Messung von Kräften und Ereignissen an Handlingrobotern

Aufgabe

Handlingroboter werden gerne überall dort eingesetzt, wo Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zählen, menschliche, repetitive Tätigkeiten vermieden werden sollen, Gefahrenstoffe vorhanden sind, hohe Lasten zu bewegen sind und/oder Tätigkeiten in verschmutzter Umgebung auszuführen sind. Oftmals reicht die einfache Messung der Motorenströme für eine schnelle und sensitive Messung von Lasten und Kollisionen nicht aus. Hier eröffnen die Kraftsensoren der iST/Senstech dank ihrer hohen Auflösung und kurzen Ansprechzeiten dem Maschinenbauer vollkommen neue Möglichkeiten.

In hoch automatisierten Anlagen, wie Palettiersystemen, Kommissionieranlagen, Zuführung von Werkstücken in Verarbeitungsanlagen oder Handling von schweren Bauteilen werden oft und gerne mehrachsige Roboter eingesetzt. Sie arbeiten schnell, präzise und zuverlässig in allen möglichen industriellen Handlinganwendungen.

Herausforderung

Ein Kardinalproblem ist dabei die dosierte und gezielte Anwendung der zur Verfügung stehenden Motorenkräfte an jeder Achse. Da oftmals zwischen Antrieb und Arm noch ein Getriebe verbaut ist, reicht die Messung des Motorenstroms in der Praxis meistens nicht aus. Der Motorenstrom ist zwar an und für sich eine einigermassen zuverlässige Grösse für die aufzubringende Kraft am Arm, hat jedoch einige entscheidende Nachteile. Dies sind im Wesentlichen: Die geringe Auflösung, Temperaturabhängigkeit und ungenügende Ansprechzeit auf Ereignisse. Hier schaffen klug eingebaute Kraftsensoren zuverlässige Lösungen und „Feinfühligkeit“ an Robotern und Handlingmaschinen aller Art.

Fast immer ist eines der drei hier angeführten Ereignisse zu messen:

• Detektion des Werkstücks
• Handlingkraft
• Kollisionskraft

Detektion des Werkstücks

Werkstücke mit anspruchsvollen Konturen, wie z.B. Bleche im Automobilbau, müssen oft an vorgegebenen Koordinaten durch den Roboter gegriffen werden. Dies erfordert eine einigermassen genaue Kraft-/Wegmessung, wobei die Weginformation durch den Antrieb selbst zur Verfügung gestellt wird. Die Kraftmessung soll mit einem mehrdimensionalen, sensitiven Kraftaufnehmer, der kleinste Kräfte schon bei der blossen Berührung erkennt erfolgen. Aus dem Kraft-/Wegdiagramm kann dann die Steuerung zuverlässig entscheiden, ob das Werkstück korrekt erfasst wurde und ob der Prozess weiterlaufen kann.

Handlingkraft

Ist ein Werkstück nun korrekt durch den mechanischen oder pneumatischen Greifer erfasst worden, so sollen während des eigentlichen Handlings die Gewichtskräfte, Beschleunigungs- und/oder Handlingkräfte direkt und zuverlässig gemessen werden. Diese Werte dienen einerseits der Prozessverifikation aber auch der Qualitätssicherung, da allfällige, sich langsam auf- oder abbauende Kraftwerte auf qualitätsrelevante Driften an der Anlage oder im Produkt hinweisen können. Weiter stellt die Messung der Handlingkraft auch sicher, dass das Werkstück während des gesamten Prozessschrittes noch präsent ist und nicht verloren ging.

Kollisionskraft

Gerade bei komplexen Anlagen, die aus wirtschaftlichen Gründen auf hohen Durchsatz ausgelegt sind, kann auch einmal ein Werkstück an einem unerwarteten Ort zu liegen kommen. Oder die Wegmessung des Roboters liefert ein falsches Wegsignal, was zu einer Fehlorientierung der Achsen im Raum führt. In der Folge wird der Roboter den Greifer an einem dafür nicht vorgesehenen Ort positionieren. Im günstigsten Fall kann er dann kein Werkstück detektieren und eine Alarmmeldung ausgeben. Im weniger günstigen Fall, der aber auch abgesichert werden muss, führt dies zu einer Kollision mit anderen Werkstücken oder Anlagenteilen. Eine sensitive Kraftmessung mit sehr kurzer Ansprechzeit soll nun der Steuerung eine Notabschaltung bei reiner Berührung ermöglichen, ohne dass es Anlagen-, Werkstück- oder Roboterseitig zu Schäden kommt.

Lösung

Benefits

• Hohe Prozesssicherheit und Feinfühligkeit
  Mehrdimensionale Kraftmessung mit hoher Auflösung und schnellen Ansprechzeiten ermöglicht eine präzise Erkennung von Werkstücken, Handling- und Kollisionskräften.
• Hohe Anlagenverfügbarkeit und Betriebssicherheit
  Robuste Sensorik mit hoher Überlastfestigkeit und sicherer Integration schützt Roboter, Werkstücke und Anlagen zuverlässig vor Schäden.
• Breites Anwendungsspektrum
  Abdeckung eines außergewöhnlich großen Kraft- und Dehnungsbereichs erlaubt den Einsatz in unterschiedlichsten Robotik- und Handlingapplikationen.
• Optimale Lösung für jeden Bauraum
  Dünnfilm- und Metallfolien-DMS-Technologien ermöglichen die optimale Anpassung an Bauraum, Kraftniveau und Applikationsanforderung.
• Langzeitstabile, industrielle Messtechnik
  Sehr gute Linearität, hohe Auflösung und Langzeitstabilität gewährleisten reproduzierbare Messwerte über den gesamten Lebenszyklus.
• Erweiterte Produkt- und Qualitätssicherung
  Durch die Kombination der Kraftmessung mit weiteren Prozessparametern eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Prozessüberwachung und Qualitätssicherung.