Ziel unserer Arbeit war das Verfolgen und Greifen bewegter Objekte mit dem SCARA-Roboter "AdeptOne". Dafür wurde das bisher verwendete Bildverarbeitungssystem "ADEPT VISION" durch ein schnelleres ersetzt. Nach erfolgter Einarbeitungsphase ins Roboter- und Bildverarbeitungssystem, waren möglichst richtungs- und geschwindigkeitsunabhängige Verfolgungs- und Greifalgorithmen zu entwickeln.

Das von uns neu verwendete Visualisierungssystem setzt sich aus dem Cognachrome Vision System von Newton Research Labs und einer Farbkamera von SONY zusammen. Die Stärken dieses Bildverarbeitungssystems sind eine schnelle Merkmalsextraktion (60 ausgewertete Bilder pro Sekunde) und das Erkennen von vorher trainierten Farbflächen. Die Objektform spielt für eine Identifikation keine Rolle.

Die Montage von Kamera und Bildauswertungskarte direkt am Roboterarm, ermöglichte ein Verfolgen und Greifen des Objektes im gesamten Arbeitsbereich des Roboters. Zudem konnte so ein kurzes Videokabel für eine optimale Bildqualität verwendet werden. Durch geeignete Wahl von Hintergrund- und Objektfarbe, sowie der Beleuchtung, war eine zuverlässige Objekterkennung im ganzen Arbeitsbereich möglich. Die Kamera wurde so geeicht, dass sie direkt unter den Greifer des Roboters sieht.

Mit Hilfe eines PCs wurden Bildverarbeitungs- und Robotersystem über die seriellen Schnittstellen miteinander verbunden. Die Bilddaten werden vom PC eingelesen, auf Fehler geprüft, und dann zum ADEPT-System gesendet, wo sie für die Ansteuerung des Roboters verwertet werden. Dabei wird die Zeitdauer dieser Prozessabfolge allein vom ADEPT-System bestimmt. Dieses wurde durch Verarbeitung der Bilddaten auf dem PC und der günstigen Eichung des Kamerablickfeldes weitgehend entlastet.

Diese Diplomarbeit befasst sich mit einem automatisierten, roboterbasierte Messsystem. Sie entstand mit Hilfe der Firma Innotest AG, die sich für ihr aufwendiges Verfahren der Kalibrierung ihrer Luft-Ultra-Schall-Messgeräte einen automatisierten Messplatz wünschte.

Der Messplatz umfasst das bereits erwähnte Luft-Ultra-Schall-Messgerät zur Puverschichtdickenmessung, das von der Firma Innotest AG und Partnern entwickelt wurde, einen Sechs-Achsen-Knickarm-Roboter, welcher uns für die Dauer der Diplomarbeit von der Firma Kaiser Ingeneering AG zur Verfügung gestellt wurde sowie einen handelsüblichen PC. Für den Datenaustausch zwischen den veschiedenen Geräten setzten wir eine I/O-Karte ein. Diese wird von der Steuersoftware kontrolliert, welche von uns mit dem Entwicklungstool Visual C++ erstellt wurde. Über diese Steuersoftware wird der gesamte Messablauf gesteuert.

Die Aufgabe des Roboters besteht darin, die Messpistole, in welcher sich der Ultraschall-Sensor des Messgeräts befindet, über eine pulverbeschichtete Platte zu führen. Die Daten des Messgeräts werden von der Steuersoftware eingelesen, verarbeitet und die entsprechenden Befehle an den Roboter ausgegeben. Der Roboter ist somit in der Lage, die Distanz und durch eine ausgeklügelte Suchroutine den Winkel der Messpistole zur Messoberfläche zu optimieren. Dadurch kann das Messgerät optimale Messpunkte aufnehmen.

Durch die Messresultate aus Versuchen auf pulverlosen Aluminiumplatten konnten uns die Spezialisten der Firma Innotest AG bestätigen, dass wir mit unserer Suchroutine auf dem richtigen Weg sind. In der letzten Woche der Diplomarbeit testeten wir gemeinsam mit der Firma Innotest AG den Arbeitsplatz mit richtigen, pulverbeschichteten Platten. So konnten dann die Daten, welche mit dem Messsystem aufgenommen wurden, mit denjenigen der ursprünglichen Handmessung verglichen werden. Es zeigte sich, dass die beiden Ergebnisse annähernd gleich sind.

