<p>Today, tool center point calibration is mostly done by a manual procedure. The method is very time consuming and the result may vary due to how skilled the operators are.</p><p>This thesis proposes a new automated iterative method for tool center point calibration of industrial robots, by making use of computer vision and image processing techniques. The new method has several advantages over the manual calibration method. Experimental verifications have shown that the proposed method is much faster, still delivering a comparable or even better accuracy. The setup of the proposed method is very easy, only one USB camera connected to a laptop computer is needed and no contact with the robot tool is necessary during the calibration procedure.</p><p>The method can be split into three different parts. Initially, the transformation between the robot wrist and the tool is determined by solving a closed loop of homogeneous transformations. Second an image segmentation procedure is described for finding point correspondences on a rotation symmetric robot tool. The image segmentation part is necessary for performing a measurement with six degrees of freedom of the camera to tool transformation. The last part of the proposed method is an iterative procedure which automates an ordinary four point tool center point calibration algorithm. The iterative procedure ensures that the accuracy of the tool center point calibration only depends on the accuracy of the camera when registering a movement between two positions.</p>

Today, tool center point calibration is mostly done by a manual procedure. The method is very time consuming and the result may vary due to how skilled the operators are. This thesis proposes a new automated iterative method for tool center point calibration of industrial robots, by making use of computer vision and image processing techniques. The new method has several advantages over the manual calibration method. Experimental verifications have shown that the proposed method is much faster, still delivering a comparable or even better accuracy. The setup of the proposed method is very easy, only one USB camera connected to a laptop computer is needed and no contact with the robot tool is necessary during the calibration procedure. The method can be split into three different parts. Initially, the transformation between the robot wrist and the tool is determined by solving a closed loop of homogeneous transformations. Second an image segmentation procedure is described for finding point correspondences on a rotation symmetric robot tool. The image segmentation part is necessary for performing a measurement with six degrees of freedom of the camera to tool transformation. The last part of the proposed method is an iterative procedure which automates an ordinary four point tool center point calibration algorithm. The iterative procedure ensures that the accuracy of the tool center point calibration only depends on the accuracy of the camera when registering a movement between two positions.

Die Forschungsarbeiten der 19 Teilprojektes des SFB/TR 96 verfolgen den Ansatz, spanende Werkzeugmaschinen zu Fertigungsqualität und Wirtschaftlichkeit unter den Bedingungen einer energieeffizienten Produktion durch konstruktive und steuerungstechnische Lösungen zu befähigen. Damit besteht das Ziel des SFB/TR 96 in der Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Fertigung.

Die Forschungsarbeiten der 19 Teilprojektes des SFB/TR 96 verfolgen den Ansatz, spanende Werkzeugmaschinen zu Fertigungsqualität und Wirtschaftlichkeit unter den Bedingungen einer energieeffizienten Produktion durch konstruktive und steuerungstechnische Lösungen zu befähigen. Damit besteht das Ziel des SFB/TR 96 in der Lösung des Zielkonflikts von Energieeinsatz, Genauigkeit und Produktivität bei der spanenden Fertigung.:Motivation und Überblick Christian Brecher (RWTH Aachen, Sprecher des SFB/TR 96) Erstellung und Abgleich eines strukturbasierten thermischen Modells der kugelgewindegetriebenen Vorschubachse eines Hexapoden Alexander Galant, Steffen Schroeder, Bernd Kauschinger (IWM TU Dresden) Michael Beitelschmidt (IFKM TU Dresden) Wärme im Zerspanungsprozess und ihre Wirkung im Werkzeug Matthias Putz, Gerhard Schmidt, Ulrich Semmler (IWU Chemnitz) Michael Bräunig (IWP TU Chemnitz) Fritz Klocke, Drazen Veselovac, Matthias Brockmann, Thorsten Augspurger, Patrick Mattfeld, Matthias Rasim, Christian Wrobel (Lehrstuhl für Technologie der Fertigungsverfahren RWTH Aachen) Parameteridentifikation in thermo-elastischen Systemen Roland Herzog, Ilka Riedel (Professur für Numerische Mathematik (partielle Differentialgleichungen) TU Chemnitz) Bernd Kauschinger, Steffen Schroeder (IWM TU Dresden) Prognose von Verlustleistungen und Kontaktwärmeübergängen an Maschinenkomponenten Christian Brecher, Marcel Fey, Kolja Bakarinow, Stephan Neus (Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen RWTH Aachen) Reinhold Kneer, Yona Frekers (WSA RWTH Aachen) Berechnung von thermo-elastischen Deformationen in Werkzeugmaschinen – Vergleich numerischer Verfahren – Michael Beitelschmidt, Marian Partzsch (IFKM TU Dresden) Peter Benner, Norman Lang (MiIT TU Chemnitz) Andreas Naumann, Axel Voigt, Jörg Wensch (IWR TU Dresden) Analyse der Wärmeentstehung im Antrieb und Temperierung von Strukturen und Antrieben am Beispiel von Werkzeugmaschinen Stefan Winkler, Ralf Werner (EWA TU Chemnitz) Andre Bucht, Welf-Guntram Drossel (Fraunhofer IWU) Jürgen Weber, Juliane Weber (IFD TU Dresden) Immanuel Voigt (IWP TU Chemnitz) Experimenteller Vergleich kennfeld- und strukturmodellbasierter Korrektur Steffen Ihlenfeldt, Christian Naumann (Fraunhofer IWU) Xaver Thiem, Mirko Riedel, Bernd Kauschinger (IWM TU Dresden) Zeitabhängige Beschreibung volumetrischer thermo-elastischer Verlagerungen von Werkzeugmaschinen Christian Brecher, Marcel Fey, Matthias Wennemer (Lehrstuhl für Werkzeugmaschinen RWTH Aachen) Messtechnisch basierte Ansätze zur Korrektur thermischer Verlagerungen Mirko Riedel, Jens Müller (IWM TU Dresden) Michel Klatte, Christian Wenzel (Fraunhofer IPT) Bewertung thermisch bedingter Verlagerungen mit Prüfwerkstücken Hajo Wiemer, Hubert Höfer (IWM TU Dresden)

