Der Nutzen integrierter Sensorik für Roboter und Handling-Systeme

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SCHUNK GmbH & Co. KG Spann- und Greiftechnik

Teile beim Greifen sicher unterscheiden

Einen Schritt weiter gehen Sensoren, die zusätzlich zur Greiferposition auch eine Aussage über das gegriffene Teil ermöglichen. Es lässt sich beim universell einsetzbaren und programmierbaren Magnetschalter MMS 22-PI1 der Ausschaltpunkt individuell definieren. Eine einstellbare Hysterese ermöglicht selbst bei sehr kleinen Hüben eine sichere Positionsabfrage und lässt den Greifers unterschiedlich große Werkstücke unterscheiden. Der gesamte Greifprozess kann damit besser ausgewertet und die Prozessstabilität spürbar optimiert werden. Weil moderne Magnetschalter individuell programmierbar sind, ersetzen sie eine Vielzahl konventioneller Varianten. Mit einem Teach-Werkzeug lässt sich der Schaltpunkt innerhalb kurzer Zeit programmieren. So sparen Anwender bis zu 90% der Einrichtzeit. Bei der jüngsten Magnetschalter-Generation MMS-P 22 können statt einem nun auch zwei Schaltpunkte zuverlässig erkannt werden. Zudem lassen sich die Ausschaltpunkte programmieren, was wiederum der Prozessstabilität zugute kommt.

Noch feiner arbeiten flexible Positionssensoren FPS, die zwischen drei und fünf unabhängige Schaltpunkte ermöglichen. Sie ermitteln die Position der Greiferbacken und geben digital aus, in welchem von fünf vordefinierten Positionsbereichen sich die Backen befinden. Mit ihnen kann der Greifer parallel zur Handhabung auch zum Prüfen, Sortieren oder für eine durchgängige Qualitätskontrolle eingesetzt werden.

Beim Greifen mikrometergenau vermessen

Die Spitzenklasse der Positioniersensoren bilden hochauflösende, analoge Sensoren. So macht der APS aus Greifmodulen zugleich eine Präzisionsmessstationen. Das mechanische, analoge System aus Sensor und Elektronik erfasst dabei hochgenau die Position der Greiferbacken. Bei langhubigen Bewegungen wird diese über eine schiefe Ebene an den Sensor übergeben, dessen Messweg zwar nur wenige mm lang ist, dafür aber extrem hoch aufgelöst. Mit einer beeindruckenden Präzision von bis zu 0,003 mm vermisst der Aktor im laufenden Prozess jedes einzelne gegriffene Teil.

Über die SPS lassen sich beliebig viele Schaltpunkte definieren und damit beliebig viele Teile bzw. Toleranzbereiche unterscheiden. Hochauflösende Positioniersensoren ermöglichen eine hochpräzise 100%-Kontrolle der Teile. Sie können eine komplette Messstation inklusive der für die Vermessung notwendigen Prozessschritte ersetzen. Moderne Varianten lassen sich auch hier berührungslos programmieren.

Abstände schnell, sicher und präzise erkennen

Wer die Entfernung des Greifers zum Teil erfassen möchte, kann dazu entweder Vision-Systeme einsetzen oder die Aufgabe einem optischen Abstandssensor anvertrauen. Der OAS macht aus Greifmodulen sehende Greifer. Dazu wird er unmittelbar ins Greiferzentrum integriert. Von dort versorgt er die Steuerung kontinuierlich mit Informationen, wie weit ein Teil entfernt ist, beziehungsweise ob sich ein zu greifendes Teil zwischen den Greiferfingern befindet. Dazu misst der Sensor den Abstand des Greifers zum Teil. Dies geschieht im laufenden Prozess quasi ohne jeglichen Zeitverlust. Mit Hilfe des Sensors können Greifer Teile unterscheiden, ihre Lage erkennen, vom laufenden Band aufnehmen, abstapeln, falsch gegriffene Teile detektieren und die Zuverlässigkeit beim Verfahren des Greifers erhöhen.

