Guido Hoffmeier: Konzept einer Fehlerkorrektur der laserbasierten Bauteillokalisierung für Schweißrobotersyteme, Aachen 2017

Stahlkonstruktionen haben sich in der Vergangenheit bewährt, wie der Autor bereits in der Einleitung zu seiner Arbeit anmerkt. So zeichnen sie sich zum einen durch ihre „gegenüber Steinbauten früherer Jahrhunderte raumsparenden und offenen Bauweise“ aus, wie der Autor berichtet. Zum anderen spreche diese Form der Konstruktion „mit der scheinbaren Leichtigkeit und Transparenz das ästhetische Empfinden des modernen Menschen“ an. Als konkretes Beispiel nennt der Autor die den Plenarsaal überspannende neue Kuppel des Berliner Reichstages, die in Abbildung 1.1 auf der nächsten Seite der vorliegenden Arbeit zu sehen ist. „Durch [i]hre Konstruktion mit den Elementen Stahl und Glas symbolisiert sie die Offenheit der Berliner Republik wie kein anderes Gebäude“, schreibt Guido Hoffmeier.

So habe sich die Stahlbauweise gerade durch ihre Vorteile des Werkstoffes Stahl, große Kräfte ohne Stützen tragen zu können und dem, zu einer freien und platzsparenden Raumgestaltung beitragen zu können, etabliert. Der Autor spricht von einem enormen Wachstumspotenzial, das auch Krisenzeiten wie die Weltwirtschaftskrise 2008 überstehe.

Automatisierung ganz praktisch betrachtet

Der Autor befasst sich mit einem Teil der Automatisierung in diesem speziellen Bereich und zwar, wie auch der Titel der Arbeit aussagt, mit dem „Konzept einer Fehlerkorrektur der laserbasierten Bauteillokalisierung für Schweißrobotersysteme.“ Den Ausgangspunkt zum Stand der Automatisierung beurteilt Hoffmeier, wie er in der Einleitung darlegt, als in der Fertigung in den betreffenden Firmen bereits etabliert. So sei sie „meist nicht nur ein Mittel der Qualitätsverbesserung, sondern oft auch essentiell für das ökonomische Überleben.“
Stand der Dinge, vor Beginn der Arbeit, ist also: „Die Serienproduktion von eng tolerierten Schweißbauteilen mit automatischen Schweißrobotersystemen ist heutzutage Stand der Technik. Bei Betrachtung der Kleinserienproduktion, insbesondere von Schweißbauteilen mit groben Toleranzen hingegen, wie sie bei der Fertigung der Trägerstrukturen für Gebäude und Hallen zu finden sind, befindet sich der Stahlbau erst am Anfang der Entwicklung ökonomisch effizienter Automatisierungslösungen.“ Ausgangslage der Arbeit ist also „ein hohes Nachfragepotenzial nach geeigneten Schweißroboteranlagen, die den Anforderungen an das Schweißen von Anbauteilen gerecht werden.“

Zur Verbesserung der Lasersensorik für die Naht- bzw. Start- und Endpunktsuche beim Roboterschweißen komplexer Stahlbauteile

Da Automatisierung immer auch mit einem hohen (bürokratischen) Aufwand in der Umsetzung bzw. auch mit der Einführung von neuen Normwerten verbunden ist, vollzieht sich mit ihrer direkten Umsetzung ein hoher Gesamt-Aufwand fürs entsprechende Unternehmen. Näheres erläutert der Autor in seiner Arbeit. Hauptschwerpunkt seiner Arbeit ist es, eine Verbesserung darauf hingehend zu erreichen, dass „in Bezug auf die Robustheit der Anwendung von Lasersensorik für die Naht- bzw. Start- und Endpunktsuche beim Roboterschweißen komplexer Stahlbauteile“ diese Robustheit unbefriedigend ist. Der Autor untersucht die Problematik in seiner Arbeit erfolgreich anhand des Einsatzes von Lasersensorsystemen an Roboterschweißanlagen zur präprozeduralen Nahtsuche im Stahlbau. Zum einen löst der Autor das anhand der Vermessung von Stahlbauteilen, mit der Konfiguration einer Sensorsuchfahrt, bei der ein Roboter das Sensorsystem über die Vermessungsregion am Bauteil führt. Unterstützt wird dies durch die sich anschließende Bildverarbeitung und ein kommerziell verfügbares Sensorsystem, dessen Suchfahrt und Bilderkennung durch eine Vielzahl von Parametern konfigurierbar ist.

Desweiteren behandelt das grundlegende Konzept der Arbeit des Autors drei grundlegende Probleme, die bei der Vermessung von Bauteilen im Stahlbau häufig auftreten. Wie der Autor aus seiner Arbeit heraus ableitet, handelt es sich dabei um die notwendig einzunehmende Orientierung des Sensors zum Bauteil um drei Achsen, welche zu einer teils systematischen, teils zufällig verteilten Messunsicherheit mit plötzlichem Verlauf der Bauteiloberfläche außerhalb des Sensor-Messbereichs führt.

Automatisierung und Robotersteuerung gleich erfolgreiche Umsetzung

Ergebnis des Konzepts und der vorliegenden Arbeit:

Das Konzept erlaubt es, eine Softwareergänzung für eine Robotersteuerung zu implementieren, welche es erlaubt, eine, bezogen auf die Vermessungssituation zustandsabhängige Geometrieerkennung an komplex strukturierten Stahlbauteilen vorzunehmen. Anschließend fasst eine Handlungsempfehlung die Ergebnisse der Parameteranpassungen und des Softwarekonzepts zusammen. So wurde dank dieser Arbeit eine Basis dafür geschaffen, dass Hersteller von Sensorhardware zukünftig ihre Spezifikationen praxisnah erweitern oder weiterentwickeln.

Prädikat:
Wissenschaftlich gesehen und in der praktischen Umsetzung einfach empfehlenswert!

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