Das Institut für Mechatronische Systeme arbeitet an der Realisation einer komponentenorientierten Robotersteuerung, basierend auf dem Echtzeit-Betriebssystem Jbed. Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll die Grundlage geschaffen werden, um auf diesem Gebiet Forschungs- und Entwicklungsarbeit leisten zu können.

Unsere Aufgabe bestand darin, einen 4-achsigen Knickarm-Roboter zu bauen und diesen mit einem Prototypen einer Java-basierten Steuerung in Betrieb zu nehmen.

Als Basis zum Bau des Roboters diente ein Roboterarm, der vom Institut für Robotik übernommen werden konnte. Fehlende mechanische Bauteile wurden konstruiert, zur Fertigung in Auftrag gegeben und montiert. Zur Steuerung des Roboters wurde ein Schaltschrank zusammengestellt. Von einem ähnlich aufgebauten System standen uns Schemas und Dokumentationen zur Verfügung, die angepasst werden mussten. Die Konfiguration der Leistungsverstärker und die erfolgreiche Inbetriebsetzung der Antriebe konnte durchgeführt werden.

Die Analyse und das Design des Prototyps der Steuerung wurde erstellt. Einzelne Komponenten konnten zwar realisiert werden, blieben wegen unbrauchbarem Java-Betriebssystem aber ungetestet. Um den Roboter so weit vorzubereiten, dass er nach der Diplomarbeit in Betrieb genommen werden kann, wurde das Oberon-basierte Echtzeitbetriebssystem Xo2 auf der Prozessor-karte installiert und konfiguriert. Ergänzend wurden kinematische Bewegungsabläufe des Roboters analysiert, mit dem Mathematik-Programm Mathematica gerechnet und simuliert.

Mit der Endmontage konnten alle mechanischen Arbeiten am Roboter abgeschlossen werden. Arbeiten im Bereich der Elektrotechnik sind beendet und getestet. Der Entwicklungsstand des Roboters bildet nun ein Fundament, sowohl für weitere Forschungsarbeiten auf dem Gebiet von komponentenorienten Steuerungen, als auch im Bereich der Echtzeitbetriebssysteme.

Consult AG, Winterthur
NM Numerical Modelling GmbH, Winterthur

Die Entwicklung von InkJet-Systemen ist derzeit für die Wirtschaft von grosser Bedeutung. Da der Massenmarkt im Büro- und Privatbereich vom Tintenstrahldrucker beherrscht wird, ist man daran interessiert immer bessere und leistungsfähigere Drucker auf den Markt zu bringen. Vor allem wird die Miniaturisierung und ein grösseres Leistungsvermögen der Bubble-Jet Düse angestrebt.

Zum Erreichen dieser Entwicklungsziele sind Simulationen von Bubble-Jet Düsen unabdingbar. Diese Simulationen sind das zentrale Thema dieser Diplomarbeit. Die Arbeit bestand darin, die physikalischen Vorgänge in einer Bubble-Jet Düse zu Untersuchen und zu modellieren.

Die Durchführung der Simulationen verlangt sehr viel anwenderspezifisches Know-How, weil die physikalischen Vorgänge in einer Bubble-Jet Düse hochkomplex sind. Zum Aufbau dieses Know-How's ist im Rahmen dieser Diplomarbeit der Aufheizprozess modelliert worden und die Resultate mit den Ergebnissen der aktuellsten Dissertationen validiert worden.

Zur Modellierung des dreidimensionalen Wärmeleitvorgangs beim Aufheizen sind drei Methoden herangezogen worden. Für die erste Methode stand die Finite-Element-Software SESES zur Verfügung, welche zur Berechnung von Sensor- und Aktorsystemen von der Firma NM entwickelt wurde. Die anderen beiden Methoden basieren auf einem analytischen Ansatz und einem Netzwerkmodell. Weil die Modellierung eines dreidimensionalen Systems mit den letzt genannten zwei Methoden unrealistisch ist, wurde das System näherungsweise auf ein eindimensionales System reduziert. Aus der Simulation des eindimensionalen Systems konnten dann die daraus gewonnen Resultate der verschiedenen Methoden mit Messungen und analytischen Lösungen verglichen und validiert werden.