Foto: Der PRPOFACTOR-Stand an der FH Hagenberg wurde regelrecht gestürmt.

Die Einsatzmöglichkeiten der Kinect in der Robotik – natürlich in einer fabrikshallentauglichen Variante – liegen auf der Hand. Auch  „Reconstruction“-Anwendungen  sind möglich: Von einem Teil, von dem kein CAD-Modell vorliegt, können mit der Kinect einfach und schnell  adäquate Daten geschaffen werden. Auch im Bereich Ambient Assisted Living überlegen wir Einsatzmöglichkeiten – zum Beispiel bei unserem „intelligenten Rollstuhlprojekt“ RADHAR. Hier bietet sich das Kinect-Kameraauge als Navigationshilfe  durch eine Wohnung  an.

Ein Showcase bereiten wir übrigens für die Karrieremesse „FH Next“ in Hagenberg vor. Interessierte können sich von uns scannen lassen und erhalten ihr Modell als „3D-PDF“ per E-Mail nach Hause.

Abbildungen: Screenshots der 3-D Darstellung eines mit der Kinect gescannten 3D-Modells. In gut 20 Sekunden ist das exakte Modell eines Erwachsenen erstellt.

Im Rahmen des Projekts SelTec werden parallel zwei Methoden erforscht, um Faserverbundteile wirtschaftlich rentabler produzieren zu können. Mit dem Einsatz von hochreaktiven Pulverlacken (TIGER Drylac) beim In-Mould-Coating Prozess sollen Faserverbundteile mit hoher Oberflächenqualität entstehen, die eine manuelle Behandlung weitgehend überflüssig machen.

Bei der zweiten Methode bringen wir unsere Kompetenz in kognitiver Bildverarbeitung ein. Das heißt, das gefertigte Verbundbauteil wird  zunächst einer automatisierten Qualitätskontrolle unterzogen. Der Faserverbundbauteil wird mittels Laserscan auf Basis der vorliegenden CAD-Daten auf Fehler untersucht. Dabei können wir auf eine breite Erfahrung in der  industriellen Bildverarbeitung zurückgreifen, die auch eine Analyse von Oberflächen mit komplexen Texturen – wie es zum Beispiel Textilien oder faserige Verbundstoffe sind -  ermöglicht.

Die Sensorik zur Detektion von Fehlstellen auf solchen Oberflächen haben wir bereits vor einem Jahr entwickelt. Sie basiert auf einer speziellen Beleuchtungstechnik. Nach dem  Entdecken von Fehlstellen können am Werkstück automatische Verbesserungsarbeiten durchgeführt werden.  Wir gehen davon aus, dass wir die Effizienz bei den manuellen Produktionsschritten um bis zu 50 Prozent reduzieren können. Das ermöglicht  einen breiteren Einsatz des Leichtbaus in der Luftfahrt sowie der Automobilindustrie und damit eine Reduktion von Emissionen.

Das Projekt wird von österreichischen Unternehmen und Forschungseinrichtungen gemeinsam durchgeführt und hat ein  Gesamtvolumen von etwa 2,6 Millionen Euro. Das Konsortium wird im Rahmen des TAKE OFF-Programmes der  FFG-Forschungsförderungsgesellschaft unterstützt, um das technische Risiko der Entwicklung abzufedern.

Projektpartner (Österreich):

•  TIGER Coatings GmbH & Co. KG
•  Benteler SGL Composite Technology GmbH
•  Kompetenzzentrum Holz GmbH
•   FACC AG
•  Transfercenter für Kunststofftechnik GmbH

Das „Stapeln“ der Strukturen ist auf Quarz, Glas und sogar flexiblen Strukturen möglich und dauert in der Regel nur wenige Minuten. Der Prozess ist auf ein breites Spektrum von  nanostrukturierten metallischen Strukturen als auch auf optische Metamaterialien anwendbar. Der Beweis für dreidimensionale Materialien mit negativem Brechungsindex ist der Forschergruppe zumindest im Frequenzbereich von infrarotem Licht gelungen. Die Experimente, mit denen die „Legobausteine“ der
Nanostrukturen auch in jenen Dimensionen zusammengesetzt werden, die dem Spektrum des sichtbaren Lichts entsprechen, laufen bereits.

