Robottisolujen automaattisen mittauksen kehitys ja vakiointi

Abstract

Opinnäytetyön tarkoitus oli kehittää ja vakioida Fastems Oy:n robottisolujen automaattista mittausta. Kun robotilla käsitellään yksittäisiä kappaleita, täytyy kappaleen ja sen kohteen sijainti tietää tarkasti. Joskus kappaleen tai sen kohteen sijainti täytyy mitata, jotta kappaleesta tarttuminen ja sen vieminen kohteeseen onnistuisi. Ympäristön piirteitä voidaan mitata monella tavalla, ja työssä keskityttiin lasermittaukseen. Työn teoriaosuudessa perehdyttiin laajasti laseranturien toimintaan sekä tutustuttiin myös robotiikkaan teoriassa. Käytännön osuudessa mitattiin metallilevyssä olevan reiän sijaintia laserantureilla. Kolme laseranturia kiinnitettiin robotin laippaan, ja niitä vertailtiin erilaisissa mittausolosuhteissa. Laseranturien vertailun lisäksi mittausten tarkoitus oli selvittää, mitkä tekijät vaikuttavat lasermittaukseen ja miten niiden vaikutusta voidaan vähentää.

Mittaustuloksista selvisi, että etenkin mittausetäisyys, valaistus, heijastukset ja mittauspinnan materiaali vaikuttavat lasermittaukseen. Pidemmällä mittausetäisyydellä mittaustarkkuus oli huomattavasti huonompi kuin lyhyemmällä. Lähes kaikissa mittauksissa kirkas valaistus huononsi mittaustarkkuutta. Vastaavasti ympäristön pimentäminen yleensä paransi mittaustarkkuutta. Heijastava kappale lähellä mitattavaa kohdetta voi aiheuttaa häiriöitä, mutta suurempi vaikutus on mitattavan pinnan heijastavuudella. Heijastavalla mittauspinnalla mittaustarkkuus on yleensä huonompi kuin heijastamattomalla pinnalla. Yksittäisten olosuhteiden vaikutukset olivat melko pieniä, ja vasta yhdistämällä useita mittausta haittaavia olosuhteita saatiin haitallisen suuria mittausvirheitä.

Tiettyjen mittausolosuhteiden todettiin jatkuvasti haittaavan lasermittausta. Laseranturien asetusten muuttaminen ei yleensä vähentänyt olosuhteiden vaikutusta, joten ainoaksi ratkaisuksi jäi itse häiritsevän tekijän poistaminen. Opinnäytetyön avulla selvisi kuitenkin se, kuinka paljon eri olosuhteet häiritsevät lasermittausta. Yksittäiset olosuhteet vaikuttivat mittaustarkkuuteen oletettua vähemmän. Tulosten perusteella yksi laseranturi oli selvästi luotettavin ja monikäyttöisin. Kyseinen anturi soveltuisi käytettäväksi kaikkiin mittausta vaativiin robottisoluihin. Mittauksia varten kehitettyä ympäristöä voidaan halutessa käyttää jatkossakin. Samoja laserantureita voidaan testata lisää, tai ympäristössä voidaan testata uusia antureita tai mittausmenetelmiä.

The purpose of this thesis was to develop and standardize the automatic measurement in Fastems Oy’s robotic cells. When handling individual parts with robots, the location and the destination of the part have to be known precisely. Sometimes it is necessary to measure the location or the destination of the part. There are many suitable measurement methods, and the thesis focuses on laser measurement. The research for this thesis consisted mostly of studying the operation of laser sensors. The operation of industrial robots was also studied. The thesis included laser measurements, in which the location of a hole was measured. Three different laser sensors were attached to the flange of the robot. In addition to comparing the laser sensors, the main purpose of the measurements was to find out which conditions affect the reliability of laser measurement. Finding ways to reduce the effects of the conditions was also a goal of the measurements.

The results showed that the measurement distance, lighting conditions, reflections and the measured surface had the greatest effect. With a longer measurement distance, the measurement accuracy was considerably worse than with a shorter distance. Bright lighting reduced the measurement accuracy and darkening the measuring environment improved the accuracy. A reflective item can affect the measurement accuracy, but the reflectiveness of the measuring surface has a greater effect. The measurement accuracy was worse on a reflecting surface. Usually the effects of a single condition were quite small. It took multiple conditions to occur simultaneously to produce significant measurement errors.

Certain conditions produced consistent errors to measurement accuracy. Changing the settings of the laser sensors generally was not enough to negate the conditions. The measurements did however show that the individual conditions had a smaller effect on the measurement accuracy than expected. One of the laser sensors was clearly the most reliable and versatile. This sensor could be used in all the robotic cells that require measurements. The measurement environment that was developed for this thesis can be used to do further testing of different sensors or methods.