Roboter-System erzeugt exakt auswertbare Daten

Menschliche Tester übertroffen

Tests ermöglichen Voraussagen über zukünftige Realitäten. Die Ergebnisse helfen Herstellern, die Qualität Ihrer Produkte zu verifizieren, zu verbessern und zu dokumentieren. Bei Klingspor dreht es sich um Schleifteller und Trennscheiben - deren Tester sind Robotersysteme mit Force Control-Technologie.

Die Force Control-Technologie mit konstant einstellbarer Bearbeitungskraft oder variabler Vorschubgeschwindigkeit ist für unterschiedliche Prüfanforderungen und -prozesse geeignet. (Foto: ABB)

Wenn Roboter als Werkzeugmaschine fungieren - wenn Sie also Werkzeuge zum Bearbeiten von Werkstoffen führen - sind sie konventionell 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 des Antriebs. Daraus entstehen bei Bearbeitungsprozessen Risiken wie Zerstörung des Werkstücks, Werkzeugbruch oder Beschädigung des Antriebs.

Beim überwiegend manuellen Schleifen und Trennen widerspricht diese Belastungsart der Praxis, denn der Mensch würde bei größerem Widerstand seine Bewegung und damit die Vorschubgeschwindigkeit reduzieren. Beim Testen von Schleif- und Trennwerkzeugen können je nach Ziel entweder das Konstanthalten der Prozesskraft oder das situative Verändern der Geschwindigkeit erwünscht sein. Diese Wünsche realisiert die Force Control-Technologie (FC) mit den wählbaren Alternativen FC Pressure und FC Speedchange.

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Roboter mit sensitiven Fähigkeiten

Bei Klingspor werden Produkte in Maschinen eingesetzt, auf denen sie teilweise Umfangsgeschwindigkeiten von fast 300 Kilometer pro Stunde erreichen, in Sicherheitsprüfungen sogar bis zu 560 Kilometer pro Stunde. Roboter übernehmen hier die Testarbeiten: Sie führen die zu prüfenden Schleif- oder Trennmittel über oder in die Prüfwerkstücke. 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. Die sensitiven Fähigkeiten des Roboters mit der FC-Technologie ermöglicht Testergebnisse, die der Handanwendung nahekommen. 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 zum Beispiel die Größen Kraft, Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit.

Steuerung stellt Geschwindigkeit ein

Über eine Schnittstelle liefert die Robotersteuerung die Daten an den angeschlossenen PC. Er ist per SAP-Interface mit der Produktentwicklung von Klingspor verbunden. Kurzfristig liefern die Tests aussagekräftige und reproduzierbare Ergebnisse. Daraus lassen sich Erkenntnisse zur Kornhaftung, zum Verschleißverhalten und in dessen Folge zur Performance der einzelnen Produkte ableiten. Für das Testen der Schleifscheiben ist die Variante FC Pressure das Verfahren der Wahl. Beim Prüfen von Trennscheiben nutzt die Robotersteuerung die Variante FC Speedchange; sie passt die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Reaktionskräften an.

Vor der Prüfung definieren die Prüfer den Grenzverschleißdurchmesser der Trennscheibe. Für jeden Trennschnitt misst das System die Dauer. Außerdem ermittelt es taktil die Durchmesserreduzierung. Zusätzlich kann es die auftretenden Seitenkräfte und so die Belastbarkeit der Scheibe beim Verkanten ermitteln. Für die Prüfaufgabe nutzt das Testteam vorkonfigurierte Programme; die Parameter werden für die einzelnen Tests jeweils angepasst. Dateneingabe und Roboterbedienung erfolgen über eine mobile Bedienkonsole Flex-Pendant. Das handliche Gerät in mittlerer Tablet-Computergröße sendet seine Signale an die Robotersteuerung IRC5, die die Daten verarbeitet. Der angeschlossene PC visualisiert die Dateien tabellarisch und grafisch.

Dieses Robotertestsystem bietet noch weitere wichtige Anwendungslösungen: Statt der Spindeln mit Schleifscheibenaufnahme kann der Roboterarm auch direkt komplette handelsübliche Handmaschinen fassen. Dies ermöglicht das Testen unterschiedlich leistungsfähiger Maschinen und Marken sowie der Auswirkungen auf die Klingspor-Produkte. Diese Tests geben Auskunft darüber, wie sich leistungsstarke Schleifmopteller vergleichend an leistungsstarken und -schwachen Winkelschleifern verhalten - und auch, wie sich die Maschinen verhalten. Auch unterschiedliche Stromversorgungen, beispielsweise mit Spannungen von 110 oder 230 Volt, lassen sich mit den Systemen simulieren.    pb

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