SI26185A - Priprava za samodejno preverjanje dimenzij kovinskih odpreškov - Google Patents

Abstract

Priprava za samodejno preverjanje dimenzij kovinskih odpreškov z uporabo brezkontaktnih optičnih merilnih metod poenostavi, pospeši in avtomatizira preverjanje dimenzij kovinskih odpreškov s poudarkom na zmanjšanju potrebe po intervenciji operaterja ali popolni odpravi potrebe po intervenciji operaterja. Manipulacijo merjenca namesto operaterja opravi robot, pri čemer specifična konfiguracija merilne priprave omogoča, da isti robot aktivno sodeluje pri pozicioniranju merjenca med izvajanjem merilnihpostopkov. Robot je opremljen s prijemalom, s katerim vzame merjenca na vhodni površini, ga postavi v različne poze pred merilne optične komponente, po potrebi med meritvami preprime merjenca, tako da ga odloži na vmesno preprijemalno površino, in ponovno prime na drugačen način, ter na koncu odloži merjenca na izhodno površino. Med manipulacijo robot postavlja merjenca v vnaprej določene poze pred različne optične merilne priprave, ki omogočajo tako volumetrično kot projekcijsko merjenje dimenzijmerjenca. Merilne optične naprave omogočajo merjenje dimenzij odpreška z različnimi optičnimi metodami. Lahko gre za eno ali več naprav, ki delujejo na osnovi volumetričnih ali projekcijskih postopkov optičnega merjenja razdalj. Merilne naprave so fiksno pritrjene na ogrodje, in sicer tako, da je delovno področje vsake merilne naprave (področje, v katerem se mora nahajati merjenec med opravljanjem meritve), znotraj dosega robota. Ko se merjenec nahaja v vnaprej določeni pozi, merilna naprava opravi optičnomeritev z aktivacijo ustreznih kamer in virov svetlobe. Prednosti izuma so zaporedna implementacija več optičnih merilnih metod na istem merjencu brez vmesnega posredovanja operaterja, popolnoma samostojno delovanje ter natančnost in časovna stabilnost zaradi fiksno pritrjenih optičnih merilnih komponent.

Description

IZUM: PRIPRAVA ZA SAMODEJNO PREVERJANJE DIMENZIJ KOVINSKIH ODPREŠKOV

Predmet izuma je priprava, ki omogoča samodejno preverjanje dimenzij kovinskih odpreškov z uporabo brezkontaktnih optičnih merilnih metod.

Preverjanje dimenzij kovinskih odpreškov je operacija, ki je sestavni del kontrole kvalitete v proizvodnji kovinskih odpreškov. Večinoma se uporablja periodična (ali frekvenčna) kontrola, pri kateri se periodično vzame vzorec iz proizvodnega toka in se preverijo njegove dimenzije. Za kontrolo dimenzij se najpogosteje uporabljajo mehanske priprave, ki so konstruirane posebej za vsako obliko odpreška. Načrtovanje, izdelava in periodično kalibriranje takšnih priprav zahteva veliko časa in strokovnega dela. Tudi uporaba namenskih mehanskih priprav za kontrolo dimenzij zahteva usposobljenega operaterja in je relativno počasna.

Sodobnejši pristop kontroli dimenzij odpreškov je uporaba brezkontaktnih optičnih merilnih metod, ki temeljijo na računalniški analizi slik odpreška, osvetljenega z nadzorovanim virom svetlobe. Prednost takšnih metod je njihova univerzalnost - ista merilna naprava je uporabna za kontrolo dimenzij različnih odpreškov brez zamudnih predelav in fizičnih prilagoditev opreme.

Največjo prilagodljivost in zmožnost preverjanja različnih toleranc omogočajo merilne metode, ki temeljijo na robotskem trorazsežnem (volumetričnem) skeniranju. Pri teh metodah je na robotsko roko nameščen 3D skener, ki vsebuje eno ali več digitalnih kamer in enega ali več projektorjev. Merjenec (odprešek) je pritrjen na fiksno pozicijo ali na vrtečo ploščo, ki omogoča vrtenje merjenca okoli navpične osi v neposredni bližini skenerja, nameščenega na robotski roki. Robot premika skener in ga postavlja v različne položaje okoli merjenega odpreška. V vsakem položaju posname skener s pomočjo nadzorovanega osvetljevanja in zajemanja slik del oblike merjenca, ki je viden iz tega položaja skenerja. Po fazi zajemanja posameznih delov oblike merjenca računalnik združi zajete delne oblike v celotno obliko merjenca in jo shrani ali primerja z referenčnim modelom in ugotavlja, ali je merjenec znotraj tolerančnih meja. Tovrstna priprava je predstavljena v patentnih prijavah DE 10 2019 101 313 Al in DE 10 2019 111 499 Al. Prednost tovrstne priprave in z njo povezane merilne metode je v tem, da po opravljenem skeniranju merjenca dobimo podatke o velikem številu točk na površini merjenca, iz katerih lahko preverimo poljubne tolerance. Slabost te priprave je potreba po vsakokratnem pritrjevanju merjenca na merilno mesto ali vrtljivo merilno ploščo. Ta operacija zahteva ročni poseg operaterja. Še en dodatni poseg operaterja je potreben, če mora posnetek vsebovati celotno površino merjenca. V tem primeru mora operater med snemanjem spremeniti pritrditev merjenca, tako da skener lahko zajame površino merjenca, ki je v prvotnem položaju bila zakrita ali je bila v kontaktu s pritrdilno pripravo.

