Robotersteuerung eliminiert störende Kräfte beim Einpressen

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Software auch für Fügeprozesse

Konkrete Beispiele sind viele Produkte der Consumer Electronic, wie beispielsweise Navigationsgeräte oder Soundanlagen in PKWs. Hier muss beim abschließenden Test das Drehmoment der Einsteller zur Kontrolle der einwandfreien Funktion überprüft werden. Dieser Haptiktest erfolgt in aller Regel mit Robotern, die die Einsteller betätigen und dabei das Drehmoment messen. Beeinflusst und verfälscht wird die Messung allerdings, wenn der Einsteller durch die Variation der Bauelemente nicht exakt zentrisch läuft. Der dadurch entstehende Widerstand wird der Drehbewegung entgegensetzt und verfälscht die Messung. Darüber hinaus lässt sich die Software-Entwicklung auch bei Füge-Prozessen einsetzen. Müssen beispielsweise Kontakte mit exakt definierten Kräften eingepresst werden, würde eine Kraftabweichung entweder die Leiterplatte zerstören oder die Kontakte wären nicht vollständig eingepresst.

Echtzeit Robotersysteme

Zum Stand der Technik bei Echtzeit Robotersystemen sind auf dem Markt einige Systeme für die Haptikprüfung im Automotive-Bereich zu finden. Die meisten Anwendungen nutzen dafür einen IR, Kraftsensor und eine Echtzeit-Auswertung. Dabei gibt es verschiedene Entwicklungen, einen pneumatischen Greifer ohne Belastung auf den Kraftsensor in den Roboterkopf einzubauen. Die Auswertung der Sensorwerte erfolgt bislang extern über ein Messsystem in Echtzeit. Dieses wertet aus und übergibt dem IR die Messdaten, um eine Ausregelung zu ermöglichen. Diese relativ komplexen Systeme zeichnen sich ebenso durch eine relativ hohe Abhängigkeit zu den einzelnen Komponenten aus.

Externe Beteiligte

Ein Gesamtsystem „Roboternachführung für störkraftfreie Anwendung“ beinhaltet drei Subsysteme und vier externe Vorrichtungen. Zu letzteren zählen unter anderem die spezifische Anwendung, die einen Einfluss auf die anzufahrenden Positionen, auf die Art zu Greifen und möglicherweise auf die Messparameter des Sensors zur Störkraftmessung hat. Außerdem gibt es die Stör- bzw. Messgrößen, die von außen einen Einfluss auf das System nehmen können. Einige externe Geräte, wie Feldbusgeräte oder ein PC, können ebenfalls Bestandteile der externen Beteiligten sein.

Entsprechendes Programm

Der Bewegungsprozess des IR läuft zyklisch ab. So kann beispielsweise ein Werkzeug vom Werkzeugbahnhof aufgenommen und zum Werkstück transportiert werden. Dort wird ein Arbeitsprozess durchgeführt, das kann beispielsweise ein Fügeprozess sein. Dieser Bewegungsprozess benötigt bislang die Teilkomponenten IR und Roboterkopf mit Greifer. Voraussetzung ist ein entsprechendes Programm auf dem Controller des IR. Soll nun die durch den Bewegungs-, Arbeits- oder Fügeprozess entstehende Krafteinwirkung auf den Roboterkopf gemessen werden, so ist ein dafür geeigneter Sensor in den Roboterkopf zu integrieren. Der Sensor sollte für mindestens drei Achsen Werte ermitteln können. Ist für die Verarbeitung des Sensorsignals ein Messverstärker nötig, so muss dieser ebenfalls integriert werden.

Der Roboter muss Daten schnell lesen können

Weil die Regelung die im System auftretenden Störkräfte ausgleichen soll, muss der Roboter die Daten schnell lesen können. So bietet es sich an, die Auswertung der Messwerte im Robotercontroller durchzuführen. Als Verbindung zwischen Messverstärker und Eingangskarte wird ein CAN-Bus eingesetzt, folglich muss die Eingangskarte eine Feldbuskarte vom Typ CAN oder CANopen sein. Ein interner Arbeitstask des Controllers ist damit beschäftigt, die Messwerte synchron zum Messverstärker auszulesen. Diese gemessenen Regelabweichungen werden einem Regelprozess unterworfen und wenn möglich durch den IR ausgeglichen. Sollen nun die Veränderungen der Kräfte durch einen unabhängigen Sensor überprüft werden, so ist ein Arbeitsprozess zu wählen, der bei einem Bewegungsprozess eine Kraft auf den unabhängigen Sensor ausübt. Lässt man den Bewegungsprozess nun einmal mit und einmal ohne Regelung arbeiten, so kann man beobachten, ob eine Störkraftreduzierung eintritt oder nicht.

Reale Anwendungen

Das System „Nachführung eines IR zur störkraftfreien Anwendung“ lässt sich in der Praxis direkt für reale Anwendungen verwenden. Es zeigt sich, dass eine kostengünstige Anwendung mit geringer Komplexität durchaus möglich ist. Vor allem, wenn eine Anwendung ebenso mit einem externen Echtzeit-Messsystem und aufwändigerer Auswertung mit wesentlich teureren Sensoren möglich gewesen wäre.

Benedikt Auth, Entwicklungsingenieur IPTE, Heroldsberg

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