Ausgleichsaktorik für Roboter erhöht Genauigkeit beim Fräsen

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AGTOS Gesellschaft für technische Oberflächensysteme mbH GmbH

LVD GmbH

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Die Lesbarkeit von Standard-G-Code aus CAM-Programmen, der erweiterte Look-ahead, kurze Zykluszeiten, unbegrenzte Programmgrößen und die volle Integration der Zellenautomatisierung in einer einzigen Steuerung sind dabei nur einige Aspekte.

Geschlossener Regelkreis verbessert die Bahntreue

Zum anderen aber bietet die Steuerung erweiterte Schnittstellen, um die Bewegung des Roboters gezielt zu beeinflussen und externe Kompensationen in den Prozess direkt einbinden zu können. Dabei spielt sowohl die einfache Integration zusätzlicher Komponenten als auch die gezielte Überlagerung der Bahnpunkte eine wichtige Rolle.

Um im entscheidenden Moment schnell reagieren zu können, ist eine kurze Zykluszeit für den Aufbau der Regelungen essenziell. Die mit Twincat erreichbaren 10.000 Hz erfüllen diese Anforderung im Vergleich zu Zykluszeiten von 250 Hz in herkömmlichen Robotersteuerungen sehr gut.

Eine hohe Oberflächengüte lässt sich mit einer guten Bahngenerierung allein nicht erreichen. Um die Oberflächenabweichungen auf den Bereich von 100 µm zu reduzieren, ist eine echtzeitfähige Messung des Endeffektors mit hoher Messrate nötig. Durch spezifische Anpassungen lassen sich einzelne Applikationen in einem ähnlichen Genauigkeitsbereich realisieren. Eine flexible Lösung für unterschiedliche Anwendungen erfordert jedoch die Online-Messung des Roboters.

Das optische Messsystem K 600 von Nikon Metrology erlaubt es, die Pose des Roboters und die Pose der Spindel, bestehend aus Position und Orientierung, mit einer Frequenz von 440 Hz zu erfassen und dieses Signal direkt an die CNC zu senden.

Der geschlossene Regelkreis macht deshalb eine Korrektur der Position des vom Roboter geführten Werkstücks mit einer Taktfrequenz von 440 Hz möglich. Die Implementierung der Regelung erfolgt direkt auf der Steuerung. In der SPS stehen sämtliche Schnittstellen sowohl für Kommunikation nach außen als auch intern zur Positionsvorgabe zur Verfügung (Bild 1).

Durch den geschlossenen Regelkreis wird bessere Bahntreue des Roboters erreicht

Die Oberflächengüte lässt sich dadurch nur geringfügig verbessern, weil die durch den Fräsprozess angeregten Schwingungen außerhalb der Bandbreite von Industrierobotern (größer als 30 Hz) liegen und durch den Roboter nicht mehr kompensiert werden können.

Allerdings lässt sich durch den geschlossenen Regelkreis eine wesentlich bessere Bahntreue des Roboters erreichen. Im Vergleich zum unkompensierten Prozess konnte der durchschnittliche Fehler bei einem in Stahl gefrästen Kreis von 255 µm auf 47 µm reduziert werden. Dies ist bei einer spezifizierten Messgenauigkeit des K-600-Messsystems von 90 µm ein beachtliches Ergebnis (Bild 2).

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