Firma: TechnoTeam Bildverarbeitung GmbH
Branche: Labore, Messtechnologie, Automobil- und Zulieferindustrie

Eingesetzte DENSO-Produkte: VS-060 und VS-087

Firmenstandort: Deutschland
Website:www.technoteam.de

HERAUSFORDERUNG

Wir leben in einer Welt der Displays – ob Smartphone, Fernseher, Küchengerät oder im Auto: Bedienoberflächen und Bildschirme im Miniformat sollen nicht nur elegant aussehen, sondern vor allem funktionieren und gut ablesbar sein – oft auf einen Blick. Dies gilt insbesondere in Fahrzeugen, bei denen zuverlässig bedien- und sichtbare Displays die Verkehrssicherheit unterstützen.

Technische Zuverlässigkeit und Funktionalität eines Displays hängen von den elektrooptischen Eigenschaften des Bildschirms ab, die mit präzisen lichttechnischen Vermessungen analysiert und getestet werden. Doch diese bislang manuell erfolgten Messverfahren geraten mit zunehmend komplexer Technologie an ihre Grenzen: Der vielfältige Einsatz von Displays, ihre zunehmende Integration in komplexe Bedien- und Steuerungssysteme, schließlich die breite Produkt-, Material- und Formenpalette erfordern individuelle Messvorgänge. Bei manueller Umsetzung sind die Einrichtzeit der Messgeräte und die präzise Wiederholgenauigkeit von Messungen für die Hersteller ein höchst kosten- und zeitintensiver Prozess.  

LÖSUNG

Ein automatisiertes, robotergestütztes Vermessungssystem der TechnoTeam Bildverarbeitung GmbH ist die Lösung. Das 1991 im thüringischen Ilmenau gegründete Unternehmen entwickelt und produziert Leuchtdichte- und Farbmesskameras sowie bildauflösende Licht- und Farbmesstechnik für Labore und die Industrieautomation: Diese Messtechnik wird in der Entwicklung und Fertigung von leuchtenden und beleuchteten Baugruppen, d.h., Displays, Scheinwerfern, Leuchten genutzt und ist mittlerweile im Automobilsektor und bei Zulieferern Industriestandard.

Für die automatisierte, lichttechnische Vermessung von selbst emittierenden Bildschirmen wie hoch integrierten (Freiform- und Curved) Automotive Displays, hat TechnoTeam gemeinsam mit DENSO Robotics 2019-2020 das LMK Position System entwickelt – eine innovative Kombination aus Photometrie, Robotik und Machine Vision mit einem DENSO-Roboter im Zentrum. Das System ist insbesondere in der Entwicklung und Prüfung der Vor- und Kleinserien von Automotive Displays im Einsatz, die zwar ein hohes Maß an Flexibilität erfordern, für die aber eine separate Produktionskontrolle ineffizient wäre.

Das LMK Position System arbeitet wahlweise mit einem VS-060 (605 mm Reichweite, 4 kg Traglast) oder einem VS-087 (905 mm Reichweite, 7 kg Traglast), da diese Messungen automatisiert nur mit Sechs-Achs-Robotern zu leisten sind. Überdies sollten sie eine offene Schnittstelle bieten, wie dies bei DENSO Robotics mit ORiN2 gegeben ist. Der VS-087 lässt sich zudem selbst mit den neuesten und größten Kameras (der Trend geht zu mehr Pixeln) und Objektiven ausrüsten.

Mit einer herausragenden Wiederholgenauigkeit von +/- 0,02-0,03 mm erfüllen beide Roboter  die benötigte Präzision sowie Payload-Anforderungen – und das bei kompakter Robotergröße mit einem schlanken Roboterarm (95 mm, Achsen 4, 5 und 6). Auch die TÜV-zertifizierte „Safety Motion“-Option, die den Robotereinsatz ohne Sicherheitszelle möglich macht, ist hilfreich, denn TechnoTeam konnte sich so in der Software-Entwicklung auf die eigentliche Applikation konzentrieren; diese kontrolliert die Führung des Roboterarmes, um das LMK Position System an die richtige Messposition zu stellen.

Einzigartig bei diesem System ist die Möglichkeit der Referenzierung bestimmter Messpunkte für die einzuhaltenden Geometrien der regulatorischen Normen; diese Messvorgänge lassen sich dank der Roboter genau reproduzieren – und zwar unabhängig von der Positioniergenauigkeit des Displays. Zudem haben Automotive Displays aufgrund ihrer hohen Integrationsdichte sehr komplexe Formen (3D, Curved, Freiformflächen), die sich je nach Funktion und Hersteller individuell unterscheiden: Hier spielt die roboterbasierte Messtechnik ihre Stärken aus, denn generell ist das System für alle Displayarten geeignet, die Systemkonzepte, insbesondere die Ausrichtung, lassen sich direkt auf andere, selbst emittierende Displays übertragen. Durch das Zusammenspiel der kontrollierten, präzisen Bewegung des Roboters und der Verwendung der LMK-Referenzbilder kann der Normalvektor der zu vermessenden Oberfläche für jeden Messpunkt bestimmt werden. Damit ist unter anderem eine automatische Senkrechtstellung der optischen Kameraachse zum Messobjekt möglich – eine wichtige Position für den Industriestandard „Uniformity Measurement for Displays“ deutscher Automobilhersteller sowie den IDMS („Information Display Measurement Standard“). Bei ersterem umfasst die Ausrichtung fünf Dimensionen (drei Winkel und zwei Orte), was bei manueller Umsetzung nur aufwändig in der geforderten Präzision möglich wäre. Der hohe Automatisierungsgrad vereinfacht also die Kombination unterschiedlicher Bilder und eröffnet so neue Mess- bzw. Korrekturmethoden. Hinzu kommen spezifische Anforderungen an die komplexe Messgeometrie von Reflexionen (nach ISO-Standard 15008) – auch hier sind Präzision und Qualität dank der Roboter deutlich optimiert.

