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7 auf einen Streich

Messroboter mit taktilen und berührungslosen Sensoren
7 auf einen Streich

Die Industrie steht vor der Aufgabe, mit stetig steigender Qualität immer flexiblere Messungen zu realisieren. Konventionelle Messsysteme sowie Mehrstellenmesssysteme werden diesen Erfordernissen nicht mehr im vollen Umfang gerecht. Der Einsatz von Messrobotern stellt hier eine echte Alternative zu den bereits gängigen Messsystemen dar.

Die in den letzten Jahrzehnten etablierten Mehrstellenmessplätze mit überwiegend mechanisch-taktischer Antastung werden den Anforderungen an Messunsicherheit und hohe Stückzahlen zwar gerecht, doch sind sie durch starre Aufbauten, hohe Umrüstzeiten und zeitweise noch zu hohen manuellen Einsatz gekennzeichnet. Nur schwierig kann auf Veränderungen in konstruktiven und fertigungstechnischen Bereichen reagiert werden.

Auch der Einsatz von konventionellen Messgeräten wie Tastschnittrauheitsmessgeräte bei der flexiblen Messung im prozessnahen Bereich gestaltet sich als äußerst schwierig, da diese Systeme in der Regel auf Grund ihrer Größe und Bauform schlecht zu handhaben und im Rahmen der Automatisierung auch sehr schwingungsanfällig und stoßempfindlich sind. Insbesondere die Positionierung dieser Systeme an die entsprechenden Messstellen gestaltet sich schwierig. Des weiteren bestehen erhebliche Defizite, verschiedene Messsysteme für Maß-, Form- und Lageabweichungen sowie Oberflächenrauheit miteinander hardware- und softwareseitig so zu verknüpfen, dass eine einheitliche Messung und Protokollierung realisierbar ist. Dies betrifft auch in nicht unwesentlichem Maße die Anbindung der einzelnen Systeme an ein gemeinsames Qualitätssicherungssystem im Unternehmen.
Robomess-Messroboter
Der Messroboter robomess ist ein multisensorielles System mit taktilen und berührungslosen Sensoren für die Messung von Oberflächenrauheiten sowie Maß-, Form und Lageabweichungen an technischen Erzeugnissen. Diese Sensoren werden kundenspezifisch in einem Messkopf vereinigt und entsprechend der Aufgabenstellung von einem Gelenkarmroboter positioniert. Die Roboter gibt es bezüglich Größe und Reichweite in verschiedenen Ausführungen, sowohl als 5- oder 6-Achsroboter. Ergeben sich trotz dieser verschiedenen Möglichkeiten noch Einschränkungen beim Handling des Messkopfes, können weitere Zusatzachsen, zum Beispiel für einen vorgelagerten Drehtisch eingesetzt werden. Im Standardfall sind die Messroboter auf einem Chassis mit integriertem Aufnahmetisch für den Prüfling montiert. Für den Fall der Notwendigkeit eines Drehtisches wird dieser in dem Chassis integriert.
Der Drehtisch erleichtert insbesondere bei großen Teilen wesentlich die Positionierung des Messkopfes auch zu den schwer zugänglichen Messstellen.
Der Messkopf und seine Sensorik
Entsprechend der spezifischen Aufgabenstellung kann der Messkopf mit unterschiedlichen Sensoren zur Messung von Oberflächenrauheiten, Maß-, Form- und Lageabweichungen bestückt werden. Bei dem Einsatz aktorischer Messverfahren wie das punktuelle Abscannen von Oberflächen verfügt der Messkopf über eigene Scanachsen, die vom Messprogramm aus gesteuert werden. Darüber hinaus können auch nicht aktorische Sensoren wie CCD-Kameras für die Bildverarbeitung zur Anwendung kommen.
Der Messroboter verfügt über eine automatische Annäherung kurz vor der Messung, so dass bei der Teach-In-Programmierung des Messkopfes in die Messposition nur grob über der Oberfläche die Position eingelernt werden muss. Die Annäherung an die Oberfläche sowohl für die berührungslose als auch taktile Messung erfolgt automatisch in dem Messbereich des jeweiligen Sensors. Darüber hinaus verfügt der Messroboter über eine Option des Annäherungsausgleiches, der zum Einsatz kommt, wenn durch ein nicht ganz exaktes Einteachen der Messposition die Scanrichtung eine hohe Parallelitätsabweichung gegenüber der Prüfoberfläche besitzt. Dabei kann es passieren, dass bei den hochauflösenden Sensoren während des Scannens ein Auslaufen aus dem Messbereich erfolgt. In diesem Fall setzt der Roboter automatisch nach und wiederholt die Messung. Fehlmessungen durch unsaubere Programmierungen sind damit ausgeschlossen.
Der Gelenkarmroboter
Zur Positionierung des Messkopfes an die verschiedenen Messstellen werden 5- und 6-Achsgelenkarmroboter eingesetzt. Diese haben eine Positionierwiederholpräzision von 30 µm und bieten somit sehr gute Voraussetzungen auch kritische Messstellen sehr genau anzufahren. Entsprechend der Aufgabenstellung kommen Roboter mit unterschiedlichen Arbeitsräumen beziehungsweise Schwenkachsen zum Einsatz. Sollte die Zugänglichkeit trotzdem noch eingeschränkt sein, können zusätzliche Achsen vorgesehen werden. So erweist es sich oft als günstig, einen Drehtisch mit in das Chassis einzubauen, auf dem der Prüfling über eine Vorrichtung aufgenommen wird. Der Prüfling kann somit in verschiedene Winkelstellungen gebracht werden und die Flexibilität des Messroboters erhöht sich nochmals. Die Drehachse gilt als zusätzliche Achse zum Roboter und wird über dessen Steuerung mit geregelt und programmiert.
