Digitale Stifte Digitale Stifte ermöglichen eine Roboterprogrammierung wie von Zauberhand

Autor / Redakteur: Timo Schäfer / Rüdiger Kroh

Seit mehreren Jahren befassen sich Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) mit der schnellen und einfachen Generierung von Roboterprogrammen für 2-D- und 3-D-Bearbeitungsprozesse. Dazu machen sie sich die neuesten Eingabegeräte zu Nutze. Als Eingabemedium zur Roboterprogrammierung werden unter anderem digitale Stifte mit Anoto-Funktionalität eingesetzt.

Firmen zum Thema

Mit dem digitalen Stift wird die Zeichnung erstellt.
Mit dem digitalen Stift wird die Zeichnung erstellt.
( Archiv: Vogel Business Media )

Mit diesen Stiften ist es möglich, auf einem gewöhnlichen Blatt Papier Texte zu schreiben sowie Zeichnungen zu skizzieren. Anschließend werden die Daten über eine Docking Station an einen PC übertragen.

Digitaler Stift besteht aus Kugelschreiber mit Minikamera

Bei dem digitalen Stift handelt es sich um einen Kugelschreiber mit integrierter Minikamera, eine Verarbeitungseinheit und ein Speichermodul. Mit der Kamera wird während des Zeichnens ein Punktmuster auf dem Blatt Papier detektiert, mittels der Verarbeitungseinheit die jeweilige Stiftposition berechnet und diese zusammen mit einem Zeitstempel in dem Speichermodul abgelegt. Das geschieht alles automatisch, das heißt der Anwender ahnt nicht, welche Höchstleistungen der digitale Stift während des Zeichnens vollbringt. Das Punktmuster kann mit einem handelsüblichen Laser- oder Tintenstrahldrucker mit genügend hoher Auflösung auf gewöhnliches Kopierpapier gedruckt werden.

Bildergalerie

Am Fraunhofer IPA wird ein digitaler Stift für ein weltweit einzigartiges Umformverfahren eingesetzt, bei dem Bleche mittels eines robotergeführten Hammerwerkzeugs lokal umgeformt werden. Das Aufmacherfoto und Bild 1 zeigen den Ablauf der Generierung des Roboterprogramms sowie das Umformergebnis.

Zunächst werden mit dem digitalen Stift eine Zeichnung erstellt und die Positionsdaten an den PC übertragen. Anschließend wird mit einer am Fraunhofer IPA erstellten Software zur Nachbearbeitung der Bahnen ein konstanter Punktabstand berechnet, An- und Abfahrtswege hinzugefügt sowie das Roboterprogramm erstellt. Unmittelbar danach kann der hämmernde Umformprozess gestartet werden (Bild 2).

Zeichung wird innerhalb von Sekunden in das Blech eingeprägt

Dabei wird die Zeichnung innerhalb von Sekunden mit einer Schlagfrequenz von bis zu 200 Hz in das Blechteil eingeprägt. Auf die selbe Art und Weise können auch Blechteile mit eingeprägten handgeschriebenen Texten innerhalb kürzester Zeit hergestellt werden.

Das Prägen von Zeichnungen und Texten in Blechteile ist jedoch nur ein mögliches Anwendungsszenario, für das digitale Stifte zur intuitiven und schnellen Programmierung eingesetzt werden können. Andere mögliche Einsatzfelder sind beispielsweise das Ausfräsen von Holzelementen, das Gravieren von Glas und das Erstellen von Zeichnungen und Malereien. Aber auch industrielle Anwendungen wie das Aufbringen von Klebstoff sowie das Schleifen von Turbinenschaufeln können durch Vorgabe der Bearbeitungsbahnen mit einem digitalen Stift wirtschaftlich automatisiert werden.

Weiterhin wird es in Zukunft möglich sein, mittels digitaler Stifte CAD-Zeichnungen durch einfaches Skizzieren zu erstellen (Bild 3). So erlaubt die Verknüpfung von modernen Erkennungsalgorithmen für Linien, Kreise oder Ellipsen und OCR-Software (OCR = Optical Character Recognition) die automatische Generierung von CAD-Zeichnungen auf Basis von Handskizzen. Einfache Skizzen können bereits jetzt in DXF-Daten (DXF = Data Exchange Format) umgewandelt werden, die sowohl zur technischen Dokumentation als auch zur Programmierung von Industrierobotern verwendet werden können.

Am Fraunhofer IPA werden jedoch nicht nur digitale Stifte zur intuitiven und schnellen Programmierung von Industrierobotern eingesetzt. Auch Kraftmomentensensoren, Joysticks, Touchscreens und Kameras kommen zum Einsatz. Welches Eingabemedium oder welcher Sensor für welche Programmieraufgabe am besten geeignet ist, können die Forscher auf Basis der Erfahrungen aus zahlreichen Industrieprojekten entscheiden. Zudem werden wissenschaftliche Grundlagen als Teil des Integrated Project SME-Robot, das innerhalb des 6. Rahmenprogramms der Europäischen Kommission gefördert wird, erarbeitet. Bereits heute kann die Programmierung von Industrierobotern durch den Einsatz modernster Eingabemedien wesentlich vereinfacht werden. In Zukunft werden digitale Stifte, Joysticks und Touchscreens bei der Erstellung von Roboterprogrammen nicht mehr wegzudenken sein.

Dipl.-Ing. Timo Schäfer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Robotersysteme am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung, 70569 Stuttgart

(ID:182597)