DER KONSTRUKTEUR 6/2019

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN

PRODUKTE UND ANWENDUNGEN TRENDS IN DER ROBOTIK Autor: Franz Forstner, Marketing Automatisierungstechnik, HEIDENHAIN, Traunreut Bilder: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 40 DER KONSTRUKTEUR 6/2019

BEARBEITUNGSAUFGABEN ÜBERNEHMEN Schnelligkeit, Kraft und Ausdauer sind die Hauptmerkmale von Industrierobotern. Zu ihren klassischen Aufgaben gehören damit das Schweißen oder das Heben schwerer Teile. Trotz fortschrittlicher Kalibriermethoden ist die Positioniergenauigkeit für bestimmte Aufgaben jedoch unzureichend. Das ändert sich aktuell, unter anderem dank hochgenauer abtriebsseitiger Messgeräte. Treiber dieser Entwicklung ist die Luft- und Raumfahrt industrie. Denn hier müssen sehr große Bauteile mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden. Werkzeugmaschinen würden die geforderten Genauigkeiten zwar spielend erreichen, sind aber entweder zu unflexibel, was Einsatzort und Bearbeitungsraum betrifft, oder als Sondermaschinen extrem teuer. Ein Roboter dagegen kann selbst an gewaltigen Teilen wie einem Flugzeugrumpf problemlos jede beliebige Stelle erreichen und dort Bohr- und Fräsbearbeitungen durchführen. GENAUIGKEIT OPTIMIEREN Um einen Roboter für Fräs- oder Bohrbearbeitungen einsetzen zu können, muss der Tool Center Point mit ausreichender Genauigkeit positioniert und geführt werden. Hier stoßen klassische Industrieroboter an ihre Grenzen, weil zu viele Faktoren für Abweichungen sorgen: die serielle Kinematik mit bis zu sechs Achsen, Servomotoren und Getriebe an jeder Achse, Krafteinwirkungen und dynamische Effekte während des Bearbeitungsprozesses. Daraus resultieren Nulllagenfehler, Umkehrspiel und Gelenkelastizitäten als Hauptverursacher von Ungenauigkeiten. Ihretwegen erreichen herkömmliche Gelenkarmroboter – je nach Ausführung, maximaler Reichweite und Traglast – in der Praxis nur eine absolute Positionsgenauigkeit von ±1 mm – unzureichend für die Genauigkeitsanforderungen in der Luftfahrtindustrie. MOTOREN HOCHDYNAMISCH UND SICHER REGELN Servomotoren an Roboterachsen erfordern eine hohe Regeldynamik. Für das Motorfeedback eignen sich robuste und sichere Drehgeber, wie die der Baureihen ECI 1100 und 1300 sowie die Multiturn-Drehgeber der Baureihen EQI 1100 und 1300 von Heidenhain. Sie bieten hohe Regelgüte, Systemgenauigkeit und Vibrationsbelastbarkeit. Diese induktiven Drehgeber unterstützen den Sicherheitsintegritätslevel SIL 2, Kategorie 3 PL d. Mit Zusatzmaßnahmen in der Steuerung erreichen sie SIL 3 bzw. Kategorie 4 PL e. Ein weiterer Vorteil ist der mechanische Fehlerausschluss gegen das Lösen der Wellen- und Statoranbindung. Mit diesem Sicherheitspaket können die induktiven Drehgeber auch in Systemen für die Mensch-Roboter-Kollaboration eingesetzt werden. POSITIONEN HOCHGENAU MESSEN Eine signifikante Verbesserung der absoluten Positionsgenauigkeit können Roboterhersteller durch zusätzliche, hochgenaue Winkelmessgeräte oder Drehgeber an jeder Roboterachse erreichen. Diese Secondary Encoders, jeweils montiert nach dem Getriebe, erfassen die tatsächliche Position jedes Robotergelenks und berücksichtigen Nulllagenfehler und Umkehrspiel. Außerdem messen sie die rückwirkenden Kräfte aus der Bearbeitung. Das führt in Summe zu einer Verbesserung der absoluten Positionsgenauigkeit am Tool Center Point um 70 bis 80 %. ROBOTER GENAU VERFAHREN Um bei extrem großen oder langen Bauteilen wie einem Flugzeugrumpf oder bei der Herstellung von großen Verbundfaser-Bauteilen alle Bearbeitungspositionen zu erreichen, können Roboter auf Linearachsen entlang der Bauteile verfahren werden. Die Positionsmessung mit einem Längenmessgerät kompensiert thermische Fehler und weitere Einflüsse der Vorschubmechanik, die eine herkömmliche Positionsermittlung anhand der Steigung des Kugelgewindetriebs und der Winkelposition des Motordrehgebers nicht erfassen kann. www.heidenhain.de DER KONSTRUKTEUR 6/2019 41