Manuaalne ja automaatne tööriista kalibratsioon

Tööstuse automatiseerimine on jõudsalt kasvav valdkond, mille üheks oluliseks osaks on tööstus- ja koostöörobotite rakendamine tootmisülesannete täitmisel. Selleks, et robotite poolt tehtud töö oleks kvaliteetne, on oluline tagada nende korrektne kalibratsioon – sealhulgas robottööriistade kalibratsioon. Tööriista ehk TCP kalibreerimise all peetakse silmas tööriista aktiivse punkti täpse asukoha määramist roboti flantsi suhtes. TCP kalibreerimiseks on mitmeid erinevaid meetodeid: manuaalsed kontaktmeetodid ning automaatsed mittekontaktmeetodid (näiteks lasermõõtemeetodid ning masinnägemist rakendavad meetodid). Antud lõputöös olid uurimisalusteks meetoditeks ettevõttes rakendatav TCP&Z manuaalmeetod ning potentsiaalne alternatiiv ristlaseriga lasermõõtemeetodi näol. Kui mainitud manuaalmeetodi puhul kasutatakse kalibreerimiseks teravatipulisi mõõteinstrumente, mis omavahel eri asendites visuaalse hinnangu põhjal kontakti viiakse, siis lasermõõtemeetodi puhul sooritatakse kalibratsioon ristlaserit rakendades. Kalibratsioonimeetodeid võrreldi laborikeskkonnas tööstusroboti flantsi külge fikseeritud teravatipulist mõõtevarrast kalibreerides. Mõlema kalibratsioonimeetodi sooritamiseks kirjutati eraldi robotprogrammid. Lõputöö eesmärgiks oli uurida, kas hetkel tootmisliinil tööriistade kalibreerimiseks kasutatavat TCP&Z meetodit oleks võimalik lasermõõtemeetodiga asendada ning kas meetodi asendamine oleks põhjendatud. Mõlema kalibratsioonimeetodi tulemusi analüüsides selgus, et TCP kalibreerimine ristlaseriga toimub manuaalmeetodist 15 korda kiiremini (vastavalt 39 sekundit ja 585 sekundit). Ühtlasi oli lasermõõtemeetodi puhul kalibratsioonitulemuste omavaheline varieeruvus 3 korda väiksem kui manuaalmeetodi puhul (vastavalt 0,054 mm ja 0,168 mm) ning varieeruvus keskmise mõõtetulemuse suhtes 3,5 korda väiksem (vastavalt 0,026 mm ja 0,09 mm). Eelmainitu põhjal võib järeldada, et antud robotjaama rakenduse seisukohast on ristlaserit rakendav lasermõõtemeetod sobiv alternatiiv manuaalsele TCP&Z meetodile. Lõputööd on võimalik kasutada juhendmaterjalina TCP&Z meetodi sooritamiseks või lähtepunktina edasistes kalibratsioonimeetodeid või -seadmeid võrdlevates töödes.

Industrial automation is a rapidly growing field, of which an important part is utilising industrial and collaborative robots to perform production tasks. In order for the work done by robots to be of high quality, it is crucial to ensure their correct calibration which includes calibrating the used tools. Tool calibration aka TCP calibration refers to the precise determination of the tool’s active point in relation to the flange. There are several different methods for TCP calibration, including manual contact methods and automatic non-contact methods which utilise either laser measurement systems or machine vision. In this thesis, the investigated calibration methods were the TCP&Z manual method and a cross-laser measurement method. For the manual method, sharp-tipped measuring instruments are brought into contact with each other in four different positions based on visual assessment. For the laser method, however, only a cross-laser sensor is used. Both methods were used in a laboratory environment to calibrate a small measuring rod attached to the flange of the robot. Separate robot programs were written for both calibration methods. The aim of the thesis was to investigate whether the TCP&Z method currently used on the production line for tool calibration could be replaced with a laser measurement method and whether such an alternative would be justified. After analysing the results of both calibration methods, it was found that TCP calibration with a cross-laser is 15 times faster than the manual method (39 seconds and 585 seconds, respectively). In addition, the maximum mutual variation in calibration results was 3 times smaller for the laser method than for the manual method (0.054 mm and 0.168 mm, respectively), and the maximum variation from the average calibration result was 3.5 times smaller (0.026 mm and 0.09 mm, respectively). Based on this data, it can be concluded that the cross-laser calibration method is a suitable alternative to the TCP&Z method for the given robotic cell application. This thesis can be used as a guide for performing the TCP&Z manual method or as a starting point for further comparative papers on calibration methods or devices.