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Automatisierungs- und Robotersysteme (Fach) / Lernfragen (Lektion)

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• Was sind die Vor-und Nachteile der verbreitetsten Programmiermethoden für Industrieroboter? Vorteil: Berücksichtigung von Ungenauigkeiten des Roboters und des Bauteils. Kein zusätzliches Offline Programmiersystem notwendig Nachteil: ProduktionsstillstandszeitenQualitätGenauigkeitProgrammierdauerQualifikationdes ProgrammierersSicherheit/ Ergonomie
• Wodurch unterscheidet sich eine Simulation von einer Animation? Animation: Erzeugung von bewegten Bildern Simulation: Experimentelle Problemlösungsmethode
• Was sind Charakteristika, Vor-und Nachteile von Offline-Programmiersystemen mit verschiedenen Automatisierungsgraden? Vorteil: Roboter kann während der Programmierzeit arbeiten Nachteil: Qualifikationsanforderungen sind sehr hoch
• Welches sind die Hauptkomponenten eines simulationsbasierten Offline-Programmiersystems? Der CAD Kern, die Schnittstellen, Funktionen der grafisch-basierten Modellierung, Datenbasis, Kinematik, Simulationsfunktionen, Funktionen zur Offline Programmierung
• Wie können Sie die Orientierung eines Körpers im Raum beschreiben? Projezieren die drei Achsen des verdrehten Systems auf die drei Achsen des Referenzsystems. Matrix-Methode Dreiwinkelmethode
• Was ist ein Frame im Kontext der Roboterkinematik?   Koordinatensystem  
• Nennen Sie einige wichtige Standardframes der Robotik Basis Frame, Objekt Frame, Tool Frame, Stations Frame
• Wie invertieren Sie eine Rotationsmatrix? Transponieren
• Was ist eine Homogene Transformationsmatrix und wie ist sie aufgebaut? Translation und Rotation sind in einer Matrix dargestellt werden. Links oben Rotationsmatrix, darunter drei Nullen rechts daneben ein Vektor, der die Positionen beschreibt unten Rechts die Eins
• Sie wollen ein Koordinatensystem um seine lokalen Achsen rotieren. Von welcher Seite multiplizieren Sie die jeweilige Rotationsmatrix mit dem Ausgangssystem? von rechts
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• Sie wollen ein Koordinatensystem um die raumfesten Achsen des Weltkoordinatensystems rotieren. Von welcher Seite multiplizieren Sie die Rotationsmatrix mit dem Ausgangssystem? von links
• Wie leiten Sie aus der Definition einer 3-Winkel-Orientierungsbeschreibung die zugehörige Orientierungsmatrix her? Die Auswahl der Achsen und die Reihenfolge hängt von der Definition ab. Die Reihenfolge der Multiplikation hängt davon ab, ob es sich um lokale oder Raumfeste Transformationen handelt.
• Was sind Vor-und Nachteile der verschiedenen Methoden zur Orientierungsbeschreibung? Vorteil: Anschaulich dargestellt Nachteil: nicht eindeutig Vorteil 3x3 Matrix ist eindeutig, dafür in der Handhabung nicht so geschickt
• Leiten Sie die allgemeinen Gelenktransformation nach Denavit-Hartenberg her. 4 DH Parameter (2 Rotation, 2 Translation). Für jeden Parameter kann man eine homogene  Transformationsmatrix aufstellen und alle Teiltransformationen in der richtigen Reihenfolge multiplizieren
• Erklären Sie die Steuerungsmethoden PTP synchron/asynchron und CP. Asynchron: Alle Achsen fahren mit maximaler Geschwindigkeit los, wer zuerst bei seinem Zielwert ankommt bleibt stehen, die anderen fahren weiter Synchron: Ausrechnen, welche Achse am längsten braucht, dann wird die Geschwindigkeit und Beschleunigung bei den anderen Achsen soweit vermindert, dass alle gleichzeitig losfahren und ankommen CP: Bahninterpolation mit Start Ziel und Zwischenpunkten
• Wie können Sie Bewegungen auf Gelenkebene mittels Polynomen planen? Polynomgleichung aufstellen und anhand von Randbedingungen Koeffizienten ermitteln
• Wie können Sie Bewegungen auf Gelenkebene mittels linearen Segmenten mit parabolischen Rampen planen? Drei Bewegungsabschnitte: Beschleunigung, linearer Verlauf, abbremsen. Für jeden Abschnitt können Randwerte bestimmt werden und entsprechende Bewegungsgleichung aufgestellt werden
• Erklären Sie die wichtigsten Aufgaben von Industrieroboter-Steuerungen: Vortransformation, Rücktransformation und Bahnplanung. Vortransformation: TCP-Position und -Orientierung werden aus den bekannten Achswinkeln bestimmt, Mathematisch eindeutig bestimmt Rücktransformation: Achswinkel werden aus TCP-Position und -Orientierung bestimmt, es kann keine, eine, oder mehrere Lösungen geben Bahnplanung: Interpolationspunkte berechnen, Achswinkel gehen als Sollwerte in die regelung ein
• Zusammenhang zwischen Interpolationstakt und Bahngenauigkeit Je mehr Interpolationspunkte für die Berechnung zur Verfügung stehen, desto exakter die Bahngenauigkeit
• Was ist der Nutzen des Überschleifens von Bewegungsabschnitten? Energieeinsparung, Zeiteinsparung
• Grenzen Sie die unterschiedlichen Überschleifmethoden gegeneinander ab und bewerten Sie diese. Geschwindigkeitsgeführtes Überschleifen: wenn die Geschwindigkeit einen bestimmten Wert unterschreitet, beginnt die Überschleifbewegung Positionsgeführtes Überschleifen: wenn der TCP in die Überschleifkugel eintritt, startet dieÜberschleifbewegung über Sensoren können externe Signale als Überschleifbefehl dienen.