„Bei der Entscheidung für DENSO Robotics war für uns der Kommunikationsflansch wichtig, den man für die 6-Achs-Roboter als Option wählen kann – das bietet so kein anderer Hersteller an“, erklärt TechnoTeam-Geschäftsführer Udo Krüger. „Da wir die Position des Displays vorher nicht kennen, sind auch die erforderlichen Bewegungen nicht bekannt, so dass eine Kabelführung außen am Roboter ein Problem gewesen wäre. Das ist bei DENSO-Robotern dank der integrierten Kabelführung sicher und elegant gelöst.“ Denn hier bietet der von DENSO Robotics patentierte Kommunikationsflansch eine komplett im Roboter verlegte Ethernet- Verbindung und zusätzlich 17 Signalleitungen – vom Roboterfuß bis hinein in die 6. Achse, Kameras lassen sich so ohne Kabelbrüche unkompliziert und sicher anschließen.

„Außerdem hat uns der DENSO Robotics Support insbesondere in der Startphase und darüber hinaus überzeugt“, sagt Udo Krüger. „Dass die Grundschulung nur zwei Tage beansprucht und ein Vor-Ort-Training auch In-House möglich ist, erweist sich als weiterer Vorteil, zumal diese auch für unsere Kunden interessant sind.“ Das System ist komplett vor Ort für den Kunden nutzbar und kann flexibel mit einem oder mehreren Objektiven und Spezialobjektiven betrieben werden. Die TechnoTeam-Kunden kommen aus aller Welt und sind Display-Hersteller sowie Unternehmen, die Displays in ihren Produkten einsetzen.

Das LMK Position System wird über C++ gesteuert; die LMK selbst nutzt dafür interne Bibliotheken und Schnittstellen der Kamera sowie für die Robotersteuerung ORiN2 SDK. Damit lässt sich das Koordinatensystem des LMK mit der verwendeten Optik ebenso wie das Koordinatensystem des Testgerätes, welches vermessen werden soll, handhaben und transformieren: Für den Roboter liegt der „Nullpunkt“ auf der Displayoberfläche, relativ zu diesem kann man nun verschieben oder drehen (z. B. relativ zu einer Ecke,) und dies sogar auf der gesamten zu vermessenden Display-Oberfläche. Das ist insbesondere für komplexe Geometrien bei Oberflächen von Displays in Pkws wichtig, da hier auch die Winkelausrichtung geprüft werden muss.

Die Bedienung des Systems ist für die Kunden dadurch denkbar einfach, auf Komplexität der Standardaufgaben wurde bewusst zugunsten der Benutzerfreundlichkeit verzichtet, so dass je nach Messaufgabe die Bedienung aus überschaubaren GUIs besteht. Zusätzlich ist das LMK Position System als SDK konzipiert, so dass Kunden auch eigene Messabläufe programmieren und gleichzeitig die Ausrichtfunktionalität nutzen können, da das System mit der Kamera SDK kommuniziert.

VORTEILE    

Erst die Roboter machen die Kombination aus Machine Vision, Photometrie und Bewegung überhaupt möglich, so dass automatisierte flexible, zeiteffiziente und sehr gut reproduzierbare Messlösungen verfügbar sind: Da sich das System relativ zum Display ausrichtet, ist vor allem die ungleich schnellere Einrichtzeit im Vergleich zu den früher manuell erfolgten Messungen der entscheidende Vorteil, d.h. diese ist um den Faktor 20 kürzer, die Messungen als solche viel weniger fehleranfällig. Dies gilt vor allem in der Vorentwicklung von Produkten, wenn z.B. ein neues System mit verschiedenen Komponenten getestet werden muss.

Mit diesem einen System kann so z.B. ein integriertes, stehendes Display ebenso gemessen werden wie ein etwa (horizontal liegender) Prototyp, an dem noch nicht alle Schichten befestigt sind – denn der früher erforderliche, manuelle „Umbau“ für die jeweilige Kameraausrichtung entfällt; dies geschieht beim LMK Position System in Sekunden, spart also Zeit und Kosten.

Die Flexibilität macht das System zukunftsfähig, zumal es sich mit verschiedenen Spezialobjektiven kombinieren lässt und inzwischen auch für eine weitere Anwendung eingesetzt wird, bei der die Beleuchtung von Nummernschildern geprüft wird. In Zukunft sind auch Anwendungen im Bereich AR/VR-Brillen und Head-up-Displays denkbar, bei denen die Bewegungen im Orts- und Winkelraum relevant sind.
 

Link für long Version Video: https://youtu.be/5I0nXfD48b0