|
Giriş
Sanayide 3 boyutlu uzayda otomatik konumlama yapılarak bir işlevin yerine getirilmesi çok yaygındır.
Bunlara örnek olarak 3 boyutta CNC freze tezgahları (Metal ve ağaç işleme sanayisinde), CNC torna
tezgahları, 2 boyutta ise CNC oksijen-propan, plazma veya lazer kesim tezgahları, ağaç işleme
sanayisinde kullanılan rutırlar, CNC planya tezgahları gibi ayrıca özel amaçlar için üretilmiş gantry toz
altı kaynak tezgahları vardır. Klasik seri robotlara göre kartezyen robotların kullanımı Türkiye’de çok
daha fazladır. Bu projenin amacı genelde ithal edilen 3 eksende çalışan CNC tezgâhlarının düşük
maliyetlerle Türkiye’de üretimini sağlayabilmekti. Ön görülen bütçe dâhilinde 4 eksenli endüstriyel
kartezyen robotu (Gantry) imalatı, sürülmesi, kontrolü sağlanmış ve kullanıcı-makine iletişimini
sağlayan arayüz yazılımı hazırlanmıştır. Tasarlanan robotun otomasyon laboratuarında eğitim vermek
üzere kullanılabilmesi için termal kesmeyi sağlayacak sistem monte edilmemiştir.
Proje kapsamında elde edilen robot üzerinde çeşitli araştırma projeleri ve tez çalışmaları yapılmıştır.
Bunun için bir adet endüstriyel kamera vasıtasıyla görüntü işleme teknikleri kullanılarak robotun akıllı
hale getirilmesi için alt projeler yapılmıştır. Bunlardan 2 tanesi görüntü işleme ile bilardo oynatma ve
bulmaca çözme projeleridir.
Projede ilk aşamada imalat endüstrisinde yaygın olarak kullanılan iki boyutlu kesme makinalarına
kamera desteği ile parçaları görme ve CAD-CAM tasarım-imalat ortamına ölçekli olarak aktarabilme
özelliği kazandırılması hedeflenmiştir. İmalata yönelik CAM uygulamalarında, işlenmemiş, ham
haldeki ana parçanın, boyutları ve konumunun üretimi gerçekleştirecek olan makinaya hassas bir
şekilde tanıtılması gerekir. Daha sonra ana parçadan imal edilecek olan parçalar CAM uygulamasında
tasarlanır. Bilgisayar ortamında işleme hareketlerinin görsel olarak benzetiminden sonra kontrol
ünitesine yüklenen hareket komutları makinada otomatik olarak işlenir.
Projenin uygulama aşamalarında ilk olarak, doğrusal eksenler, servo motorlar, servo sürücüler ve
hareket kartından oluşan kartezyen robotun kurulması ve elektrik bağlantılarının yapılması yer almıştır.
Daha sonra, robotun çalışma alanından ana parçanın iki boyutlu görüntüsünü almak üzere kameranın
yerleştirilmesi ve kameradan alınan görüntünün vektör resmine dönüştürülmesi aşaması yer alır.
Kameradan elde edilen ham haldeki resimden, Canny [3] kenar bulma algoritması kullanılarak, tezgah
üzerindeki parçaların kenar resminin elde edilmesinden sonra, geliştirilen kenar resmi pikselleri
üzerinde gradient – iki boyutlu türev eğimi izleme metodu ile tezgah üzerindeki parçaların vektör resmi
elde edilir. Vektör resmi eldesi öncesinde Stagg[6] tarafından kullanılmış olan bazı kenar resminden
gürültü eleme filtreleri kenar resmine uygulanmış, vektörlerin başlangıç ve bitiş noktalarındaki piksel
çakışmalarının ve kaymalarının engellenmesi için Parker[8] tarafından geliştirilen vektorizasyon
algoritmasının bazı noktalarından yararlanılmıştır. Ayrıca Susan[7] kenar bulma algoritmasında
kullanılan inceltme/thinning metodlarındaki fikirlerden istifade ile, elde edilen vektör resimlerindeki
bazı parazitlerin giderilmesi temin edilmiştir.
Ana parçanın vektör resmi elde edildikten sonra, bu vektör resmi, kullanıcaya tasarım ve imalat
arayüzü sağlayan CAD-CAM windows uygulamasına aktarılır. Uygulama programı, ana parçanın CAD
vektör resmi üzerinde kullanıcının imal edilecek parçaları çizmesini ve kullanıcı tarafından çizilen
parçaların, kartezyen robota hareket komutları halinde göndererek imal edilmesini sağlar. Uygulama
programı, CAD ortamında parçaların tasarımı için kullanılan çizgi, yay parçası, çember ve benzeri
CAD nesnelerini, tasarım ekranından tarayıp, kartezten robota hareket komutları şeklinde aktarır.
