Intelligente Sensoren messen exakt die bei undefinierten Bearbeitungen auftretenden Kräfte und Drehmomente.

Intelligente Sensoren messen exakt die bei undefinierten Bearbeitungen auftretenden Kräfte und Drehmomente.Schunk

Ein Kraft-Momenten-Sensor für die industrielle Automation ist der FTNet von Schunk. Er misst in allen sechs Freiheitsgraden sowohl Kräfte als auch Momente. Direkt an der sechsten Achse steht mit ihm eine Schnittstelle zur Robotersteuerung zur Verfügung, was die Anbindung vereinfacht. Da der Sensor auch dynamische Regelungskonzepte ermöglicht, lassen sich mit ihm auch schwierige Montage-, Bearbeitungs- und Finish-Aufgaben automatisieren, die bisher nur von Hand oder von komplexen Sondermaschinen ausgeführt werden konnten. In industriellen Anwendungen sorgt er für prozessstabil gleichbleibende Kräfte und damit gleichbleibende Bearbeitungsbilder.

Der Sensor verfügt über eine Highspeed-Datenausgabe mit bis zu 7.000 Hz, fünf mögliche Kommunikationsprotokolle (Ethernet, Ethernet/IP, Devicenet, Profinet und CAN), Fernüberwachung via LAN sowie eine Konfiguration über Web-Interface. Die Signalausgabe erfolgt in Form von 16-Bit-Signalen. Die Auswertung ist über Ethernet, Profinet oder Devicenet möglich. Für die Auswertung über eine Analogerfassungs-Karte oder USB bietet das Unternehmen den leistungsgleichen Sensor FTD und für die Auswertung über RS232 oder Analog-Kanäle den Sensor FTS an. Über eine entsprechende Auswerteelektronik oder über die im Lieferumfang enthaltene Software lassen sich die Signale in Kräfte und Momente umwandeln. Eine Demo-Software bietet zudem eine grafische Ansicht der Sechs-Achsen-Messungen in Echtzeit. In die übergeordnete Anlage einbinden lässt sich der Sensor mithilfe der Systemsoftware-Lösungen, wie Labview oder C++, oder mithilfe individueller Softwarelösungen, wie sie Roboterhersteller anbieten.

Der FTNet verfügt über eine Kabelbrucherkennung und einen Überlastschutz. Das System besteht aus dem Sensor, einem geschirmten, robotertauglichen Devicenet-Kabel und einer Net-Box mit Ethernet und Devicenet/CAN-Schnittstelle. Die insgesamt 14 Baugrößen des Sensors decken Lastbereiche zwischen 12 und 40.000 N ab. Mit einer Wiederholgenauigkeit

Mit einer Wiederholgenauigkeit von <1 % ist der Kraft-Momenten-Sensor laut Hersteller der derzeit genaueste am Markt.

Mit einer Wiederholgenauigkeit von <1 % ist der Kraft-Momenten-Sensor laut Hersteller der derzeit genaueste am Markt.Schunk

Noch anspruchsvoller arbeiten taktile Sensoren. Mit ihnen lässt sich ortsaufgelöst sowohl die Greifkraft als auch die Greiffläche abfragen. So ist es möglich, Objekte zu identifizieren, um sie zugleich feinfühlig zu greifen. Fragile Teile mit unterschiedlichen Geometrien lassen sich mithilfe taktiler Sensoren zuverlässig und sicher handhaben. Zudem ist es möglich, wechselnde Objekte zu positionieren und beispielsweise anschließend zu fügen.  Insbesondere in der Servicerobotik werden taktile Sensoren aufgrund ihrer Vielseitigkeit künftig eine immer größere Rolle spielen. Sie machen Greifhände zu sensiblen Helfern, die sich auch in komplexen und ungeordneten Umgebungen wirkungsvoll einsetzen lassen.

Ohne Sensor Schleifen, Polieren und Entgraten

Mit bis zu 65.000 min-1 arbeitet die Entgratspindel FDB.

