Drehmomentsensoren Sensorik macht die Mensch-Maschine-Interaktion sicher

Redakteur: Jan Vollmuth

Damit Menschen gefahrlos mit Roboter zusammenarbeiten können, müssen Roboter hochsensibel auf Berührungen reagieren. Drehmomentsensoren machen's möglich.

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(Bild: NCTE)

Industrieroboter erledigen ihren Job ganz nach Programm, beispielsweise beim Setzen von Nieten. Dabei können sie nicht unterscheiden, ob sie eine Niete in das vorgesehen Werkstück setzen oder in einen im Weg stehenden anderen Gegenstand – etwa dem Arm eines Arbeiters. Daher arbeiten Roboter aus Sicherheitsgründen meist in einem Käfig. Doch mit zunehmender Automatisierung wird Mensch-Maschine-Interaktion wird immer wichtiger, um Prozesse schneller und flexibler gestalten zu können. Dazu benötigen Roboter neue Fertigkeiten, die eine sichere Kollaboration ermöglicht. Voraussetzung dafür: eine präzise Echtzeit-Kraftmessung.

Bewegung automatisch bremsen

Hier kommen Drehmomentsensoren ins Spiel: Angebracht auf Achsen und Gelenken der Roboterarme erfassen sie kontinuierlich die auftretenden Kräfte und sorgen so dafür, dass der Antrieb exakt an das ermittelte Drehmoment angepasst werden kann. Registriert der Roboterarm auf seinem Weg auch nur die geringste Abweichung der vorgegebenen Kräfte, wird die Bewegung automatisch gebremst bzw. abgebrochen.

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Drehmomentsensoren auf Basis von Dehnmessstreifen versagen bei der geschilderten Aufgabe meist ihren Dienst: Mechanische, thermische und chemische Beanspruchung bringen herkömmliche Lösungen schnell an ihre Grenzen. benötigt wird eine robuste Technologie, die diesen Belastungen standhält. Eine Lösung stellt die vom Sensorikexperten NCTE entwickelte Messtechnologie dar, die vollständig berührungsfrei arbeitet. Im patentierten NCTE-Prozess werden Welle, Achse oder beliebige rotierende Komponenten des Roboters selbst zum Primärsensor. Zur Kraftmessung nutzt NCTE das Prinzip der Magnetostriktion. In einem eigenentwickelten, patentgeschützten Strompulsverfahren wird die Achse dauerhaft mit einer remanenten, schwachen magnetischen Kodierung versehen.

Langzeitstabiles Magnetfeld

Das dabei erzeugte Magnetfeld ist langzeitstabil und unempfindlich gegen anspruchsvolle Umgebungsbedingungen wie Vibrationen, hohe Umdrehungszahlen und Temperaturen. Nahe der Achse erfassen hochauflösende Miniatursensoren berührungslos und verschleißfrei selbst kleinste Magnetfeldänderungen durch einen Luftspalt von mehreren Millimetern. Dies ermöglicht präzise, serientaugliche Echtzeitmessungen zur optimalen Steuerung des Roboterantriebs – und damit dauerhaft hohe Sicherheit für den Interaktionspartner Mensch.

Vorteile sprechen für sich

Für Automatisierungsanwendungen bietet die berührungslose Technologie eine Reihe entscheidender Vorteile:

  • Optimale Sicherheit des Betreiberpersonals durch Abbruch bzw. Herunterregulierung von Bewegungen bei erkannter Kraftänderung – Die kontinuierliche Echtzeitmessung erkennt zu jedem Zeitpunkt kleinste Veränderungen der auftretenden Kräfte und Momente an den Achsen und ermöglicht dadurch eine unmittelbare Echtzeitanpassung der entsprechenden Bewegungen. So können Unfälle sicher vermieden werden.
  • Erleichterte Einlernbarkeit des Roboters – Beim herkömmlichen Teach-in werden an jeder gewünschten Position die erforderlichen Koordinaten und Rahmenmessgrößen in der Steuerung eingespeichert. Auf diese Weise wird der gesamte Arbeitszyklus einprogrammiert. Über die präzise Kraftmessung mit berührungslosen Sensoren „lernt“ der Roboter nun, welche Drehmomente und Kräfte im jeweiligen Arbeitsschritt einzuhalten sind. Da die Kräfte exakt und mit minimierten Trägheitsmomenten gemessen werden, ist eine hochdynamische und besonders sichere Regelung möglich.
  • Überwachung von Nebenaggregaten – Eine weitere attraktive Einsatzmöglichkeit berührungsloser Drehmomentsensoren liegt in der automatisierten Überwachung von Antrieben interagierender Aggregate. Echtzeitmessung der auftretenden Kräfte vermeidet sicher Fehlfunktionen, Kollisionen und Beschädigungen aller Art. Dies erhöht insgesamt Ausfallsicherheit, Effizienz und Verfügbarkeit der Anlagen, steigert die Produktionsleistung und vermeidet Reparaturkosten.

Zahlreiche Einsatzgebiete

Sensoren von NCTE sind bereits in vielen anspruchsvollen Industrien erfolgreich im Einsatz, z.B. in Windkraftanlagen, in der Automobilindustrie, in Elektro-Bikes, im Motorsport, in der Luftfahrt oder im Prüfstandsbau. Überall, wo Kräfte extrem robust, präzise und serientauglich gemessen werden müssen, helfen die intelligenten NCTE-Lösungen, Maschinenausfälle zu vermeiden, Effizienz und Produktivität zu steigern, Gewicht zu reduzieren und Kosten zu sparen.

NCTE verfügt über ein attraktives Portfolio sofort verfügbarer Standardsensoren für die oben erwähnten und zahlreiche weitere Anwendungen. Auf Wunsch integrieren die NCTE-Experten auch Sensoren in kundenspezifische Applikationen. Ergänzt wird das umfassende Angebot durch verschiedene bereits in Serie gelieferte OEM-Lösungen und Nachrüstangebote für bestehende Anlagen. (jv)

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