Wer sich genauer informieren will, kann auch im Journal Nanotechnology nachlesen.

Sie finden uns in Halle DC auf Stand 211.

Stichwort iRob Feeder

Der iRob Feeder ist ein robotisches Bestückungssystem, das Werkstücke auch in einer nicht-standardisierten Umgebung – in einer Schütte oder auf einem Gehänge – erkennt, richtig erfasst und zur Weiterverarbeitung  positioniert. Der iRobFeeder wurde von PROFACTOR ursprünglich für den Einsatz eher schwerer metallischer Teile wie Formbleche und Gussteile entwickelt. Für den zielgerichteten Griff des Roboters in die Kiste unumgänglich ist eine passende Bildverarbeitung vorab. Auch diese Komponente wurde von Wissenschaftern aus dem Hause PROFACTOR entwickelt. Sie liefert dem Roboter ein Abbild der Ist-Situation. Der Roboter ist dadurch in der Lage, verstreute und verschiedene Teile in einer Kiste zu identifizieren. Den „Griff“ und das weitere Handling plant der Roboter eigenständig. Der Vorteil dieses „mitdenkenden“ Roboters für die Produktion liegt auf der Hand: Eine aufwendige Arbeitsraum- und Teilevorbereitung entfällt mit diesem System.  

Hier setzen unsere Simulationsmodelle an. Sie beobachten Veränderungen einzelner Kennzahlen bei unterschiedlichen Produktionsstrategien. Die Herausforderung ist dabei das Identifizieren und Zusammenführen der einzelnen Kennzahlen zuu einem einzigen aussagekräftigen Key Performance Indicator, dem “Fitnesswert”. Und der gibt an, wie gut das System unter dem gewählten Gesichtspunkt läuft.

In unseren Forschungsprojekten beschäftigen wir uns mit dem Erstellen ganzheitlicher Bewertungsmodelle, die Zielkonflikte definieren und Szenarien vergleichbar machen. Durch Veränderung der Bewertungsmodelle können Produktionsstrategien vorgegeben und Ziele bestmöglich erreicht werden.

Folgende Fragen illustrieren die Aufgaben, vor denen wir aktuell bei der Erstellung von ganzheitlichen Bewertungsmodellen stehen:

Wie kann eine hohe Auslastung mit der damit verbundenen Stressbelastung und dem Sinken von Qualität abgebildert werden?

Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Losgröße, Arbeitsmonotonie und Fehlerhäufigkeit?

Verschmutzungen senken die Effizienz von PV-Modulen. PROFACTOR bringt einem Reinigungsroboter bei, wie Schmutz und Defekte zu erkennen sind.

Wenn Spanien und erneuerbare Energien in einem Atemzug genannt werden sind die Bilder riesiger Photovoltaik-Plantagen nicht weit. Wir kennen die Fotos, auf denen glänzende Module das Sonnenlicht spiegeln. Dabei wird leicht vergessen, dass Verschmutzung durch Sand und Staub diesen Oberflächen enorm zusetzen und die Effizienz der Zellen beeinträchtigen.  Bislang werden die Module in unregelmäßigen Abständen von Putztrupps manuell gereinigt.

Im EU-Projekt „PV-Servitor“ unter der Leitung des Robotik-Unternehmens Manu Systems wurde ein Reinigungsroboter entwickelt. Ziel ist eine autonome Reinigung von Anlagen mit einer installierten Leistung von mehreren Megawatt. Das
entspricht mehreren 1000 Quadratmetern Kollektorfläche. PROFACTOR liefert in diesem Fall die Bildverarbeitung. Sie soll dem Roboter-System das Erkennen und Unterscheiden von Verschmutzungen und Defekten ermöglichen. Damit kann der Roboter seine Reinigungsstrategie selbst anpassen.  Die ersten Tests in Spanien gingen soeben erfolgreich über die Bühne. Der zu erwartende wirtschaftliche Aspekt ist jedenfalls bemerkenswert. Die robotisch überwachten und gereinigten Flächen sollten zu einem Mehrertrag von acht Prozent Strom führen. Nach Abzug der Kosten bleibt für den Photovoltaik-Betreiber immer noch ein Netto-Nutzen von etwa fünf Prozent.

