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Sensorik

Neuer Sensor sorgt für Rundum-Blick bei Robotern

| Redakteur: Katharina Juschkat

Roboter in der Produktion haben meist ein eingeschränktes Sichtfeld, was sie in ihrer Flexibilität einschränkt. Deshalb haben Forscher des Fraunhofer IAPT einen Sensor entwickelt, der Robotern eine 360°-Sicht gibt.

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Die neue Sensepro-Sensorik ermöglicht eine 360°-Rundumsicht für die Prozessführung und Qualitätssicherung bei Robotern.
Die neue Sensepro-Sensorik ermöglicht eine 360°-Rundumsicht für die Prozessführung und Qualitätssicherung bei Robotern.
(Bild: Fraunhofer IAPT )

Für ein präzises Arbeiten ist es unerlässlich, dass Roboter in der Produktion genau wissen, wo sie sind und was sich um sie herum befindet. Bisher können allerdings Roboter meistens nicht in alle Richtungen sehen, was sie in ihrem Arbeiten einschränkt. Abhilfe schaffen soll der Lasersensor Sensepro, entwickelt vom Fraunhofer-Institut für Additive Produktionstechnologien IAPT.

Sensoren schränken Bewegungsfreiheit der Roboter ein

Wenn Roboter unermüdlich Werkstücke kleben, schweißen oder Dichtungen verfugen, müssen sie extrem präzise arbeiten. Die Robotersteuerung muss auf den Millimeter genau wissen, an welcher Stelle sich der Klebe- oder Schweißkopf gerade befindet, damit das Ergebnis präzise wird. Der Roboter braucht also eine Art Auge. In der Automobilindustrie und vielen weiteren Branchen übernehmen das spezielle Sensoren, die mehrheitlich mit dem Prinzip der Lasertriangulation arbeiten. Eine Laserdiode wirft eine Linie aus rotem Licht auf das Werkstück, von dort wird das Licht unter einem bestimmten Winkel reflektiert und weiter in eine Kamera geworfen. Aus der Position, von der das Licht auf den Kamerachip trifft, lassen sich die Position und die Entfernung des Sensors zum Werkstück innerhalb des Koordinatensystems bestimmen.

Konventionelle Sensoren beschränken die Richtungsflexibilität der Roboter.
Konventionelle Sensoren beschränken die Richtungsflexibilität der Roboter.
(Bild: Fraunhofer IAPT )

Dabei gibt es jedoch ein Problem, erklärt Mauritz Möller, Abteilungsleiter Fabriksysteme für die additive Fertigung an der Fraunhofer-Einrichtung IAPT: „Die bestehenden Sensoren sind durch Abschattungen in ihrer Flexibilität begrenzt, schränken zusätzlich die Bewegungsfreiheit der Robotersysteme ein und führen zu einem hohen Integrationsaufwand.“ Die Höhenmessung klappt bei herkömmlichen Sensoren nur, wenn diese in Bearbeitungsrichtung angebracht sind. Ändert sich bei diesen Sensoren die Bewegungsrichtung des Roboters, bleibt das Auge blind. Die Festlegung auf eine Bearbeitungsrichtung schränkt die Flexibilität der Handhabungssysteme deutlich ein. Die einzigen Alternativen sind die Verwendung mehrerer Sensoren oder zusätzlicher Achsen – beides ist nach dem heutigen Stand der Technik mitunter teurer als der Roboter selbst.

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Sensor sorgt für kompletten Rundumblick

Mauritz Möller hat mit seinen Kollegen Malte Buhr, Vishnuu Jothi Prakash und Julian Weber eine neue Lösung entwickelt: Der Sensor Sensepro mit einem Durchmesser von 15 cm Durchmesser hat eine eigens entwickelte Auswertesensorik, die einen abschattungsfreien Rundumblick ermöglicht. Somit erzeugt der Sensor einen 360°-Messvorhang, der vollkommene Flexibilität bei der Messrichtung bietet. Egal, wohin sich der Roboter bewegt, immer ist mindestens eine Laserlinie optimal positioniert und liefert genaue Positionsinformationen in die Kamera. Außerdem soll es nicht zu Abschattungen des Lichts durch kompliziert geformte Bauteile kommen. Das Messprinzip ist mittlerweile patentgeschützt. Der Anwender kann den Sensor laut den Forschern ohne Integrationsaufwand für alle Robotersysteme flexibel und prozesssicher in Klebe- und Schweißprozessen einsetzen und erreicht eine vereinfachte Prozessführung und Qualitätssicherung.

3D-gedruckte Kühlstruktur sorgt für lange Lebensdauer

Um über lange Zeit in rauen Produktionsumgebungen arbeiten zu können, enthält der Sensor ein Kühlmodul, das entweder mit Wasser oder Luft arbeitet. Zu diesem Zweck besitzt die optische Bank, auf der die Laserdioden und die Kameras montiert sind, eine interne Kühlstruktur. Diese ist so komplex geformt, dass sie nur im 3D-Druck hergestellt werden kann. Durch das intelligente Thermomanagement soll der Sensor viele Jahre durchhalten. Der Sensor ist so ausgelegt, dass er auf Roboter aller gängigen Hersteller passt und sich für alle Einsatzszenarien eignet. Das soll eine einfache Integration in bestehende Fertigungsanlagen erlauben. Sensepro soll voraussichtlich 2021 serienreif sein.

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