System zur automatisierten Messung der Kantenverrundung von Blechbauteilen mit Mehrachs-Kinematik und Laserscanner

Das Verrunden von Werkstückkanten ist ein wichtiger Fertigungsschritt zur Einhaltung von Normen und individuellen Spezifikationen. Scharfe Kanten und Grate entstehen in der Regel durch Trennverfahren. Derzeit werden die Kantenradien bei komplexen Bauteilgeometrien jedoch manuell vermessen, eine Automatisierung ist in der Regel nicht vorhanden.

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Demonstrator-System entwickelt, das die Kantenverrundung von Blechbauteilen mit einem Linienprofil-Laserscanner misst. Der Scanner ist auf einer Vierachs-Kinematik mit SPS montiert, welche Punkte in einem definierten Messbereich anfahren kann. Diese Punkte werden zuvor anhand einer CAD-Referenzdatei festgelegt. Die Erfassung des in einem Messbereich frei positionierten Blechbauteils erfolgt durch eine einzelne Kamera. Aus dem Kamerabild wird die Position des Blechbauteils ermittelt und die Bahnkoordinaten für die Kinematik/SPS berechnet. Zusätzlich wird der Demonstrator konstruiert und so gestaltet, dass er im Anschluss an die Thesis aufgebaut und genutzt werden kann. Dazu wird ein Python-Programm entwickelt, welches die Kommunikation mit einem Laserscanner, einer SPS und einer Kamera über Ethernet implementiert. Der Schwerpunkt der praktischen Entwicklung liegt softwareseitig auf der Bildverarbeitung. In diesem Rahmen wird ein neuer Ansatz entwickelt, um perspektivisch bedingte Verzerrungen aus den Kamerabildern zu entfernen, um anschließend mittels Machine Vision Koordinaten für Messpunkte zu ermitteln. Als Ausgangspunkt dient die Open-Source-Bibliothek OpenCV. Die festgelegten Messpunkte werden über das Siemens S7 Protokoll an eine Siemens SPS exportiert. Abschließende Tests zeigen, dass die durch das Programm berechneten und von der SPS angefahrenen Messpunktkoordinaten bei ausreichender algorithmischer Kalibrierung der Kamera um weniger als 0,5 mm von den tatsächlichen Koordinaten abweichen können

Rounding of workpiece edges is an important manufacturing step to meet standards and individual specifications. Sharp edges or even burrs are usually produced by cutting processes. However, currently the edge radii of complex component geometries are measured manually, and automation is not usually available.

This thesis develops a demonstrator system that measures the edge rounding of sheet metal components using a line profile laser scanner. The Scanner is mounted on a four-axis kinematic system with a PLC, which can be used to move to points in a free measuring area. These points are defined in advance using a CAD reference file. The sheet metal part, freely positioned in a measurement area, is captured by a single camera. The camera image is used to determine the position of the sheet metal part and to calculate the path coordinates for the kinematics/PLC. In addition, the demonstrator will be constructed and designed so that it can be set up and used in perspective. A Python program will be written to communicate with a laser scanner, PLC, and camera via Ethernet. On the software side, the practical development focuses on image processing. Within this framework, a novel approach will be developed to remove perspective distortions from the camera images to subsequently determine the coordinates for measuring points using machine vision. The opensource library OpenCV is used as a starting point. These points are exported to a Siemens PLC using the Siemens S7 protocol (snap7). Final Tests show that coordinates of the measuring points calculated by the program and approached by the PLC can deviate less than 0.5 mm from the actual coordinates if the algorithmic calibration of the camera is sufficient.