Handhabung Roboter erledigen Testaufgaben mit Feingefühl

Bei einem Spezialisten für Schleifmittel übernimmt ein Roboter-System von ABB umfangreiche Testaufgaben und übertrifft dabei menschliche Tester-Fähigkeiten.

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ABB Automation GmbH, UB Robotics

Tests bilden ein zentrales Kompetenzfeld für Entwickler und Konstrukteure. Ihnen bieten die aus Tests gewonnenen Daten eine verlässliche Ausgangsbasis für Untersuchungen und weitere F&E-Aktivitäten. Und für Hersteller ergibt sich aus den in Tests generierten Aussagen die Möglichkeit, die Qualität Ihrer Produkte zu verifizieren, zu verbessern und zu dokumentieren. Im Hause Klingspor sichert dies zum Beispiel die Qualität der Schleifmopteller, Fiber-, Schrupp- sowie Trennscheiben und Schleifblätter sowie -bänder. Die Experten fanden dafür eine außergewöhnliche Testmethode. Sie nutzen die Force-Control-Technologie, eine Software, die ABB für das Bahnprogramm von Robotern beim mechanischen Bearbeiten bietet. Statt subjektiver menschlicher Wahrnehmung und Beurteilung übernehmen jetzt Robotersysteme die Testaufgaben.

Auf Einhalten der geometrischen Bahnen programmiert

Wenn Roboter Werkzeuge zum Bearbeiten beispielsweise von Metallen führen, sind sie üblich auf das Einhalten der geometrischen Bahnen programmiert. Beim Schleifen oder Fräsen repräsentieren diese die Oberflächenkontur, beim Schneiden oder Trennen den Schnittverlauf und beim Bohren den axialen Weg. Dabei ist eine konstante Geschwindigkeitsvorgabe üblich. Auf unterschiedliche Widerstände während des Abarbeitens der programmierten Bahn reagiert das System aus Roboter und angetriebenem Werkzeug mit einer Erhöhung der „Schnittkraft“, gegebenenfalls bis zur Belastungsgrenze seines Antriebes. Daraus entstehen bei Bearbeitungsprozessen Risiken wie Zerstörung des Werkstückes, Werkzeugbruch oder Beschädigung des Antriebes.

Beim Testen von Schleif- und Trennwerkzeugen können je nach Ziel entweder das Konstanthalten der Prozesskraft oder das situative Verändern der Geschwindigkeit erwünscht sein. Diese Vorgaben realisiert die FC(Force Control)-Technologie mit ihren wählbaren Alternativen FC Pressure und FC SpeedChange.

Steuerungstechnologie auch für Tests geeignet

Neben den genannten Aufgaben „Oberfläche konturgenau bearbeiten“, in Roboter-Anwendungen optimierbar mit FC Pressure, und „Werkstück mit definiertem Schnittverlauf trennen“, im robotergestützten Werkzeughandling lösbar mit FC Speed Change, ist die FC-Technologie auch in Prüf- und Testaufgaben nutzbar. Das Fallbeispiel Klingspor beschreibt dies. Die Besonderheit: Es geht um händisch zu führende Werkzeuge, wie sie die Produktpalette von Klingspor enthält. Die Praxis zum Beispiel beim manuellen Schleifen und Trennen widerspricht der beschriebenen Belastungsart in der Roboteranwendung. Denn der denkende, fühlende und reagierende Mensch würde bei größerem Widerstand seine Bewegung und damit die Vorschubgeschwindigkeit reduzieren.

„Unsere Produkte werden in Maschinen eingesetzt, auf denen sie teilweise Umfangsgeschwindigkeiten von fast 300 km/h erreichen, in Sicherheitsprüfungen sogar bis zu 560 km/h. Da ist Sicherheit das A und O“, unterstreicht Florian Biemer, Klingspor-Mitarbeiter der Abteilung Testfeld & Service, die Priorität bei der Produktprüfung. Seit über zehn Jahren setzt Klingspor deshalb auf stabile und reproduzierbare Testbedingungen. Hier übernehmen Roboter statt subjektiv beeinflussbarer menschlicher Tester die belastenden Tätigkeiten. Sie führen die zu prüfenden Schleif- oder Trennmittel über oder in die Prüfwerkstücke.

Menschlichen Testern sind Grenzen gesetzt

Bis vor kurzem geschah dies konventionell mit positionsgesteuerten Abläufen. Dabei fährt der Roboter die programmierte Bahn ab. Dies gilt auch, falls sich der Widerstand zum Beispiel wegen härterer Werkstoffpartien oder größerer Materialabmessungen vergrößert. Eine Grenze setzt lediglich das maximale Drehmoment des Werkzeugantriebes. „So werden zwar tolle Schleifergebnisse erzielt, doch in der realen Anwendung kann ein Mensch solch einen Druck mitunter gar nicht aufbringen“, berichtet Florian Biemer. Diese Einschränkung beseitigen jetzt die sensitiven Fähigkeiten des Roboters mit der FC-Technologie. „Force Control ermöglicht uns Testergebnisse, die der Handanwendung sehr viel näher kommen als bislang“, so Biemer.

Die Testaufgaben des Roboters IRB 4400 sind so breit gefächert wie die Anwendungen der Klingspor-Produkte. Sie sind in Sortimenten für manuelle und maschinelle Schleifarbeiten an Metall, Holz, Glas, Lack oder anderen Werkstoffen zu finden. Das von ABB entwickelte und installierte Robotertestsystem haben die Friedberger Automationsexperten gemeinsam mit den Schleiffachleuten programmiert. Zum Testen der verschiedenen Schleifscheiben nutzen die Prüfer definierte Prozessgrößen sowie geometrisch definierte Werkstücke aus unterschiedlichen Werkstoffen. Prozessparameter sind z.B. die Größen Kraft, Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit.

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