V primerih, ko natančnost trorazsežnega skeniranja ne zadošča za preverjanje vseh dimenzij merjenca, je potrebno uporabiti dodatne merilne postopke za preverjanje dimenzij s posebej ozkimi tolerancami. V ta namen je možno uporabiti optične projekcijske meritve, ki omogočajo snemanje obrisa ali projekcije merjenca, ki nastane ob osvetlitvi merjenca s koherentno svetlobo. Te meritve so zelo natančne in hitre, vendar za razliko od prej omenjenega trorazsežnega skeniranja vsak posnetek zajame le eno projekcijo merjenca, kot npr. naris, tloris ali stranski ris, ne pa celotne površine merjenca.

Najbolj prilagodljivo kontrolo kvalitete kovinskih odpreškov omogoča kombiniranje opisanih merilnih metod, pri čemer se za preverjanje večine dimenzij in preverjanje splošne oblike merjenca uporabi trorazsežno skeniranje, med tem ko se za preverjanje dimenzij z zelo ozkimi tolerancami uporabijo projekcijske metode. Kombiniranje različnih merilnih postopkov upočasni postopek preverjanja dimenzij in dodatno obremeni operaterja, ki mora merjeni odprešek večkrat nameščati na merilne priprave.

Namen izuma je poenostavitev, pospešitev in avtomatizacija preverjanja dimenzij kovinskih odpreškov s poudarkom na zmanjšanju potrebe po intervenciji operaterja ali popolni odpravi potrebe po intervenciji operaterja. Manipulacijo merjenca namesto operaterja opravi robot, pri čemer specifična konfiguracija merilne priprave omogoča, da isti robot aktivno sodeluje pri pozicioniranju merjenca med izvajanjem merilnih postopkov. Robot je opremljen s prijemalom, s katerim vzame merjenca na vhodni površini, ga postavi v različne poze pred statičnimi, fiksno pritrjenimi merilnimi optičnimi komponentami, po potrebi med meritvami preprime merjenca, tako da ga odloži na vmesno preprijemalno površino, in ponovno prime na drugačen način, ter na koncu odloži merjenca na izhodno površino. Med manipulacijo robot postavlja merjenca v vnaprej določene poze pred različne optične merilne priprave, ki omogočajo tako volumetrično kot projekcijsko merjenje dimenzij merjenca.

V tipični konfiguraciji je priprava sestavljena iz nosilne konstrukcije (nk), robotske roke (ro), več merilnih optičnih naprav za merjenje dimenzij merjenca (mnl, mn2), vhodnega področja (vp), preprijemalnega področja (pp), izhodnega področja (ip) in računalnika (ra). Vse komponente priprave so fiksno pritrjene na nosilno konstrukcijo. Tako delovna merilna področja (mpl, mp2) optičnih naprav (mnl, mn2), kot tudi vhodno, preprijemalno in izhodno področje se nahajajo znotraj delovnega področja robota.

Tipična konfiguracija je predstavljena na Sliki 1. Na nosilno konstrukcijo (nk) so pritrjene ostale komponente priprave. V središču priprave je nameščena robotska roka (ro) s prijemalom (pr). V dosegu robotske roke so področja priprave, v katerih robotska roka prijema, odlaga ali pozicionira odprešek. Prikazana je izvedba z dvema merilnima napravama: V prvem merilnem področju (mpl) je nameščena merilna naprava za projekcijsko merjenje (mnl). V drugem merilnem območju (mp2) je nameščena merilna naprava za volumetrično skeniranje odpreškov (mn2). V preostalem delu delovnega prostora robota so področja za manipulacijo odpreškov, in sicer vhodno področje (vp), preprijemalno področje (pp) in izhodno področje (ip). Prikazana so preprosta univerzalna področja za manipulacijo, ki vsebujejo vodoravno površino in dve poševni površini za odlaganje/pobiranje odpreškov. Vhodno področje je opremljeno z optičnim skenerjem (os), ki zaznava pozicije in orientacije odpreškov, ki se nahajajo na površini vhodnega področja. Na vhodno področje je položen odprešek (od). Ob nosilni konstrukciji (nk) je računalnik (ra) z interaktivnim prikazovalnikom za upravljanje in nadzor priprave.