Die Dresdner Werkzeugmaschinen-Fachseminare sind ein Forum zu ausgewählten Spezialthemen der Entwicklung und Nutzung von Werkzeugmaschinen. Das 16. WZM-Fachseminar berichtetet inhaltlich detailliert von aktuellen Arbeiten im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches "Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen" (SFB/TR 96) an den Standorten Dresden, Aachen und Chemnitz. Die Fachbeiträge berichten über experimentelle und modellgestützte Analyse von Wärmequellen und -übertragung in spanenden Werkzeugmaschinen sowie zu Lösungsansätzen zur Korrektur und Kompensation der thermo-elastischen Verlagerungen.

Die Dresdner Werkzeugmaschinen-Fachseminare sind ein Forum zu ausgewählten Spezialthemen der Entwicklung und Nutzung von Werkzeugmaschinen. Das 16. WZM-Fachseminar berichtetet inhaltlich detailliert von aktuellen Arbeiten im Rahmen des DFG-Sonderforschungsbereiches "Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen" (SFB/TR 96) an den Standorten Dresden, Aachen und Chemnitz. Die Fachbeiträge berichten über experimentelle und modellgestützte Analyse von Wärmequellen und -übertragung in spanenden Werkzeugmaschinen sowie zu Lösungsansätzen zur Korrektur und Kompensation der thermo-elastischen Verlagerungen.:H. P. Schossig DMG, Pfronten: Thermik-Forschung und die Umsetzung der Erkenntnisse in Maschinenkonzepten bei DMG K. Großmann Sprecher des DFG-SFB Transregio 96 IWM, TU Dresden: Thermo-Energetische Gestaltung von Werkzeugmaschinen F. Klocke; M. Brockmann WZL, RWTH Aachen, K. Großmann; Ch. Städel IWM, TU Dresden: Untersuchungen des Zerspanungsprozesses hinsichtlich auftretender Wärmeströme und Temperaturen R. Werner; St. Winkler EWA, TU Chemnitz, Ch. Brecher; D. Haber WZL, RWTH Aachen: Verlustleistungen in einer Vorschubachse und die daraus resultierende Temperaturverteilung R. Kneer; S. Vieler WSA, RWTH Aachen, K. Großmann; St. Schroeder IWM, TU Dresden: Messungen des Wärmeübergangs an Fugenkontakten von Werkzeugmaschinen J. Weber; Jul. Weber IFD, TU Dresden, G. Schmidt; U. Semmler Fraunhofer IWU, Chemnitz: Fluidische Kühlung von Motorspindeln und Werkzeugen W.-G. Drossel; St. Ihlenfeldt; C. Zwingenberger Fraunhofer IWU, Chemnitz, K. Großmann; St. Schroeder IWM, TU Dresden: Modellierung des Wärmeaustauschs Maschine-Umgebung A. Voigt; J. Wensch; A. Naumann IWR, TU Dresden: Defektkorrektur bei Mittelungsverfahren in der Zeitintegration des Temperaturverhaltens K. Großmann; A. Galant IWM, TU Dresden, M. Beitelschmidt; M. Partzsch IFKM, TU Dresden: Strukturveränderlichkeit in FEM und Blocksimulation bei der Berechnung von Temperaturfeldern K. Großmann; M. Merx IWM, TU Dresden: Thermografie und Nahbereichs-Fotogrammetrie zur Erfassung von Temperatur- u. Verlagerungsfeldern Ch. Brecher; M. Wennemer WZL, RWTH Aachen: Eigenschaftsmodellbasierter Ansatz zur Korrektur thermo-elastischer Verlagerungen K. Großmann; Ch. Städel IWM, TU Dresden: Simulative Erweiterung der Datenbasis zur korrelativen Korrektur thermo-elastischer Verlagerungen W.-G. Drossel; Ch. Ohsenbrügge Fraunhofer IWU, Chemnitz: Materialeffekte und Funktionsmechanismen zur Wärmefluss-Steuerung