Robotized surface inspection: Range data acquisition with estimation of spatial uncertainties

Mikko Sallinen

Robotized surface inspection: Range data acquisition with estimation of spatial uncertainties

Mikko Sallinen

VTT Technical Research Centre of Finland

VTT (former employee or external)

Research output: Book/Report › Report

Abstract

Työn tavoitteena oli esitellä robottipohjainen mittausjärjestelmä ja tutkia sen suorituskykyä mitattujen parametrien epävarmuuksilla mitattuna. Mittausjärjestelmä sisälsi 6 vapausasteen teollisuusrobotin, laser-etäisyysmittarin sekä työkappaleen CAD mallin. Työkappaleena käytettiin laivapotkurin grafiittimuottia. Mittausprosessi sisälsi neljä vaihetta: mittaustyökalun kalibrointi, työkappaleen paikannus, työkappaleen pinnan tarkistusmittaukset sekä mittausten analysointi. Mittausanturin ja työkappaleen paikka estimointiin Bayesian -tyyppisellä iteratiivisella estimointimenetelmällä, joka mahdollisti estimoitavien parametrien epävarmuuksien arvioinnin. Algortimit varmennettiin Monte Carlo -simulaatioilla. Työssä tutkittiin menetelmiä analysoida epävarmuuksia robottipohjaisessa mittausjärjestelmässä. Tutkimus sisälsi mittausjoukkojen ja niihin liittyvien epävarmuuksien huolellisen analysoinnin mittausjärjestelmän eri vaiheissa. Kahden yksinkertaisen estimointiesimerkin avulla havainnollistettiin estimaattorin käyttäytymistä kun mittausjoukon vaihtelevuutta ja kohinan määrää vaihdeltiin. Epävarmuusanalyysi toteutettiin tarkastelemalla virhekovarianssimatriisin ominaisarvoja. Lisäksi tarkasteltiin ehtoluvun sekä epävarmuusellipsoidin tilavuuden soveltuvuutta optimaalisen näytejoukon kriteeriksi. Algoritmeja testattiin todellisessa robottijärjestelmässä ja työkappaleen pinnalta mitatulla pisteelle saatiin [0.6008 0.8311 0.5455] mm epävarmuus tarkasteltaessa virhekovarianssimatriisin (x,y,z) ominaisarvoja ominaisvektroreiden suunnassa (ensimmäinen standardipoikkeama). Kolmannen standardipoikkeaman mittausarvon epävarmuus mittaussuunnassa z oli 1.64 mm. Saavutettu epävarmuuksien taso on riittävä työssä esitettyyn muotin tarkastusovellukseen. Epävarmuuden tasoa eri mittausvaiheissa voidaan pienentää suurentamalla mittausjoukon kokoa ja monipuolistamalla näytejoukkoa.

Original language	English
Place of Publication	Oulu
Publisher	University of Oulu
Number of pages	73
ISBN (Print)	951-42-6568-8
Publication status	Published - 2001
MoE publication type	D4 Published development or research report or study

Publication series

Series	University of Oulu: Systems Engineering Laboratory. Report C
Volume	25
ISSN	0783-5728

Cite this

@book{cea4de980a4f42d9ad36acbeb56c3a95,

title = "Robotized surface inspection: Range data acquisition with estimation of spatial uncertainties",