Die Programmierung des Messroboters erfolgt im Teach-In-Verfahren unter Zuhilfenahme von drei unterschiedlichen Koordinatensystemen. Damit ist das Einlernen von Mess- und Umfahrpositionen ohne jeglichen Rechenaufwand vom Bediener einfach durchführbar.
Die Programmierung
Bei der Programmierung des Messroboters werden zwei Stufen unterschieden:
– die Teach-In-Programmierung des Roboters für die einzelnen Mess- und Umfahrpositionen,
– die Erstellung eines Messprogrammes mit Hilfe der Software Robomess.
Zu Beginn jeder Programmierung werden im Teach-In-Verfahren die einzelnen Positionen, die der Roboter anfahren soll, eingelernt. Anschließend erfolgt die Erstellung des Messprogrammes am Mess- und Steuerrechner unter Zuhilfenahme der Software robomess. Ist das Messprogramm erstellt, kann dieses kompiliert werden und steht jetzt in einer ausführbaren Form zur Verfügung. Die entsprechende Positionsliste wird dabei von der Drive-Unit auf den Rechner geladen und ist dem entsprechenden Prüfprogramm zugehörig. Vor jedem Start des Progammes wird die Positionsliste auf die Drive-Unit des Roboters automatisch heruntergeladen, so dass eine Verwechslung mit anderen Positionen nicht möglich ist.
Beim Ausprobieren der ersten Programmierung lassen sich alle Geschwindigkeiten grundsätzlich prozentual herabsetzen, um zu kontrollieren, ob auch alle Positionen sauber angefahren werden. Die Prgrammierung erfolgt in einem Administratormodus, der nur über Passwort zugänglich ist. Im Bedienermodus können lediglich Programme gestartet und die Messungen durchgeführt werden. Dies kommt den verschiedenen Erfordernissen innerhalb des Produktionsprozesses entgegen.Für die Auswertung der verschiedenen Messergebnisse kommuniziert die Software mit parallel laufenden Auswerteprogrammen.
Anwendungsgebiete
Die Messroboter robomess finden Einsatz in einer Vielzahl von Bereichen der Industrie, die flexible und schnelle Messungen von geometrischen Merkmalen an technischen Erzeugnissen erfordern. Haupteinsatzgebiete sind die Automobilindustrie sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie. Aber auch in Geräteindustrie, Maschinenbau, Elektro- und Elektronikindustrie, Medizintechnik sowie kunststoffverarbeitende Industrie findet der Roboter Anwendung. Sehr komplexe Teile mit einer Vielzahl von zu prüfenden Merkmalen wie Zylinderköpfe, Kurbelgehäuse, Kurbelwellen oder Turbinenteile von Flugzeugtriebwerken sind nur einige Beispiele, wo der Messroboter seine Anwendung findet.Durch den Einsatz von mehreren Sensoren an einem Messkopf, die für die Messung von Ma ß-, Form-, Lageabweichungen und Oberflächenrauheit zuständig sind, lassen sich verschiedene Merkmale durch einmaliges Positionieren nahezu gleichzeitig erfassen. Insbesondere bei Messaufgaben, die eine komplizierte Positionierung des Messkopfes erfordern, zeigen sich die Stärken des Messroboters robmess. Durch seine hohe Wiederholpräzision von 30 µm sowie den Einsatz von überwiegend berührungslosen Messsystemen ist eine verschleißfreie und risikofreie Messung an kritischen Messstellen möglich.
Neben der zwei- und dreidimensionalen Messung der Oberflächenrauheit bietet der Messroboter insbesondere Vorteile bei der Messung von kleinen Geometrien zur Bestimmung von Maß- und Formabweichungen wie an Fasen, Kanten und Übergängen. Mittels Laserabtastung lassen sich sehr kleine Kantenradien vom Mikrometer- bis in den Millimeter-Bereich messen.
Durch den Einsatz von Bildverarbeitungstechnologie parallel zu den tastenden und berührungslos arbeitenden Sensoren ist schnell und einfach eine Prüfung von Oberflächendefekten und Beschädigungen an Bauteilen und das Vorhandensein von bestimmten geometrischen Merkmalen wie Gewinden und Bohrungen durchführbar. Auch Identifizierungen von Prüflingen über Zahlen und Strichcodes sind in diesem Zusammenhang möglich.
Wirtschaftlichkeit
Auf Grund der Gesamtkonzeption des Messroboters besitzt dieses System ein überdurchschnittlich hohes wirtschaftliches Potenzial. Durch die nahezu gleichzeitige Messung von Maß-, Form- und Lageabweichungen sowie Oberflächenrauheiten ergibt sich eine erhebliche Zeitersparnis, da sich ein Umspannen auf verschiedene Messgeräte erübrigt. Damit ist eine bedeutende Reduzierung manueller Arbeiten gekoppelt. Ein Beispiel ist die Messung an einem Zylinderkopf, der konventionell von einem Bediener in circa drei bis vier Stunden gemessen wurde. Der Messroboter robomess erledigt diese Aufgabe innerhalb einer halben Stunde bedienerlos.
Hinzu kommt, dass der Funktionsumfang erheblich erweitert wurde. Dieses Beispiel zeigt, dass der Einsatz des Messroboters robomess sowohl in der Produktion als auch im Messlabor eine Vielzahl von Vorteilen mit sich bringt. Insbesondere bei der Änderung von Prüfaufgaben oder konstruktiven Änderungen am Prüfling ergeben sich erhebliche Vorteile gegenüber Mehrstellenmesssystemen. Hier bedarf es lediglich einer Änderung des Messprogrammes sowie der Messroboterprogrammierung, um das System in kürzester Zeit wieder auf die geänderten Bedingungen einzustellen.
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