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DER KONSTRUKTEUR 5/2018

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DER KONSTRUKTEUR 5/2018

ROBOTIK

ROBOTIK POSITIONIERGENAUIGKEIT SIGNIFIKANT STEIGERN Aktuell erweitert sich das Einsatzgebiet von Industrierobotern. Zu klassischen Anwendungen wie Schweißen oder Heben schwerer Lasten gesellen sich Aufgaben, die eine hohe Positioniergenauigkeit am Tool Center Point des Roboterarms erfordern. Voraussetzung hierfür sind hochgenaue abtriebsseitige Messgeräte. SPECIAL Vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen sehr große Bauteile mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Ein Roboter ist dafür die ideale Lösung. Denn er kann selbst an gewaltigen Teilen wie einem Flugzeugrumpf problemlos jede beliebige Stelle erreichen und dort z. B. Bohrungen setzen und Fräsbearbeitungen durchführen. Werkzeugmaschinen würden zwar die geforderten Genauigkeiten spielend erreichen, sind aber zu unflexibel oder als Sondermaschinen extrem teuer. FAKTOREN FÜR GENAUIGKEIT Damit ein Roboter genau genug für solche Anwendungen ist, muss der Tool Center Point, also das Werkzeug am Ende des Roboterarms, ausreichend genau positioniert und geführt werden. Beim klassischen Industrieroboter sorgen dabei allerdings viele Faktoren für Abweichungen. Die gewünschte Beweglichkeit erreichen nur Roboter mit serieller Kinematik, z. B. Gelenkarmroboter mit sechs Achsen. Für den Antrieb jeder dieser Achsen sind ein Servomotor und ein Getriebe erforderlich, sodass Nulllagenfehler, Umkehrspiel und Gelenkelastizitäten Ungenauigkeiten verursachen. Krafteinwirkung und dynamische Effekte gehen zu Lasten der absoluten Positionsgenauigkeit. Sie wirken während des Bearbeitungsprozesses auf die Steifigkeit der Robotermechanik. Fortschrittliche Kalibriermethoden erlauben bereits das mehrfache Anfahren des Tool Center Points auf eine bestimmte Position mit einer Genauigkeit von wenigen Hundertstel Millimetern. Die Wiederholgenauigkeit von Gelenkarmrobotern liegt – je nach Hersteller – gemäß ISO 9283 bei ± 0,1 mm und besser. Die erreichbare Absolutgenauigkeit innerhalb des Roboterkoordinatensystems ist der Wiederholgenauigkeit gegenüber allerdings um Faktor 10 schlechter. Gelenkarmroboter erreichen heute in der Praxis – je nach Ausführung, maximaler Reichweite und Traglast – eine absolute Positionsgenauigkeit von ± 1 mm. Für Anforderungen, wie sie die Luftfahrtindustrie stellt, ist dies aber unzureichend. MOTORREGELUNG UND POSITIONSMESSUNG Eine signifikante Verbesserung der absoluten Positionsgenauigkeit erreichen die Roboterhersteller durch den Einsatz zusätzlicher, hochgenauer Winkelmessgeräte oder Drehgeber an jeder Roboterachse, den sogenannten Secondary Encoders. Klassische Drehgeber übernehmen weiterhin das Motorfeedback der Servomotoren an den Achsen der Roboter. 40 DER KONSTRUKTEUR 5/2018

ROBOTIK 01 Drehgeber für das Motor-Feedback 02 Längenmessgeräte auch für große Verfahrwege Die Secondary Encoders, jeweils montiert nach dem Getriebe, erfassen die tatsächliche Position jedes Robotergelenks. So berücksichtigen sie auf jeden Fall den Nulllagenfehler und das Umkehrspiel. Außerdem messen sie an jeder Achse des Roboterarms die rückwirkenden Kräfte aus der Bearbeitung. Das führt in Summe zu einer Verbesserung der absoluten Positionsgenauigkeit am Tool Center Point um 70 bis 80 % . Für diese Anwendungen eignen sich modulare Winkelmessgeräte wie das Heidenhain ECA 4000 mit optischer Abtastung, der Drehgeber Heidenhain ECI 4000 mit induktiver Abtastung oder das Winkelmesssystem Amo WMR. Durch ihren modularen Aufbau mit Teilungstrommel bzw. Teilungsband und separater Abtasteinheit eignen sie sich für große Wellendurchmesser ebenso wie für schwierige Einbausituationen, wie sie in Robotern aufgrund der beengten Platzverhältnisse anzutreffen sind. Ihre Signalgüte ist deutlich besser als bei den Drehgebern am Servomotor, sodass sie wesentlich genauere Positionswerte liefern – auch bei hochdynamischen Bewegungen. Da die Servomotoren eine hohe Regeldynamik erfordern, eignen sich robuste induktive Drehgeber wie die Baureihen ECI 1100 und 1300 oder Multiturn-Drehgeber der Baureihen EQI 1100 und 1300 von Heidenhain als Motor-Feedback. Sie bieten eine hohe Regelgüte und Systemgenauigkeit. Außerdem sind sie besonders stark mit Vibrationen belastbar. Da die Drehgeber über die rein serielle EnDat-Schnittstelle verfügen, können auch stark elektromagnetisch belastete Einsatzbereiche die Qualität und Sicherheit der Datenübertragung nicht beeinträchtigen. Diese induktiven Drehgeber unterstützen den Sicherheitsintegritätslevel SIL 2, Kategorie 3 PL d. Mit Zusatzmaßnahmen in der Steuerung erreichen sie sogar SIL 3 bzw. Kategorie 4 PL e. 01 02 MRK GREIFER SERIE HRC-01 Greifer von den MRK Experten + Einer der ersten Greifer für die Mensch-Roboter-Kollarboration + Nach BG/ DGUV - Empfehlungen konstruiert + Safety Torque off on Board (STO) + Erfüllt alle Schutzprinzipien nach ISO/ TS 15066 + 360° Statusanzeige durch integriertes LED-Band THE KNOW-HOW FACTORY Besuchen Sie uns auf der Automatica Halle A5, Stand 103 www.zimmer-group.de

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