abstract = "Ty{\"o}n tavoitteena oli esitell{\"a} robottipohjainen mittausj{\"a}rjestelm{\"a} ja tutkia sen suorituskyky{\"a} mitattujen parametrien ep{\"a}varmuuksilla mitattuna. Mittausj{\"a}rjestelm{\"a} sis{\"a}lsi 6 vapausasteen teollisuusrobotin, laser-et{\"a}isyysmittarin sek{\"a} ty{\"o}kappaleen CAD mallin. Ty{\"o}kappaleena k{\"a}ytettiin laivapotkurin grafiittimuottia. Mittausprosessi sis{\"a}lsi nelj{\"a} vaihetta: mittausty{\"o}kalun kalibrointi, ty{\"o}kappaleen paikannus, ty{\"o}kappaleen pinnan tarkistusmittaukset sek{\"a} mittausten analysointi. Mittausanturin ja ty{\"o}kappaleen paikka estimointiin Bayesian -tyyppisell{\"a} iteratiivisella estimointimenetelm{\"a}ll{\"a}, joka mahdollisti estimoitavien parametrien ep{\"a}varmuuksien arvioinnin. Algortimit varmennettiin Monte Carlo -simulaatioilla. Ty{\"o}ss{\"a} tutkittiin menetelmi{\"a} analysoida ep{\"a}varmuuksia robottipohjaisessa mittausj{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a}. Tutkimus sis{\"a}lsi mittausjoukkojen ja niihin liittyvien ep{\"a}varmuuksien huolellisen analysoinnin mittausj{\"a}rjestelm{\"a}n eri vaiheissa. Kahden yksinkertaisen estimointiesimerkin avulla havainnollistettiin estimaattorin k{\"a}ytt{\"a}ytymist{\"a} kun mittausjoukon vaihtelevuutta ja kohinan m{\"a}{\"a}r{\"a}{\"a} vaihdeltiin. Ep{\"a}varmuusanalyysi toteutettiin tarkastelemalla virhekovarianssimatriisin ominaisarvoja. Lis{\"a}ksi tarkasteltiin ehtoluvun sek{\"a} ep{\"a}varmuusellipsoidin tilavuuden soveltuvuutta optimaalisen n{\"a}ytejoukon kriteeriksi. Algoritmeja testattiin todellisessa robottij{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a} ja ty{\"o}kappaleen pinnalta mitatulla pisteelle saatiin [0.6008 0.8311 0.5455] mm ep{\"a}varmuus tarkasteltaessa virhekovarianssimatriisin (x,y,z) ominaisarvoja ominaisvektroreiden suunnassa (ensimm{\"a}inen standardipoikkeama). Kolmannen standardipoikkeaman mittausarvon ep{\"a}varmuus mittaussuunnassa z oli 1.64 mm. Saavutettu ep{\"a}varmuuksien taso on riitt{\"a}v{\"a} ty{\"o}ss{\"a} esitettyyn muotin tarkastusovellukseen. Ep{\"a}varmuuden tasoa eri mittausvaiheissa voidaan pienent{\"a}{\"a} suurentamalla mittausjoukon kokoa ja monipuolistamalla n{\"a}ytejoukkoa.",

