieben 120, 122, 124 verbunden. Das Steuergerät 110 weist eine Schnittstelle zur signalleitenden Verbindung mit der Steuerung des Industrieroboters auf. Dem Steuergerät 110 stehen Positionsinformationen des Industrieroboters zur Verfügung. Die Lampen 102, 104, 106 und die Kamera 108 werden jeweils auf Basis von Eingangssignalen, von in dem Datenspeicher hinterlegten Parametern und/oder von mithilfe der CPU ermittelten Parametern gesteuert. Zum Steuern der Lampen 102, 104, 106 und/oder der Kamera 108 gibt das Steuergerät 110 Ausgangssignale aus.The control unit 110 has a CPU and a data memory. The control unit 110 has signal inputs and signal outputs. The signal inputs and signal outputs are signal-conducting with the lamps 102 . 104 , 106, the camera 108 and / or the drives 120 . 122 . 124 connected. The control unit 110 has an interface for signal-conducting connection with the control of the industrial robot. The control unit 110 Position information of the industrial robot is available. The lamps 102 . 104 , 106 and the camera 108 are each controlled on the basis of input signals, parameters stored in the data memory and / or parameters determined using the CPU. To control the lamps 102 . 104 . 106 and / or the camera 108 gives the control unit 110 Output signals off.

Zur Durchführung eines Prüf- bzw. Messvorgangs wird zunächst der Endeffektor 100 mithilfe des Industrieroboters an eine vorgegebene Position bezüglich eines zu prüfenden Werkstücks gebracht. Nachfolgend wird mithilfe der Kamera 108 eine Aufnahme des Werkstücks erzeugt. Dabei wird das Werkstück bedarfsweise mithilfe der Lampen 102, 104, 106 beleuchtet. Die Lampen 102, 104, 106 und die Kamera 108 werden aufeinander abgestimmt gesteuert. Die Antriebe werden zeitlich synchronisiert, um eine Reproduktion einer Endeffektorposition zu ermöglichen. Gleichzeitig werden Positionsdaten des Industrieroboters erfasst. Die Prüfung bzw. Messung erfolgt inline im Rahmen einer automatisierten Herstellung, Handhabung und/oder Bearbeitung der Werkstücke.To perform a test or measurement process, the end effector 100 is first brought to a predetermined position with respect to a workpiece to be tested by means of the industrial robot. Below is using the camera 108 generates a recording of the workpiece. The workpiece will be required with the help of the lamps 102 . 104 . 106 illuminated. The lamps 102 . 104 . 106 and the camera 108 are controlled in a coordinated manner. The drives are synchronized in time to allow reproduction of an end effector position. At the same time, position data of the industrial robot is recorded. The test or measurement takes place inline in the context of an automated production, handling and / or processing of the workpieces.