• Erläutern Sie die wesentlichen Hard- und Softwarekomponenten von Industrieroboter-Steuerungen. Hardware: Computereinheit, Sicherheitskarte, Profibus, Leistungseinheit Software: Programmverwaltung, Leistungssteuerung, Scheduler
• Beschreiben Sie das Prinzip der Regelung und grenzen Sie es gegenüber der Steuerung einer Größe ab. Bei der Regelung kommt es zu einem Soll Ist Wert Vergleich
• Beschreiben Sie die Methoden der internen und der externen Regelung bei Industrierobotern und grenzen Sie diese gegeneinander ab. Interne Regelung: Messung der Gelenkwinkel mit eingebauten Sensoren Externe Regelung: Sollwerte in Arbeitskoordinaten
• Beschreiben Sie das Prinzip der Kaskadenregelung. Mehrgrößenregelung bestehend aus Positions-, Geschwindigkeits- und Stromregelung
• Beschreiben Sie Charakteristika und Unterschiede der parallelen Kraft-Lage-Regelung und der hybriden Kraft-Lage-Regelung. Parallele Kraft-Lage-Regelung: äußerer Kraftregelkreis, innerer Positionsregelkreis, Kraftregelung ist übergeordnet: Positionsfehler wird zugunsten optimaler Kraft toleriert. Differenz der Kräfte ergibt Zustellungskorrektur, die mit demSollwert für die Lage verrechnet wird Hybride Kraft-Lage-Regelung: Zwei voneinander getrennte Regelsysteme Einteilung der Bewegungsrichtungen in einen beschränktenund unbeschränkten Raum Kraftregelung für beschränkten Raum Lageregelung für unbeschränkten Raum
• Nennen Sie die wesentlichen Charakteristika der drei unterschiedlichen Kopplungsvarianten für kooperierende Roboter. Unabhängig: jeder Roboter hat seine eigene Steuerung Synchronisiert (zeitdiskret): ein Bewegungsplaner übernimmt mehrere Roboter Geometrisch (Master-Slave) / zeitkontinuierlich koordiniert: synchrone Bewegung am Werkstück
• Erläutern Sie in wenigen Stichworten folgende Sensor-Kennwerte:Messgröße, Auflösung, Messbereich, Messabweichung, Linearität und Messrate. Messgröße: Physikalische Größe, der die Messung gilt Auflösung: Kleinstmögliche Änderung eines wahren Wertes, der eine Änderung im Sensor hervorruft Messbereich: Bereich einer Messgröße, in dem die Messabweichungen innerhalb festgelegter Toleranzen bleiben Messabweichung: Abweichung eines Wertes vom wahren Wert Linearität: Abweichung einer Kennlinie von einer idealen linearen Funktion Messrate: Anzahl von Messungen in einem definierten Zeitintervall.
• Erläutern Sie die Funktionsprinzipien, Charakteristika und Einsatzgebiete von kapazitiven Sensoren: Kapazität ist proportional zum Abstand der Elektroden, hohe Empfindlichkeit, Füllstandsmessungan Behälter für Kunststoffgranulat Ultraschallsensoren: Laufzeit des Ultraschalls ist ein Maß für die Entfernung, Relativ geringe Genauigkeit im Vergleich zu anderen Sensoren, Bahnlaufsensor laufzeitbasierten Lasersensoren: Messung der Laufzeit eines Lichtimpulses, Messung gegen reflektierende und transparente Oberflächen problematisch, Krantechnik Laserscannern: Ausweitung der eindimensionalen Messung mit Laserlaufzeitsensor zur Messung in einer Ebene, Sicherheitseinrichtungen
• Erläutern Sie die grundlegenden Komponenten und Methoden der Bildverarbeitung. Kamera Software Beleuchtung Objektive Framegrabber
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• Nennen und begründen Sie Vor-und Nachteile von CMOS-Sensoren gegenüber CCD-Sensoren. Geringerer Energieverbrauch, Sehr hohe Bildraten, ROI lässt sich beliebig festlegen Pixel verfügen jeweils über eigene Verstärker, die aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht einheitlich sind
• Nennen und erläutern Sie die beiden wichtigsten Methoden zur Verarbeitung der Grundfarben in digitalen Farbkameras. Verwendung eines Chips und ordne über den einzelnen Pixeln Farbfilter für die drei Grundfarben an oder Aufteilung der Lichtstrahlen über Prismen und sende die drei Grundfarben auf verschiedene Sensoren.
