Optimalizace hand-eye kalibrace profilového skeneru jako nástroje robota

Abstract

Vývoj automatických naváděcích systémů pro svařovací roboty probíhá již několik desetiletí, jelikož automatické navádění přináší oproti manuálnímu procesu svařování zejména vyšší přesnost, robustnost a časovou efektivitu. Navíc získané znalosti jsou dále transformovány do oblastí reverzního inženýrství či do medicíny. Požadavky na vlastnosti naváděcích systémů se v průběhu let zvyšují s postupným vývojem jednotlivých technologií. Z pohledu přesnosti navádění mají nejnáročnější požadavky laserové svařovací systémy, které v některých případech vyžadují přesnost navádění v rozsahu do jedné desetiny milimetru. Jedním z nejdůležitějších faktorů ovlivňující celkovou přesnost navádění je přesnost kalibrace jednotlivých nástrojů robota, kterými jsou laserová procesní hlava a snímač pro detekování svařované oblasti. V případě optických snímačů je zapotřebí využít speciální hand-eye kalibrace, jež určí hledaný transformační vztah mezi přírubou robota a snímačem na základě měřených dat z kalibračního objektu. V odborné literatuře je věnována velká pozornost matematickému řešení rovnice hand-eye kalibrace. Chybí zde však zaměření na volbu konkrétních kalibračních pozic, které taktéž hrají významnou roli ve výsledné přesnosti hand-eye kalibrace. Cílem autora práce je tak optimalizovat proces hand-eye kalibrace optického nástroje jako celek s ohledem na následné využití v praxi. Autor práce se v první řadě věnuje návrhu postupu pro hand-eye kalibraci optických snímačů, jenž vychází z vytvoření a analýzy kompletního modelu kalibračního procesu. Ten musí obsahovat modely jednotlivých částí naváděcího systému (robot, snímač, kalibrační objekt) a také algoritmus pro zpracování kalibračních dat. Pomocí provedené analýzy modelu kalibračního procesu jsou nalezeny optimální parametry pro generátor kalibračních pozic a optimální parametry pro následné vyhodnocení kalibračních dat. Navíc provedená analýza určí dosažitelnou přesnost a robustnost kalibrace. Dle toho lze následně rozhodnout o využití daného automatického naváděcího systému z pohledu náročnosti jednotlivých technologií. Navržený obecný postup hand-eye kalibrace je v dalším textu podrobně popsán pro naváděcí systém využívající laserový profilový skener ke snímání dat ze svařovaného objektu. Nalezené optimální parametry pro generátor kalibračních pozic a optimální parametry pro vyhodnocení kalibračních dat umožní dosáhnout přesnosti kalibrace potřebné pro laserové svařovací úlohy. V textu je dále ukázán vliv absolutní chyby robota na přesnost hand-eye kalibrace i přesnost celého procesu navádění. Absolutní chyba robota totiž hraje důležitou roli při využití navrženého postupu hand-eye kalibrace v praxi. Navržený postup kalibrace je implementován jako jeden z kognitivních modulů v autorem vyvíjeném softwaru CogniGuide, jehož účelem je řídit úlohy navádění v laserových robotických systémech. Pomocí ukázek konkrétních systémů je pak ověřena funkčnost navrženého postupu hand-eye kalibrace profilového skeneru v praxi.