Kompaktbeleuchtung im Laboreinsatz

Im Jahr 2010 entwickelten wir im Bereich Machine Vision eine neuartige Beleuchtungstechnik, eine sogenannte Kompaktbeleuchtung, die verschiedenen Fehlersorten robust unterscheidbar macht. Dadurch entfällt die aufwendige Adaptierung der Beleuchtungsmethodik an unterschiedliche Oberflächeneigenschaften wie bei gefrästen oder geschliffenen Oberflächen.

Diese neuartige Beleuchtungsmethodik haben wir zum Gebrauchsmuster angemeldet und bei Inspektionsprojekten im Rahmen langjähriger Kooperationen mit der IH TECH Sondermaschinenbau und Instandhaltung GmbH und der BMW Motoren GmbH erfolgreich eingesetzt.

Kombination von Beleuchtungsarten

Ein Großteil der Oberflächeninspektionsaufgaben erfordert die Kombination von mehreren Beleuchtungen. Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Beleuchtungskonzepte: Auflichtbeleuchtungen erzeugen ein sogenanntes Hellfeld. Sie leuchten die Oberfläche diffus aus und unterdrücken die Oberflächenstruktur. Flach einfallende, gerichtete Beleuchtungen erschaffen dagegen ein Dunkelfeld, bei dem die Oberflächenstrukturen optimal hervorgehoben werden können.

Robuste Unterscheidung von Fehlersorten

Nur durch Kombination dieser Beleuchtungsarten können Fehler wie zum Beispiel Lunker von erlaubten Verunreinigungen unterschieden werden. Bei der von uns entwickelten Kompaktbeleuchtung nimmt eine Zeilenkamera in einer einzigen Vorschubbewegung mehrere Bilder unter unterschiedlicher Beleuchtung auf. Durch die Registrierung und gemeinsame Auswertung der Einzelbilder wird eine robuste Unterscheidung der verschiedenen Fehlersorten möglich.

Differenziertere Gut/Schlecht-Bewertung

Für die Prüfung der bearbeiteten Oberflächen eines Motorblocks wurde eine vollautomatische Anlage entwickelt, bei der mehrere Seiten des Teils gleichzeitig geprüft werden können. Die neuartige Beleuchtungstechnik hat dabei wesentlich dazu beigetragen, die Robustheit des Systems und die Empfindlichkeit gegenüber Veränderung der Oberflächenstruktur zu senken. Durch die zusätzliche Information, die aus der neuen Bildaufnahmetechnik gewonnen werden konnte, war es möglich eine wesentlich differenziertere gut/schlecht Bewertung durchzuführen.

In einem zweiten Projekt haben wir Lagerbohrungen mit einem Endoskop geprüft. Dabei war es wichtig, größere Lunker oder nahe beieinander liegende Lunker zu erkennen. Durch eine geschickte Konstruktion der Bildaufnahmetechnik konnten wir sehr kurze Taktzeiten für die Prüfung erreichen.

Roboter und Packer werden zusammenarbeiten (Bildquelle: TU München)

Wie Roboter bei der Verpackung großer LCD-Fernseher den Arbeitern helfen könnten, untersuchen wir im EU-Forschungsprojekt „CustomPacker“. Koordinator des 2,6 Millionen Euro schweren Projektes ist die Technische Universität München. Das Ziel: Ein Knochenjob soll künftig von Robotern erledigt werden. Gleichzeitig sollen die relativ hohen Verpackungskosten sinken, damit vor allem europäische Mittelständler international konkurrenzfähig bleiben.

Gemeinsamer Arbeitsraum ohne Sicherheitsabstand

Im Projekt entwickeln wir eine neue Generation von Helfer-Robotern, die den Packern unter die Arme greifen sollen. Dazu müssen die Roboter nicht nur lernen, flexibel mit den Produktvarianten umzugehen, sondern auch sensibel auf ihre Umgebung reagieren, damit sie sicher mit Menschen zusammenarbeiten können.