• Erläutern Sie Wirkungsweise und Anwendungsfelder von Telezentrischen Objektiven.  Einsatz bei Messanwendungen, wo perspektivische Verzerrungen und falsche Bildskalierung Fehler verursachen Bei diesen Objekten fallen achsparallele Lichtstrahlenbündel vom Objekt auf das Objektiv gleichmäßige, vom Objektabstand unabhängige Vergrößerung ohne perspektivische Verzerrung Aufgrund des parallelen Strahlengangs muss die freie Apertur der Frontlinse des telezentrischen Objektivs mind. den gleichen Durchmesser haben wie das Objektfeld Objektive für große Objektfelder sehr groß und teuer Messungen sind auch bei Bildern die sich aus dem Fokus bewegen genau Erhöhung der Schärfentiefe und geringe Verzeichnung.
• Welche Beleuchtungszonen in Abhängigkeit vom Beleuchtungswinkel gibt es? Auflichtbeleuchtung, Hintergrundbeleuchtung, Hellfeldbeleuchtung, Dunkelfeldbeleuchtung
• Erläutern Sie die Begriffe Auflicht-und Durchlicht-Beleuchtung sowie Silhouettenprojektion. Auflicht: ÜblicheBeleuchtungsmethode Durchlichtbeleuchtung: Lichtquelle hinter dem Objekt, sodass Objekt dunkel vor einem hellen Hintergrund erscheint Silhouettenprojektion: Lediglich Kontrolle von Umrissformen
• Zu welchem Zweck setzen Sie die Dunkelfeldbeleuchtung ein? Zur Hervorhebung von Oberflächendefekten, Kratzern und Gravuren auf transparenten Objekten
• Was ist der wesentliche Vorteil der diffusen Koaxialbeleuchtung? Objekt wird unter einer diffusen Koaxialbeleuchtung gleichmäßig ausgeleuchtet.
• Zu welchem Zweck setzen Sie kollimierte Koaxialbeleuchtung ein? Verwendung zur Hervorhebung von Vertiefungen oder Erhebungen eines Objektes
• Bitte benennen und erläutern Sie die wesentlichen Stufen der Bildverarbeitung und Bilderkennung. Bildgewinnung Bildaufnahme, Bilddiskretisierung, Bildrestauration Bildbearbeitung Bildverbesserung, Bildsegmentierung Bilderkennung Mustererkennung, Klassifikation, Bildinterpretation
• Bitte erläutern Sie die wesentlichen Schritte des Template Matching. Berechnung eines Ähnlichkeitsmaßes zwischen Template und vorgegebenem Bild Bei hoher Ähnlichkeit ist ein Muster im Bild gefunden
• Bitte erläutern Sie die Vor-und Nachteile des Template Matching. Vorteil Sehr einfaches Verfahren, da keine Merkmale berechnet werden müssen Nachteil Je nach Bildauflösung sehr zeitintensiv. Normalerweise werden graue Level anstelle schwarz/weiss benutzt, dadurch wird niemals ein perfektes Match gefunden
• Was versteht man bei der 2D-Erkennung geometrischer Merkmale unter Morphologischen Operationen. Vergrößerung und Verkleinerung von Regionen Trennung und Zusammenfügen von Regionen
• Zu welchem Zweck und an welchen Stellen wird eine SPS eingesetzt? Schnittstelle zwischen Informationsgewinnung und Verwertung. Verwendet für kontinuierliche oder diskontinuierliche Prozesse wie Teilefertigung.
• Was kennzeichnet die Programmabarbeitung einer SPS? Zyklische Programmbearbeitung:  Eingänge erfassen Programm abarbeiten Ausgänge setzen
• Wodurch können Fehler im Zusammenhang mit einer SPS auftreten? Bis zur Inbetriebnahme, z.B. Spezifikationsfehler Dimensionierungsfehler Programmierfehler Fertigungsfehler Nach der Inbetriebnahme, z.B. Bauteilausfall durch Verschleiß Kurzschlüsse Kabelbrüche oder fehlerhafte Stecker Produktionsfehler in Bauteilen
• Wie kann mit der Möglichkeit von Fehlern umgegangen werden? Fehlervermeidung Simulation systematische ProgrammanalyseFehlerbeherrschung Hardware und Softwarebausteine zur Erkennung vonauftretenden Fehlern und Reaktion auf die Fehler Speicher und Prozessortests
• Welche Programmiersprachen kennen sie? Was charakterisiert sie, und wann werden sie typischerweise eingesetzt? Textsprachen Anweisungsliste (AWL) Strukturierter Text (ST) Grafische Sprachen Kontaktplan (KOP) Funktionsbausteinsprache (FBS) Ablaufsprache (AS)

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