Der optische Abstandssensor nutzt das Infrarotlicht in einer Wellenlänge von 850 nm. Er funktioniert bei Umgebungstemperaturen zwischen – 10 und + 55 °C und erfüllt Schutzart IP65. Das Sensormodul ist vielseitig verwendbar und lässt sich auch mit anderen Greifern und Automationsmodulen einsetzen. So lässt es sich zur analogen Positionsabfrage von Großhubgreifern nutzen, indem es in eine der beiden Grundbacken integriert wird. Bei Greifern und Schwenkeinheiten kann es statt nach außen auch ins Innere gerichtet und zur Abfrage des Kolbens genutzt werden.

Ausgeglichene Greifkraft schont das komplette System

Während die bisher vorgestellten Sensorsysteme die jeweilige Position des Aktors erfassen, misst ein Kraftmesssystem, wie das FMS, die Kräfte, die über sie fließen. Dazu werden die Greiferfinger mit Kraftmessbacken ausgestattet und die auf die Finger wirkenden Greifkräfte erfasst. Mit Hilfe dieser Daten lässt sich beispielweise beim Greifen fest fixierter Werkstücke vermeiden, dass das Robotersystem durch ein einseitiges Greifen permanent bei jeder einzelnen Greifoperation unnötigen Belastungen ausgesetzt ist. Bereits die minimale Fehlstellung eines Greifers von ein bis zwei Hundertstel Millimeter würde den Roboterarm ansonsten bei jedem einzelnen Greifvorgang mit der vollen Greifkraft in eine Richtung belasten. Auf Dauer würde das System an Präzision verlieren und deutlich schneller verschleißen als bei einem kraftkontrollierten Zugriff.

Zudem lässt sich mit Kraftmessbacken sowohl die statische als auch die dynamische Greifkraft präzise einstellen und überwachen. So ist sichergestellt, dass Bauteile selbst bei hochdynamischen Bewegungen sicher gegriffen bleiben. Im Rahmen einer vorbeugenden Instandhaltung kann mit Hilfe von Kraftmesssystemen in regelmäßigen Zyklen die Funktionsfähigkeit von Greifern geprüft werden. Beides erhöht die Prozesssicherheit und vermeidet unerwartete und teure Stillstandzeiten während des laufenden Betriebs.

Besonders feinfühlig sind Automatisierungskomponenten sowie Mess- und Prüfeinrichtungen in Kombination mit Kraft-Momenten-Sensoren. Das System FTC ermittelt präzise, welche Kräfte und Momente in allen sechs Achsen wirken. Damit lassen sich Positionsfehler von Werkstücken oder Werk-zeugen ausgleichen, Arbeiten an bewegten Werkstücken ausführen und Werkzeuge, Werkstücke und Automatisierungssysteme vor Überlastungen schützen. Kraft-Momenten-Sensoren eignen sich für steife Systeme, also etwa zum Einpressen von Teilen. Sie werden in der Qualitätssicherung sowie in der Medizintechnik, beispielsweise zum Überwachen der Wirbelsäulenbelastung eingesetzt. Zudem kommen sie bei nachgiebigen Systemen, wie etwa beim Fügen, Entgraten oder Positionieren zum Einsatz.

Die Königsklasse: taktile Sensoren

Noch anspruchsvoller arbeiten taktile Sensoren, die Königsklasse moderner Sensoren in der Handhabung. Mit ihnen lässt sich ortsaufgelöst sowohl die Greifkraft als auch die Greiffläche abfragen. Mit ihnen ist es möglich, Objekte zu identifizieren, um sie zugleich feinfühlig zu greifen.

Auch fragile Teile mit unterschiedlichen Geometrien lassen sich mit taktilen Sensoren zuverlässig und sicher handhaben. Zudem ist es möglich, wechselnde Objekte zu positionieren und beispielsweise anschließend zu fügen. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten gehen Experten davon aus, dass taktile Sensoren künftig in der Servicerobotik eine immer große Rolle spielen werden. Sie machen Greifhände zu feinfühligen Helfern, die auch in komplexen und ungeordneten Umgebungen wirkungsvoll eingesetzt werden können.

* * Matthias Poguntke ... leitet das Produktmanagement und Produktmarketing Automation bei SCHUNK in Lauffen

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