Mit bis zu 65.000 min-1 arbeitet die Entgratspindel FDB. Schunk

Speziell für undefinierte Bearbeitungsverfahren, wie das Schleifen, Polieren, Bürsten und Entgraten, gibt es prozessstabil einsetzbares Roboterzubehör, das auch ohne Sensorik auskommt. Mit ihm werden Werkzeugabnutzungen und Ungenauigkeiten in der Positionierung des Werkstücks ebenso ausgeglichen wie Abweichungen des Roboterarms von der vorgegebenen Bahn. Das verbessert die Qualität der Bearbeitungsergebnisse, erhöht die Standzeit der eingesetzten Werkzeuge und kann die Programmierzeit um bis zu 75 % verringern. So ahmen Entgratspindeln, wie die Hochfrequenzspindel FDB, das manuelle Entgraten so exakt wie möglich nach. Sie arbeiten mit Drehzahlen bis 65.000 min-1. Das Spindel- und Motorsystem ist auf einem Pendellager nachgiebig gelagert. Mehrere kleine Pneumatikkolben ermöglichen, dass die Spindeln radial oder axial um bis zu 9 mm nachgeben. Auf diese Weise kann sich der Druckluftmotor relativ zum Gehäuse bewegen und Abweichungen zwischen Werkzeugbahn und tatsächlicher Werkstückkontur ausgleichen. Auch bei unregelmäßigen Teilen lässt sich auf diese Weise ein gleichmäßiges Ergebnis erzielen. Die Steifigkeit der Entgratspindeln lässt sich über einen separaten Luftanschluss regeln, sodass in jeder Einbaulage saubere Entgratkanten entstehen.

Damit es beim Fügen, Montieren oder Einlegen per Roboter nicht hart auf hart kommt, sorgen Ausgleichseinheiten für die nötige Nachgiebigkeit zwischen Effektor und Roboterarm. Mit ihnen lassen sich Anlagenstörungen und -schäden vermeiden und die Prozesssicherheit erhöhen. Nachgiebigkeiten in zwei Richtungen werden über Federn mit Stell-schrauben, in drei Richtungen über Elastomer-Elemente definiert. Da die Einheiten ohne Pneumatikelemente auskommen, sind sie flach und eignen sich insbesondere für Einsätze in beengten Bauräumen. Mithilfe leichtgängiger Rollenführungen lassen sich auch kleine Ausgleichskräfte ohne Stick-Slip-Effekte kompensieren. Feder-betätigte Rückstellkolben ermöglichen eine hohe Wiederholgenauigkeit.

Automatisierter Werkzeugwechsel

Greiferwechsel innerhalb weniger Sekunden – Schnellwechselsysteme bringen Flexibilität in Fertigung, Handhabung und Montage.

Greiferwechsel innerhalb weniger Sekunden – Schnellwechselsysteme bringen Flexibilität in Fertigung, Handhabung und Montage.Schunk

Auch beim Wechsel von Greifern, Werkzeugen und anderen Effektoren kann das passende Roboterzubehör manuelle Tätigkeiten verringern oder auch komplett ersetzen. Während ein geübter Bediener fürs händische Umrüsten eines pneumatischen Effektors zwischen 10 und 30 min benötigt, kann ein Schnellwechselsystem den gleichen Vorgang auf wenige Sekunden reduzieren, wobei das reine Ver- und Entriegeln nur Millisekunden benötigt. Die rasanten Wechselsysteme machen überall dort Sinn, wo Anlagen regelmäßig an neue Produkte oder Produktvarianten angepasst werden müssen, wo für das Handling oder die Bearbeitung unterschiedliche Effektoren nötig sind oder wo Ausfallzeiten durch die Wartung von Komponenten und Werkzeugen verringert werden sollen.

