Ausgleichskinematik für Roboter steigert Fräsgenauigkeit

Anbieter zum Thema

Fastems Systems GmbH

CMS Automatisme

Xometry Europe GmbH

Fraunhofer-Institut IPA Produktionstechnik und Automatisierung

In der dritten Stufe ermöglicht eine Ausgleichskinematik auch die hochgenaue Bearbeitung. Diese zusätzliche Kinematik ist sehr steif und sehr schnell, sie gleicht auch weitere Fehler in der aktuellen Bahnposition aus. Ziel dieses Maschinenkonzeptes ist es, Aluminiumbauteile etwa für den Power-Train-Bereich zu fertigen, aber auch großvolumige Werkstücke endzubearbeiten.

Die aktuelle Position des Roboters wird in Echtzeit ermittelt

Die Flexibilität und Beweglichkeit bietende Robotermechanik eines Industrieroboters Kuka KR125 wurde mit neuer Leistungselektronik und einer CNC ausgestattet. Dafür wurde ein Schaltschrank mit Servoverstärker, Industrie-PC und Klemmen zur Berücksichtigung von Sicherheitstechnik wie Not-Aus und Freigaben ausgerüstet. Ausgehend von einer Analyse der eingesetzten Motoren wurden die Servoverstärker parametriert und während der Einzelachs- und kartesischen Bewegung des Roboters optimiert.

Für die kartesische Bewegung des Roboters war es notwendig, die kinematische Transformation sowie Motor-Getriebe-Kopplungen bei der Bewegung der Handachsen in der SPS zu berücksichtigen. Zudem ist in der SPS die Logik für Betriebsart und I/O-Baugruppen verknüpft. Durch sichere Kommunikation und sichere Klemmen fügt sich die konzipierte Sicherheitstechnik in den Aufbau und die Konfiguration der Anlage reibungslos ein.

Eine höhere Genauigkeit lässt sich erreichen, wenn der aktuelle Positionsfehler bekannt ist und ausgeregelt werden kann. Dazu werden die Soll-Positionsdaten der Steuerung mit gemessenen Ist-Positionsdaten verglichen.

Piezoaktoren kompensieren Ungenauigkeiten der Roboterbahn

Die sechsdimensionale Positionsmessung ist etwa mit den optischen Koordinatenmessgeräten der K-Serie von Nikon möglich. Sie tracken pulsierende LED, die am Roboter angebracht sind, mit bis zu 1 kHz Messfrequenz und hoher Genauigkeit. Für einfachere Aufgaben lassen sich eindimensionale optische Taster oder auch zweidimensionale Sensoren zur Messung der X-Y-Position eines Laserpunktes auf der Sensorfläche verwenden.

Eine wesentliche Herausforderung ist die Integration des Messsystems und der im Folgenden beschriebenen Ausgleichskinematik in ein echtzeitfähiges Steuerungssystem mit minimalen Latenzen. Die verwendeten Zellrechner arbeiten dazu unter der RTX-Echtzeiterweiterung. Die am Fraunhofer-IPA in Stuttgart entwickelte Ausgleichskinematik basiert auf Piezoaktoren, die verschleiß- und reibungsfrei sowie ohne Schlupf arbeiten (Bild 3 – siehe Bildergalerie). Sie können mit bis zu 10 g beschleunigt werden und eignen sich für die hohen Frequenzen, die beim Kompensieren der Ungenauigkeiten in der Roboterbahn erforderlich sind.

(ID:26441200)