Projede gerçekleştirilen aşamalar şu şekilde özetlenebilir:
• XYZ kartezyen robot ve servo motorların kurulması
• Servo sürücüler ve motor bağlantılarının yapılması
• Hareket kartı ve servo sürücü haberleşmelerinin temin edilmesi
• Görüntü işleme, kenar bulma, vektorizasyon algoritmalarının geliştirilmesi
• Elde edilen vektör resminin CAD-CAM tasarım-imalat ortamına aktarılması
• Geliştirilen iki boyutlu CAD-CAM arayüzü ile kullanıcıya parça programlama imkanı sağlanması
• Kullanıcı tarafından ana parça üzerinde çizilen iki boyutlu parçaların tasarım ortamından XYZ kartezyen robota gönderilmesi
Yörünge Planlama
Hareket kartı ile gelen MCFL isimli fonksiyon kütüphanesi, doğrusal ve dairesel enterpolasyonları
sağlar. Hareket fonksiyonları çağrılmadan önce kullanıcı, harekete ait tanımlama bilgilerini
sağlamalıdır. Bu parametreler ivmelenme tipi (S veya Trapezoid), ivmelenme zamanları ve hareketin
hızı ve hareketle ilgili diğer koordinat bilgileridir. Hareket komutu karta gönderilmeden önce,
EP_MOTION_CONFIG yapısı kullanılarak harekete ait parametreler belirlenir. Hareketin ivmelenme
tipi (T/S), ivmelenme zamanları ve hareketin hızı, hareket konfigürasyon parametrelerini teşkil eder.
SONUÇ
Bu çalışmada, iki boyutlu kartezyen kesme sistemlerine kamera desteği ile işlenecek ham parçaları
tasarım ortamına aktarma ve işlenmemiş parça üzerinde parça programlama amacı gerçekleştirilmiştir.
Bu tip sistemlerin kurulmasında, ana parçadan elde edilecek vektör resminin kenar ve köşelerde gerekli
incelik ve doğruluğu sağlaması için ön şart, kamera ve lens sisteminin, tezgah üzerindeki görüntüyü
hatasız bir şekilde bilgisayar ortamına aktarabilmesidir. Kamera ve lens hatalarından
kaynaklanabilecek bozulmaların en aza indirilmesi için, görüntünün mümkün olduğu kadar yakın
mesafeden alınması, resimdeki doğrusal olmama hatalarını giderebilecek seviyede, robot görme amaçlı
üretilmiş endüstriyel kalitede lenslerin kullanılması gereklidir. Görüntü alınacak bölgenin
ışıklandırılması ve gölgelerin en aza indirilmesi de önemli bir fiziki etkendir. Görüntünün bilgisayar
ortamına aktarılması sonrasında, Gauss ve benzeri gürültü eleme filtrelerinin kullanılması, kenar ve
köşelerin yumuşatılmasını ve yerlerinin kaymasını netice vereceğinden, bu tip yumuşatma filtreleri, o
anki hassasiyet gereksinimine göre opsiyon olarak bırakılmalıdır. Yumuşatma filtrelerinin devre dışı
bırakılması durumunda elde edilecek kenar resmi oldukça parazitli olacağından, siyah-beyaz resim
kalitesi ve zıtlığı, gerekli ışıklandırma şartları sağlanarak çok iyi seviyede elde edilmelidir.
Mekanik sistemin kurulması aşamasında kullanılacak olan doğrusal eksen, servo motorlar, servo
sürücüler ve hareket kartının açık mimari yapıda olması, endüstriyel standartları sağlaması ve darbe tipi
olarak mümkün olan tüm formatları (pulse/direction, CW/CCW, A/B/Phase) desteklemesi, istenilen
eksenlerde çizgi, yay parçası, daire, elips enterpolasyonlarını sağlaması, gerekli sayıda yardımcı
eksenleri desteklemesi, tezgahın mekanik yapısı ile uyumlu uç sensörleri desteklemesi ve mekanik
aksamla ilgili güç gereksinimi şartlarını sağlaması gereklidir. Bu şartları sağlayan kontrol kartları ile 3
eksendeki robot uygulamalarını endüstriyel PC ler üzerinden çok düşük maliyetlerle rahatlıkla kontrol
edebilmek mümkündür.
Projenin adı: Termal Kesme İşlemleri için Üç Eksenli Kartezyen Robot Tasarımı
Projenin Sahipleri: Cüneyt OYSU, Zafer BİNGÜL, H.Metin ERTUNÇ, Cengiz BALTA, Sermin KILIVAN, Bülent KAYA
Üniversite: Kocaeli Üniversitesi Mekatronik Mühendisliği
Son Eklenenler
Diğer Haberler |
