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Zerspanung/Robotik

Ausgleichsaktorik für Roboter erhöht Genauigkeit beim Fräsen

| Autor/ Redakteur: Ulrich Schneider und Manuel Drust / Rüdiger Kroh

Der Einsatz von Robotern in spanenden Prozessen war bislang immer durch die schlechte Genauigkeit unter Prozessbedingungen eingeschränkt. Mit Kompensationen unter Echtzeitbedingungen lässt sich nun eine Genauigkeit von unter 100 µm erreichen. Damit wird die Tür für neue Anwendungen aufgestoßen.

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Bild 1: Ein geschlossener Regelkreis zwischen Onlinemessung und Ausgleichsaktorik ermöglicht Korrekturen mit einer Taktfrequenz von 440 Hz – diese rasche Reaktion lässt eine deutliche Steigerung der Genauigkeit zu.
Bild 1: Ein geschlossener Regelkreis zwischen Onlinemessung und Ausgleichsaktorik ermöglicht Korrekturen mit einer Taktfrequenz von 440 Hz – diese rasche Reaktion lässt eine deutliche Steigerung der Genauigkeit zu.
( Bild: Fraunhofer IPA )

Industrieroboter werden inzwischen zunehmend in spanenden Prozessen verwendet. Vielfach werden Roboter zum Entgraten oder zur Endbearbeitung eingesetzt. Schwachstelle war bisher allerdings immer die ungenügende erreichbare Genauigkeit unter Prozessbedingungen. So führen die sich stets ändernden Prozessbedingungen in den jeweiligen unterschiedlichen Positionen zu einer zusätzlichen Auslenkung des Endeffektors.

Adaptive Verfahren können Schwingungseinflüsse kompensieren

Die Fehlereinflüsse beim Fräsen mit Industrierobotern sind vielfältig und nur schwer voneinander zu trennen. Sowohl mechanische Einflüsse, wie Nachgiebigkeiten und Spiel, als auch steuerungsseitige Einflüsse, beispielsweise die Kinematik der Roboterstruktur und die Bahnplanung, spielen dabei eine Rolle. Jedoch lassen sich die Leistungskenngrößen des Industrieroboters durch zahlreiche Analysen und Messungen identifizieren, sodass die Frässtrategie entsprechend optimiert werden kann.

Die Stellung des Roboters, die Fräswerkzeuge und die Fräsparameter sind dabei entscheidende Faktoren. Die anlagenbedingten Schwingungen lassen sich durch intelligentes Design des Fräsprozesses zwar entscheidend reduzieren. Allerdings bedeutet dies, dass für jede Applikation an Prozess und Roboter individuell nachgebessert werden muss.

Deshalb wurden in den vergangenen Jahren am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart systematisch adaptive Verfahren zur Prozessoptimierung entwickelt, die sowohl Fehlpositionierungen als auch Schwingungseinflüsse kompensieren können und mit denen Genauigkeiten unter 100 µm zu erreichen sind. Die Kernanforderung ist dabei eine schnelle Reaktionszeit sowohl der verwendeten Steuerungssysteme als auch der Mechanik.

Roboter wird mit Twincat-Software von Beckhoff angesteuert

Um eine hochwertige Oberflächengüte zu erreichen, werden verschiedene Komponenten eingesetzt. Das Kernstück ist die Twincat-Software von Beckhoff zur Ansteuerung des Roboters. Die Adaption dieser CN-Steuerung aus der Werkzeugmaschinenwelt an eine herkömmliche Robotermechanik erlaubt es zum einen, alle Vorteile einer auf den Prozess zugeschnittenen Steuerung auszunutzen.

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