2 zeigt ein Diagramm 200 zu einem Prozessablauf bei einer Herstellung von Faserverbundwerkstoff-Bauteilen. Der Prozess läuft in Pfeilrichtung a ab. In einem ersten Prozessschritt 202 erfolgt eine Faserablage. In dem Prozessschritt 202 werden Zuschnitte aus einem trockenen Kohlenstofffaser-Halbzeug in einem Formwerkzeug abgelegt. Die Zuschnitte werden gegebenenfalls drapiert und/oder mehrlagig abgelegt. Dabei kommt es auf eine korrekte Ausrichtung der Zuschnitte an und einer Faserausrichtung an. Mithilfe des Endeffektors 100 gemäß Fig. kann in diesem Prozessschritt 202 eine Prüfung 204 erfolgen. In einem folgenden Prozessschritt 206 erfolgt eine Formgebung. In dem Prozessschritt 206 können auch Subkomponenten abgelegt werden. Mithilfe des Endeffektors 100 gemäß Fig. kann in diesem Prozessschritt 206 eine Prüfung 208 erfolgen. In einem folgenden Prozessschritt 206 erfolgt eine Infiltration. In dem Prozessschritt 210 erfolgt zunächst ein Vakuumaufbau, beispielsweise durch Schließen des Formwerkzeugs oder Abdecken der Faserablage mit einer Luftdichten Membran, und ein Evakuieren. Nachfolgend wird die Faserablage mit einem Matrixwerkstoff infiltriert und es erfolgt ein Aushärten, gegebenenfalls unter Wärmeeinwirkung. Mithilfe des Endeffektors 100 gemäß Fig. kann in diesem Prozessschritt 210 eine Prüfung 212 des Vakuumaufbaus und/oder eine Prüfung 214 der Aushärtung erfolgen. In einem folgenden Prozessschritt 216 erfolgt eine Weiterverarbeitung. Die Weiterverarbeitung kann beispielsweise eine mechanische Bearbeitung, ein Fügen und/oder Kleben umfassen. Mithilfe des Endeffektors 100 gemäß Fig. kann in diesem Prozessschritt 216 eine Prüfung 218 erfolgen. Die Prüfung 204, 208, 212, 214, 218 kann jeweils inline im Rahmen einer automatisierten Herstellung und/oder Bearbeitung der Faserverbundwerkstoff-Bauteile erfolgen. 2 shows a diagram 200 to a process flow in the production of fiber composite components. The process runs in the direction of arrow a. In a first process step 202 a fiber deposit takes place. In the process step 202 blanks are deposited from a dry carbon fiber semi-finished in a mold. The blanks are optionally draped and / or stored in multiple layers. It depends on a correct alignment of the blanks and a fiber orientation. Using the end effector 100 As shown in FIG. In this process step 202 an exam 204 respectively. In a following process step 206 a shaping takes place. In the process step 206 Subcomponents can also be stored. Using the end effector 100 As shown in FIG. In this process step 206 an exam 208 respectively. In a following process step 206 an infiltration takes place. In the process step 210 Initially, a vacuum build-up, for example by closing the mold or covering the fiber tray with an airtight membrane, and evacuating. Subsequently, the fiber deposit is infiltrated with a matrix material and there is a curing, optionally under the action of heat. Using the end effector 100 As shown in FIG. In this process step 210 an exam 212 of vacuum construction and / or a test 214 the curing done. In a following process step 216 a further processing takes place. The further processing may include, for example, a mechanical processing, a joining and / or gluing. Using the end effector 100 As shown in FIG. In this process step 216 an exam 218 respectively. The exam 204 . 208 , 212, 214, 218 can each take place inline within the framework of an automated production and / or processing of the fiber composite component parts.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100: Endeffektorend effector
102102: Lampelamp
104104: Lampelamp
106106: Lampelamp
108108: Kameracamera
110110: Steuergerätcontrol unit
112112: Anschlussflanschflange
114114: Stangepole
116116: Stangepole
118118: Stangepole
120120: Antriebdrive
122122: Antriebdrive
124124: Antrieb drive
200200: Diagrammdiagram
202202: Prozessschrittprocess step
204204: Prüfungexam
206206: Prozessschrittprocess step
208208: Prüfungexam
210210: Prozessschrittprocess step
212212: Prüfungexam
214214: Prüfungexam
216216: Prozessschrittprocess step
218218: Prüfungexam

Claims

An effector (100) for an industrial robot for the non-destructive testing of three-dimensional workpieces, in particular fiber composite workpieces, comprising a lighting device, a camera device and a control device (110), characterized in that the illumination device, the camera device and the control device (110) in the effector ( 100) structurally and functionally combined, the illumination device at least one lighting means (102, 104, 106) and at least one actuator (120, 124) and the camera device at least one camera (108) and at least one actuator (122), the at least one Lighting means (102, 104, 106), the at least one actuator (120, 124), the at least one camera (108) and / or the at least one actuator (122) are controllable by means of the control device (110) and the control device (110) and the camera (108) are integrated in a meter.

2. Effector (100) after Claim 1 , characterized in that the control device (110) is signal-conducting connectable with at least one further control device.

Effector (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the control device (110) has a memory device for storing data of the illumination device, the camera device, measurement data and / or position data of the industrial robot.

Method for the non-destructive testing of three-dimensional workpieces, in particular fiber composite workpieces, using an effector (100) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the illumination device and the camera device are controlled by the control device (110) coordinated with each other.

Method according to Claim 4 , characterized in that by means of the control device (110) at least one lighting means (102, 104, 106) of the lighting device, at least one actuator (120, 124) of the lighting device, at least one camera (108) and / or at least one actuator (122) the camera device are controlled.

Method according to one of Claims 4 - 5 , characterized in that at least one actuator (120, 124) of the illumination device and at least one actuator (122) of the camera device synchronized in time and at the same time position data of the industrial robot are detected.