In der Regel bestehen sie aus zwei Teilen: Einem Schnellwechselkopf, der am Roboterarm montiert ist, und einem Schnellwechseladapter, der mit dem Werkzeug verbunden ist. Beim Werkzeugwechsel werden beide Teile automatisch oder manuell miteinander gekoppelt und zugleich sämtliche elektrische, pneumatische und hydraulische Durchleitungen miteinander verbunden. Im Idealfall geschieht dies pneumatisch über ein selbsthaltendes Verriegelungssystem und wird von integrierten Sensoren überwacht. Weil über das Schnellwechselsystem die Ausrichtung des Effektors bereits definiert ist, geht keine Zeit für dessen Neujustierung verloren.

Bei der Wahl eines Schnellwechselsystems sollten Anwender und Systemintegratoren auf kompakte Abmessungen, ein möglichst geringes Eigenmasse-Kraft-Verhältnis, kurze Wechselzeiten und exakt dimensionierte Energieübertragungsmodule achten. Besonders wirtschaftlich sind modulare Systeme, bei denen sich je nach Bedarf unterschiedliche Elektronik- und Fluidmodule miteinander kombinieren lassen. Ideal ist es, wenn die Ver- und Entriegelung kräftefrei über ein sogenanntes No-Touch-Locking-System erfolgt, das auch dann sicher verriegelt, wenn zwischen Kopf und Adapter ein Abstand von einigen Millimetern liegt. Schwerlast-Wechselsysteme eignen sich für die Handhabung schwerer Werkstücke sowie für die Arbeit mit gewichtigen Greifern, Saugspinnen, hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch angetriebenen Bearbeitungsspindeln, Nietapplikationen, Schweißzangen oder Bolzenschweiß-Applikationen mit automatischer Materialzufuhr. Zudem lassen sie sich in der Automobilindustrie zur Montage oder zur Pressenverknüpfung einsetzen. Aufgrund ihrer hohen Belastbarkeit können sie auch für den Aufbau flexibler Fertigungslinien genutzt werden, in denen leichte und schwere Werkstücke im Wechsel bearbeitet werden.

Mit drei Verriegelungssystemen kann das SWS-1210 eine Zuladung von bis zu 1.350 kg aufnehmen.

Mit drei Verriegelungssystemen kann das SWS-1210 eine Zuladung von bis zu 1.350 kg aufnehmen.Schunk

Besonders variabel sind Schnellwechselsysteme, die an allen vier Außenflächen über einen einheitlichen Anschraubflansch verfügen. Sie bieten viel Platz für Module und Durchführungen, die den angekoppelten Effektor pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch versorgen. Mit Ausnahme des Signalmoduls, über das das Schnellwechselsystem ge- und entkoppelt wird, können die verbleibenden drei Seiten beliebig bestückt werden. Der Handling-Spezialist bietet innerhalb seines Roboterzubehörs unter anderem High-Power-Module mit drei Kontakten à 200 A, selbstdichtende Fluidmodule mit achtmal G-3/8″-Gewinde, Busübertragungsmodule sowie Servomodule zur Positionierung von Schweißzangen an. Alle lassen sich bei Bedarf kundenspezifisch anpassen. Das Spektrum elektrischer Module zur Ansteuerung von Aktoren und Sensoren umfasst unter anderem Module für Profibus, CAN, RS232 und Ethernet. Für den Einsatz in rauer Umgebung sind die Schnellwechselsysteme robust gebaut und unempfindlich gegenüber Schmutz und hohen Temperaturen. Zudem umfasst das Modulprogramm auch Komponenten zur Konstruktion von Ablagebahnhöfen, inklusive nachgiebiger Ablageplatten, Staubabdeckungen und Lederschürzen. Das zahlt sich insbesondere bei Schweißanwendungen aus, bei denen sich ansonsten Schmutz oder Schweißstaub auf den Verriegelungsflächen und Elektroanschlüssen der geparkten Effektoren ablagern könnten. Über die Ventilsteuerung werden die Schnellwechselsysteme pneumatisch ins System integriert. Über induktive Näherungsschalter lassen sich der Verriegelungszustand und die Werkzeuganwesenheit abfragen.