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Induktive Drehgeber zum genauen positionieren

Roboter mit Feingefühl

Körper passgenau in eine entsprechend geformte Halterung einsetzen ist für Menschen eine leichte Aufgabe. Robotern das dafür nötige Feingefühl beizubringen, ist hingegen ein sehr anspruchsvolles Vorhaben. Dieser Herausforderung stellte sich der Schleifmaschinenbauer Strausak gemeinsam mit dem Roboteranbieter Stäubli und dem Drehgeber-Hersteller Heidenhain.

Roboter mit Feingefühl: Um auf der dicht bestückten Palette - hier für 150 Werkzeuge mit Durchmesser 10 mm - ein Werkzeug zu greifen, muss der Roboterarm ganz genau geführt werden. (Bild: Dr. Johannes Heidenhain GmbH)

Um auf der dicht bestückten Palette – hier für 150 Werkzeuge mit Durchmesser 10 mm – ein Werkzeug zu greifen, muss der Roboterarm ganz genau geführt werden.
Bild: Dr. Johannes Heidenhain GmbH

Gegenstände von A nach B und wieder zurück zu legen, scheint auf den ersten Blick keine große Kunst zu sein. Wären da nicht die Passgenauigkeitsanforderungen der Werkzeugaufnahmen und die enge Bestückung der Werkzeugpaletten. Die anspruchsvollen Schleifvorgänge, die auf U-Grind-Maschinen von Strausak laufen, dauern in der Regel recht lange. Das Werkzeugmaterial Hartmetall und die komplexen Geometrien führen dazu, dass das Schleifen einer Kleinserie von fünf Spezialwerkzeugen einige Stunden in Anspruch nehmen kann. Eine Automatisierungslösung mit dem Bestückungsroboter macht dann eine mannlose Schicht möglich.

Die Suche nach dem richtigen Roboter

Die Aufgabe des Roboterarms in der Schleifmaschine besteht darin, ein nachzuschleifendes Werkzeug oder einen zu schleifenden Rohling aus einer Palette zu entnehmen und in die Werkzeugaufnahme der Schleifvorrichtung zu stecken. Nach dem Schleifen läuft dieser Vorgang natürlich auch wieder in umgekehrter Reihenfolge ab: Der Roboter entnimmt das geschliffene Werkzeug aus der Aufnahme und stellt es wieder in einer Palette in der vorgesehenen Aufnahmebohrung ab. Bei der Suche nach dem geeigneten Roboter entschieden sich die Strausak-Ingenieure für ein Modell des Roboterherstellers Stäubli. Ausschlaggebend waren zwei Faktoren: zum einen die erreichbare Genauigkeit des Roboterarms, zum anderen das Serviceangebot rund um die Einrichtung der Roboterlösung. Dennoch lauerte die Tücke im Detail. Während herkömmliche Spannzangen noch automatisierungsfreundliche Toleranzen haben, sind die häufig verwendeten Hydrodehn-Spannfutter eine echte Herausforderung für den Roboter, da sie nur eine geringe Durchmessertoleranz bieten. Auch die Entnahme des Werkzeugs auf der eng bestückten Palette, die Bewegung hin zur Werkzeugaufnahme und das Einstecken des Werkzeugs in die Aufnahme ist für ihn eine hochkomplexe Präzisionsbewegung. Alle sechs Achsen müssen interpoliert werden, um die geraden Einsteck- und Absetzbewegungen auszuführen.

Roboter mit Feingefühl: Der Stäubli-Roboterarm automatisiert die Bestückung der Werkzeugaufnahme in der Strausak-Schleifmaschine. (Bild: Dr. Johannes Heidenhain GmbH)

Bild: Dr. Johannes Heidenhain GmbH

Drehgeber schaffen die Genauigkeitsanforderungen

Stäubli setzt im Roboter für die Maschine an den Achsantrieben induktive Heidenhain-Drehgeber vom Typ EQI 1100 mit einer Auflösung von 18Bit ein. In jeder Achse sitzt ein Drehgeber. Sie liefern Positionsdaten mit der notwendigen Genauigkeit, um den Greifer an der Spitze des Roboterarms so zu führen, dass er das Werkzeug sicher aus der engbestückten Palette entnimmt, passgenau in die Werkzeugaufnahme einsteckt und nach der Bearbeitung auch wieder zurück in die Palette setzt. Dafür muss der Roboter an der Spitze seines Greifers eine Positioniergenauigkeit von 50µm erreichen. Die absoluten Positionsdaten sind dabei ein wesentliches Erfolgskriterium. Die Maschinensteuerung, über die nicht nur der Schleifvorgang, sondern auch der Roboter gesteuert wird, kennt dadurch die genaue Lage des Roboterarms im Maschinenraum. Ein Referenzieren des Roboters ist weitestgehend überflüssig, Kollisionen aufgrund einer noch nicht ermittelten Position können vermieden werden.

Platzsparende Lösung dank kompakter Messgeräte

Aufgrund des induktiven Messprinzips bauen die Drehgeber sehr kompakt, was sie für die beengten Platzverhältnisse im Roboterarm prädestiniert. Der Roboterarm ist in seiner Ruheposition kaum sichtbar, so versteckt schmiegt er sich in eine Ecke des Maschinenraums. Dennoch gibt es Weiterentwicklungsmöglichkeiten: Derzeit wird daran gearbeitet, dass der Roboter nachfassen und nachschieben kann, wenn er sehr lange Werkzeuge in die Werkzeugaufnahmen einsetzt. Auch ein Wechsel der Aufnahmen steht auf der Agenda. So könnten dann Werkzeuge mit unterschiedlichen Schaftdurchmessern ohne zwischenzeitliches manuelles Einrichten der Werkzeugaufnahme bearbeitet werden.

Roboter mit Feingefühl: In jeder Achse des Roboterarms ermitteln induktive Heidenhain-Drehgeber vom Typ EQI 1100 die aktuelle Position. (Bild: Dr. Johannes Heidenhain GmbH)

In jeder Achse des Roboterarms ermitteln induktive Heidenhain-Drehgeber vom Typ EQI 1100 die aktuelle Position.
Bild: Dr. Johannes Heidenhain GmbH


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