Damit der Roboter weiß, was zu tun ist

Wir im Team Robotik und Adaptive Systeme bei PROFACTOR entwickeln im Projekt die Prozess- und Roboterplanungskomponenten, sowie die 3D-Erkennung des Arbeitsraumes und das gesamte Software-Framework für das Assistenzsystem. Zudem erarbeiten wir auch Methoden im Themenbereich Aktivitätsinterpretation. Das heißt wir entwickeln Verfahren, um mit Hilfe von Bildverarbeitungssystemen verschiedene Aktivitäten des Arbeiters in der Roboterzelle automatisch erkennen und interpretieren zu können. Angezeigt wird zum Beispiel, ob die Person gerade verpackt, auf den nächsten Auftrag wartet, neue Verpackungsstrategien einlernt oder neue Kundenaufträge annimmt. So kann der Roboter im richtigen Moment passend reagieren und dem Arbeiter unter die Arme greifen.

Mensch und Maschine arbeiten Hand in Hand

Ziel des CustomPacker-Projekts ist es, dass ein Roboter den Knochenjob des Packers übernimmt und der Packer nicht mehr auf Sicherheitsabstand gehen muss, wenn der Roboter am Zug ist. Denn schneller verpackt wird, wenn beide gleichzeitig ihre Stärken einsetzen: Der Roboter die der Maschinenkraft, der Mensch die geschickte und flexible Handhabung der kleinen Teile. Fernseher und später auch andere Elektronikgeräte können so schneller und gesundheitsschonend in den Karton gesteckt werden.

Infos zum Projektteam

Das Konsortium des Projekts CustomPacker setzt sich aus sieben internationalen Partnern zusammen. Die TUM mit dem Lehrstuhl für Mensch-Maschine-Kommunikation (MMK) und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) hat die Koordination übernommen. Mit dabei im Team sind kleine und mittelständische Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Spanien (Tekniker), Finnland (VTT), Österreich (Profactor, Ferrobotics) und Deutschland (Loewe, MRK Systeme).

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Regio-13-Projekt legt Basis für neue Robotergeneration
Das Timing für den Besuch hätte nicht besser sein können. Denn erst kürzlich erhielten wir die Förderzusage eines Regio-13-Projektes. Im Rahmen dieses Projektes wird die Basis für eine völlig neue Robotergeneration gelegt. Regio-13 ist ein Programm zur Weiterentwicklung der regionalen Wettbewerbsfähigkeit Oberösterreichs. Mehr Informationen dazu gibt es im letzten Teil des Blogbeitrages.

Nur 25 Prozent aller zielführenden Anwendungen robotisiert
Wenn wir im internationalen Wettbewerb bestehen wollen, muss es uns gelingen, unsere Produktion so weit wie möglich zu automatisieren und sie trotzdem flexibel und damit wirtschaftlich zu gestalten. Ständig wechselnde Kundenbedürfnisse machen die Produkte immer komplexer und deren Lebensdauer kürzer. Entsprechend sind auch die Produktionsprozesse immer häufiger anzupassen. Bei den derzeitigen Robotersystemen verursachen diese Adaptierungen aber einen immensen Kostenaufwand. Die hohen Implementierungs- und Adaptierungskosten bewirken, dass nur 25 Prozent aller zielführenden Anwendungen robotisiert werden.

Automation durch flexibles und adaptives System
Ziel des Projektes ist die Entwicklung neuer Methoden, mit denen monotone Prozesse mit geringer Wertschöpfung durch ein flexibles und adaptives System automatisiert werden können. Bei komplexeren Produktionsprozessen vernetzen Mensch und Roboter ihre Kompetenzen und arbeiten als Team. Die Bedienung der neuen Robotergeneration erfolgt intuitiv und erfordert vom Bedienpersonal keine Programmierkenntnisse. Rasches und häufiges Umrüsten auf Grund kleiner Losgrößen wird somit möglich.

Mit dem Projekt können wir PROFACTOR und damit auch Oberösterreich als Kompetenzzentrum im Bereich der adaptiven Robotik etablieren.

Mehr über Regio-13 „Regionale Wettbewerbsfähigkeit OÖ 2007 – 2013:
Mit dem Programm soll die offensive Regionalpolitik des Landes Oberösterreich erfolgreich weiterentwickelt werden. Der Standort und die Wirtschaft Oberösterreichs sollen wirksame Impulse für eine dynamische und nachhaltige Entwicklung erhalten, die auch strukturschwächere und peripher gelegene Landesteile einschließt. Es wird mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert und bezieht sich räumlich auf das gesamte Bundesland Oberösterreich.