Robot (ro) vsebuje vsaj šest prostostnih stopenj in je opremljen z enim ali z več prijemali (pr). Izvedba število in kompleksnost prijemal so odvisni od oblik odpreškov. Robot je nameščen v centralnem območju priprave. Prostor okoli robota je razdeljen na funkcionalna področja (eno ali več merilnih področij, vhodno področje, izhodno področje, preprijemalno področje), in sicer tako, da lahko robot postavi odprešek na merilne pozicije vseh merilnih naprav, kot tudi na odlagalne pozicije v vhodnem, izhodnem in preprijemalnem območju priprave.

Vhodno področje je površina, na kateri robot prime odprešek, katerega dimenzije je potrebno preveriti. Ta površina je lahko preprosta vodoravna ploskev, na katero operater odloži odprešek, lahko pa je tudi kompleksna površina, posebej oblikovana, da poenostavi prijemanje odpreška.

Merilne optične naprave omogočajo merjenje dimenzij odpreška z različnimi optičnimi metodami. Lahko gre za eno ali več naprav, ki delujejo na osnovi volumetričnih ali projekcijskih postopkov optičnega merjenja razdalj. Merilne naprave so fiksno pritrjene na ogrodje, in sicer tako, da je delovno področje vsake merilne naprave (področje, v katerem se mora nahajati merjenec med opravljanjem meritve), znotraj dosega robota. Robot postavi merjenca v delovno področje merilne optične naprave v eno, ali več vnaprej določeni poz. Ko se merjenec nahaja v vnaprej določeni pozi, merilna naprava opravi optično meritev z aktivacijo ustreznih kamer in virov svetlobe.

Preprijemalno področje je namenjeno začasnemu odlaganju merjenca z namenom preprijemanja oz. ponovnega prijemanja merjenca na drugačen način od predhodnega. Preprijemanje je potrebno v primerih, ko merjenca ni možno prijeti tako, da prijemalo ne zakriva nobenega dela merjenca, ki mora biti viden za preverjanje vsaj ene izmed dimenzij. Oblika in kompleksnost preprijemalnega področja sta odvisni od oblike odpreškov. Preprijemalno področje mora biti oblikovano tako, da omogoča dostop robota do odpreškov, pa tudi tako, da se po odlaganju odpreška na preprijemalno površino ta ne premakne ali pa se premakne pod vplivom težnosti v znano, vnaprej predvideno pozicijo. V poenostavljeni izvedbi je kot preprijemalno področje možno uporabiti tudi vhodno področje priprave.

Izhodno področje je odlagalna površina, na katero robot odloži odprešek po končanem preverjanju dimenzij. Priprava lahko vsebuje tudi več izhodnih področij, pri čemer robot pri odlaganju odpreška izbere področje glede na rezultat preverjanja dimenzij: npr. izhodno področje za odpreške znotraj tolerančnega območja in izhodno področje za odpreške izven tolerančnega območja. Pri tem je izhodno področje lahko ravna površina, zaboj ali tekoči trak. Kot izhodno področje ali kot eno izmed izhodnih področij je možno uporabiti tudi isto površino, ki se uporablja kot vhodno področje. Takšna konfiguracija je primerna pri ročnem podajanju odpreškov.

Računalnik krmili, nadzoruje in povezuje delovanje robota in merilnih naprav, opravlja izračune, povezane z meritvami in preverjanjem toleranc, določa pozicije in planira poti gibanja robota, izvaja programsko opremo in postopke, ki so potrebni za konfiguriranje, umerjanje in vzdrževanje sistema, sprejema ukaze operaterja ali nadrejenega procesnega sistema ter obvešča operaterja ali nadrejene procesne sisteme o poteku in rezultatih preverjanja dimenzij odpreškov. Priprava lahko vsebuje tudi več medsebojno povezanih računalnikov s porazdeljenimi funkcijami: npr. računalnik za upravljanje robota, računalnik za izvajanje meritev, računalnik za koordinacijo in konfiguracijo delovanja priprave. Računalnik je povezan z merilnimi napravami in z robotom s pomočjo komunikacijskih povezav za prenos podatkov.

Claims (2)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Priprava za preverjanje dimenzij kovinskih odpreškov z uporabo ene ali več brezkontaktnih optičnih merilnih metod, značilna po tem, da med manipulacijo robot postavlja merjenca v vnaprej določene poze pred različne optične merilne priprave, ki omogočajo tako volumetrično kot projekcijsko merjenje dimenzij merjenca.
2. 2. Priprava po zahtevku 1, značilna po tem, da za merjenje uporablja statične in fiksno pritrjene merilne optične komponente.