author = "Mikko Sallinen",

year = "2001",

language = "English",

isbn = "951-42-6568-8",

series = "University of Oulu: Systems Engineering Laboratory. Report C",

publisher = "University of Oulu",

address = "Finland",

}

TY - BOOK

T1 - Robotized surface inspection

T2 - Range data acquisition with estimation of spatial uncertainties

AU - Sallinen, Mikko

PY - 2001

Y1 - 2001

N2 - Työn tavoitteena oli esitellä robottipohjainen mittausjärjestelmä ja tutkia sen suorituskykyä mitattujen parametrien epävarmuuksilla mitattuna. Mittausjärjestelmä sisälsi 6 vapausasteen teollisuusrobotin, laser-etäisyysmittarin sekä työkappaleen CAD mallin. Työkappaleena käytettiin laivapotkurin grafiittimuottia. Mittausprosessi sisälsi neljä vaihetta: mittaustyökalun kalibrointi, työkappaleen paikannus, työkappaleen pinnan tarkistusmittaukset sekä mittausten analysointi. Mittausanturin ja työkappaleen paikka estimointiin Bayesian -tyyppisellä iteratiivisella estimointimenetelmällä, joka mahdollisti estimoitavien parametrien epävarmuuksien arvioinnin. Algortimit varmennettiin Monte Carlo -simulaatioilla. Työssä tutkittiin menetelmiä analysoida epävarmuuksia robottipohjaisessa mittausjärjestelmässä. Tutkimus sisälsi mittausjoukkojen ja niihin liittyvien epävarmuuksien huolellisen analysoinnin mittausjärjestelmän eri vaiheissa. Kahden yksinkertaisen estimointiesimerkin avulla havainnollistettiin estimaattorin käyttäytymistä kun mittausjoukon vaihtelevuutta ja kohinan määrää vaihdeltiin. Epävarmuusanalyysi toteutettiin tarkastelemalla virhekovarianssimatriisin ominaisarvoja. Lisäksi tarkasteltiin ehtoluvun sekä epävarmuusellipsoidin tilavuuden soveltuvuutta optimaalisen näytejoukon kriteeriksi. Algoritmeja testattiin todellisessa robottijärjestelmässä ja työkappaleen pinnalta mitatulla pisteelle saatiin [0.6008 0.8311 0.5455] mm epävarmuus tarkasteltaessa virhekovarianssimatriisin (x,y,z) ominaisarvoja ominaisvektroreiden suunnassa (ensimmäinen standardipoikkeama). Kolmannen standardipoikkeaman mittausarvon epävarmuus mittaussuunnassa z oli 1.64 mm. Saavutettu epävarmuuksien taso on riittävä työssä esitettyyn muotin tarkastusovellukseen. Epävarmuuden tasoa eri mittausvaiheissa voidaan pienentää suurentamalla mittausjoukon kokoa ja monipuolistamalla näytejoukkoa.

AB - Työn tavoitteena oli esitellä robottipohjainen mittausjärjestelmä ja tutkia sen suorituskykyä mitattujen parametrien epävarmuuksilla mitattuna. Mittausjärjestelmä sisälsi 6 vapausasteen teollisuusrobotin, laser-etäisyysmittarin sekä työkappaleen CAD mallin. Työkappaleena käytettiin laivapotkurin grafiittimuottia. Mittausprosessi sisälsi neljä vaihetta: mittaustyökalun kalibrointi, työkappaleen paikannus, työkappaleen pinnan tarkistusmittaukset sekä mittausten analysointi. Mittausanturin ja työkappaleen paikka estimointiin Bayesian -tyyppisellä iteratiivisella estimointimenetelmällä, joka mahdollisti estimoitavien parametrien epävarmuuksien arvioinnin. Algortimit varmennettiin Monte Carlo -simulaatioilla. Työssä tutkittiin menetelmiä analysoida epävarmuuksia robottipohjaisessa mittausjärjestelmässä. Tutkimus sisälsi mittausjoukkojen ja niihin liittyvien epävarmuuksien huolellisen analysoinnin mittausjärjestelmän eri vaiheissa. Kahden yksinkertaisen estimointiesimerkin avulla havainnollistettiin estimaattorin käyttäytymistä kun mittausjoukon vaihtelevuutta ja kohinan määrää vaihdeltiin. Epävarmuusanalyysi toteutettiin tarkastelemalla virhekovarianssimatriisin ominaisarvoja. Lisäksi tarkasteltiin ehtoluvun sekä epävarmuusellipsoidin tilavuuden soveltuvuutta optimaalisen näytejoukon kriteeriksi. Algoritmeja testattiin todellisessa robottijärjestelmässä ja työkappaleen pinnalta mitatulla pisteelle saatiin [0.6008 0.8311 0.5455] mm epävarmuus tarkasteltaessa virhekovarianssimatriisin (x,y,z) ominaisarvoja ominaisvektroreiden suunnassa (ensimmäinen standardipoikkeama). Kolmannen standardipoikkeaman mittausarvon epävarmuus mittaussuunnassa z oli 1.64 mm. Saavutettu epävarmuuksien taso on riittävä työssä esitettyyn muotin tarkastusovellukseen. Epävarmuuden tasoa eri mittausvaiheissa voidaan pienentää suurentamalla mittausjoukon kokoa ja monipuolistamalla näytejoukkoa.

M3 - Report

SN - 951-42-6568-8

T3 - University of Oulu: Systems Engineering Laboratory. Report C

BT - Robotized surface inspection

PB - University of Oulu

CY - Oulu

ER -

Robotized surface inspection: Range data acquisition with estimation of spatial uncertainties

Abstract

Publication series

Fingerprint

Cite this