Qualitätskontrolle Mit Roboter Bauteil-Vermessung automatisieren

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YASKAWA Europe GmbH Robotics Division

Die Qualitätsanforderungen steigen – vor allem in der Automobilindustrie. Bisher war es jedoch sehr aufwändig, größere Bauteile zu vermessen. Es erfolgte häufig nur stichprobenartig. Das ändert sich jetzt.

Viele Industrieprodukte müssen besonders hohe Standards erfüllen – und erfordern deshalb eine präzise und reproduzierbare Messung zur Qualitätskontrolle. Große Bauteile zu vermessen ist allerdings sehr aufwendig. Beispielsweise benötigt eine herkömmliche Koordinatenmessmaschine oder Streifenlichtprojektion bis zu zwei Stunden für die präzise Vermessung einer Autotür.

Messquote erhöhen

Vor diesem Hintergrund wird schnell klar, dass die Vermessung solcher größeren Bauteile gerade in schnell getakteten Produktionsprozesse nur stichprobenartig erfolgen kann. Mit wachsenden Qualitätsanforderungen steigt nun aber vor allem in der Automobilindustrie der Druck, die Messquote deutlich zu erhöhen.

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Dieser Herausforderung hat sich nun die auf Systeme und Services für Industrie-Messungen spezialisierte MQS AG in Ingolstadt gestellt. Das Ergebnis aus rund 18 Monaten Entwicklungsarbeit ist eine roboterbasierte Lösung namens Mantis. Seit November 2020 läuft eine erste Demozelle im Praxisbetrieb. Was bisher Stunden dauerte, schafft die Anlage mit einem Motoman GP-Roboter von Yaskawa in wenigen Minuten.

Wenn eine Gottesanbeterin große Bauteile vermisst

Die schlüsselfertige Komplettzelle verbindet mehrere Elemente: das eigentliche Messsystem, bestehend aus einem Messkopf (Scanner) und einer Kamera (Tracker), einen Handlingroboter, auf dem der Messkopf sitzt, und einen Drehtisch zur flexiblen Positionierung des Prüfteils. Die über der Zelle positionierte Kamera erinnert dabei an eine riesenhafte Gottesanbeterin – daher auch der Name der Zelle: „Mantis ist der lateinische Bezeichnung für das Raubinsekt“, erklärt Andreas Zacherl, Automationsexperte bei MQS, die Bezeichnung.

Die eigentliche Vermessung übernimmt der Messkopf, ein Zulieferprodukt von Scantech. Geführt vom Roboterarm scannt er das zu prüfende Bauteil detailliert ab, wobei insgesamt drei unterschiedliche Laser zum Einsatz kommen. Die Kamera überwacht dabei permanent die Position des Messkopfs. „Der Scanner weiß also immer genau, wo er sich gerade befindet“, beschreibt Zacherl das Zusammenspiel der beiden Komponenten.

Zusätzlich orientiert sich der Scanner an mehreren Markierungspunkten auf dem Drehtisch. Durch diese Punktewolke ist sichergestellt, dass die Messposition auch nach dem Drehen bzw. Bewegen des Prüfteils exakt berechenbar bleibt. Aktuell erreicht das System eine Messgenauigkeit bis zu unter 3 Hundertstel Millimeter (1/100 mm). Die Messdauer für eine Auto-Seitentür beträgt rund 5 Minuten.

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Neue Technologien integrieren

Neben den vielfältig kombinierbaren Hardwarekomponenten bildet eine anwendungsspezifische, bedienungsfreundliche Software des Entwicklungspartners Eleven Dynamics die zweite Säule des automatisierten Messkonzepts. Die automatisierte Messung erfolgt anhand hinterlegter CAD-Daten bzw. dort festgelegter Prüfpunkte und Messpläne. Als Offline- wie als Online-Plattform ermöglicht Mantis dabei die Integration neuer Technologien und skaliert den Nutzen bestehender Methoden für zukünftige Anwendungen. So lässt sich die Zelle beispielsweise um eine automatisierte Bestückung ergänzen oder in komplette Produktionslinien einbinden.

Beraten von Yaskawa, fiel die Wahl auf die Handlingroboter-Serie Motoman GP. Ausschlaggebend war die hohe Beweglichkeit der 6-Achser: „Der Manipulator muss sich sehr stark verbiegen können“, beschreibt Zacherl, „zum einen, um etwa auch die Unterseite des Messobjekts zu erreichen, zum anderen damit der Roboterarm den Messkopf nicht verdeckt bzw. bei der Aufnahme behindert.“

Schlankes Armdesign

Die Voraussetzung dafür schafft das schlanke Armdesign, das Störkonturen mit der Peripherie minimiert. Der Hohlarm für die interne Leitungsführung erhöht die Standfestigkeit der Medienkabel zu den jeweiligen Aktoren, hier zum Messkopf. Bei allen Modellen der GP-Serie ist für die Verbindung zwischen Manipulator und Steuerung zudem nur ein einziges Roboterkabel notwendig. Die Vorteile sind ein geringer Verschleiß, eine einfache Wartung sowie eine schnelle Inbetriebnahme. Die Handgelenksachsen der robusten Roboters sind standardmäßig in der Schutzklasse IP67 ausgeführt, die Hauptachsen in der Schutzklasse IP54.

In der Demozelle kommt ein Motoman GP12 zum Einsatz. Dafür sprach weniger die maximale Tragkraft von 12 kg, da der Messkopf vergleichsweise leicht ist. Auch die hohe Positioniergenauigkeit des Roboters wird durch die präzise optische Überwachung der Messkopfposition nicht in vollem Umfang benötigt. Der Roboter bietet eine große Reichweite von 1.440 mm. Für größere bzw. auch kleinere Bauteile gibt es weitere Modellvarianten mit 550 bis 4.004 mm Reichweite.

Den Roboter leicht steuern

Gesteuert werden die Roboter mit der neuen Hochleistungssteuerung Motoman YRC1000. Die offenen Schnittstellen diese Steuerungsgeneration sind für den Einsatz in vernetzten und Industrie 4.0-Umgebungen eignet. Das Programmierhandgerät der YRC1000-Steuerung ist 730 g leicht. Der Touchscreen ermöglicht eine intuitive Bedienung und damit einfaches Bewegen und Scrollen mit dem Cursor. Auf dem Bildschirm des Programmierhandgeräts kann eine 3D-Simulation der Roboterbewegung vor und während des Betriebs mit dem echten Roboterarm erfolgen. Die kompakte Steuerung mit einem Schrankvolumen von nur 125 l erlaubt eine optimale Raumausnutzung.

Mit Mantis hat das Unternehmen MQS eine automatisierte und voll integrierbare Turn-Key-Lösung für die Messtechnik entwickelt – und damit ein neues Konzept für die vernetzte Fabrik.

* Jürgen Riedinger, Senior Sales Manager GI Robots & Products,Yaskawa Europe GmbH, Robotics Division, Allershausen

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