Mess- und Prüfsysteme

Anpassungskünstler

Roboter-Prüfzellen für die Automobilindustrie
Basis einer typischen Mess- und Prüfzelle des Anbieters ist ein Stäubli-Sechsachsroboter mit Kraft-Momenten-Sensor.
Prüfsysteme für Automobilteile haben sich längst bewährt. Ist Flexibilität in der Anwendung gefragt, kommen gängige NC-Achsen-Lösungen allerdings schnell an ihre Grenzen. Ganz anders robotergestützte Prüfzellen: Das Anwendungsbeispiel einer Lüftungsklappe zeigt, wie hochflexibel sich solche Systeme einsetzen lassen.

Haptische Messsysteme gibt es schon seit Jahrzehnten, meint Burkhard Weber, Geschäftsleiter von Weber Systemtechnik in Wetzlar. „Allerdings sind solche auf NC-Achsen basierenden Systeme relativ einfach strukturiert. Je komplexer die zu prüfenden Produkte sind, desto schwieriger ist es, die Mess- und Prüfaufgaben mit diesen Systemen zu bewältigen. Hochflexible Systeme mit Robotern sind für solche komplexen Aufgaben besser geeignet.“ Der Wetzlarer Systemspezialist hat Mess- und Prüfsysteme überwiegend für die Automobilindustrie im Programm. Das Unternehmen liefert auch mit eigenen Mess- und Prüfsystemen ausgestattete komplette Endmontagelinien etwa für die Produktion von Autoradios, Navigations- und Infotainment-Systemen. Die Angebotsschwerpunkte liegen bei haptischen Messsystemen auf Basis von Robotern und Vision-Systemen vorwiegend für die Qualitätssicherung.

Flexibilität gibt Investitionssicherheit

Die größten Vorteile einer roboterunterstützten Prüfung gegenüber Systemen mit NC-Achsen sind in den Freiheitsgraden von Roboter und Kraft-Momenten-Sensor begründet, durch die sich – mit entsprechenden Werkzeugen ausgerüstet – selbst komplizierteste Konturen abfahren lassen. „Die Flexibilität des Systems gibt dem Kunden Investitionssicherheit“, so Weber. „Sollte sich im Laufe der Zeit sein Produktspektrum ändern, so muss er die Prüfzelle nicht aufwendig an die neuen Gegebenheiten anpassen, sondern nur ein entsprechendes Werkzeug integrieren.

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Die Basis einer typischen Stand-alone-Mess- und Prüfzelle des Anbieters bildet ein mit einem Kraft-Momenten-Sensor von Schunk ausgestatteter Stäubli-Sechsachsroboter vom Typ TX 60. Der nach dem Dehnungsmessstreifen-Prinzip arbeitende Sensor kann in den Raumachsen x, y und z jeweils Kräfte und Momente aufnehmen. In der Zelle lassen sich haptische Prüfungen zum Beispiel an Bedienelementen, etwa Drucktasten, Drehsteller, Bedienräder, -wippen oder -schieber, durchführen. Herausforderung bei der Konzeption solcher Zellen ist beispielsweise die vom Roboter gelieferten Positionen und mechanischen Informationen des Sensors über Kräfte und Momente zusammenzubringen – mit hoher Auflösung und Geschwindigkeit.

Hohe Roboter-Performance

In einer aktuellen Kundenanwendung prüft das Robotersystem die einheitliche Bedienbarkeit von Lüftungsklappen. Vor Implementierung der Anlage hatte der Automobilzulieferer die Prüfung als Dienstleistung eingekauft. Prüfmerkmale sind die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Bedienelemente sowie die Erfüllung der geforderten Spezifikationen, etwa aufzubringende Maximalkraft und Position der Rastungen. Diese Charakteristiken sind teilweise sehr filigran, wenig ausgeprägt und zeitlich kurz, weswegen der Roboter eine hohe Performance bei der zeitlichen Auflösung der Signale benötigt.

Einen Roboter als Messsystem für solche Anwendungen und nicht für Handling- und Montageaufgaben einzusetzen war auch für den Anbieter Stäubli eine relativ neue Erfahrung. „Bei einem von uns durchgeführten Benchmarking unter allen Roboterherstellern schieden aber die meisten Anbieter aus, da die Roboter die geforderte hohe Auflösung bei der Weg- und Positionsinformation nicht zur Verfügung stellen konnten“, erinnert sich Weber. Unter den wenigen verbliebenen Herstellern setzte sich Stäubli mit dem besten Leistungsspektrum seiner Roboter an die Spitze.

Drei Arten von Bedienelementen – Bedienrad, Bedienwippe und seitlicher Schieber – werden jeweils für die Fahrer- und Beifahrerseite auf ihre Funktionalität hin geprüft. Die gesamte Prüfung dauert etwa eineinhalb Minuten. Dazu werden die Prüflinge manuell in die Anlage eingelegt, und die Prüfung wird gestartet. Der Roboter setzt sich in Bewegung, ein am Roboterarm befindliches Traktionsrad setzt auf dem Bedienrad der Lüftungsklappe auf, betätigt es jeweils einmal in beide Bedienrichtungen und nimmt dabei die erforderlichen Momente auf.

Unter dem Traktionsrad befindet sich ein schraubenzieherklingenartiges Werkzeug, mit dem der Roboter die Bedienwippe der Lüftungsklappe nach oben und unten und den seitlichen Schieber nach links und rechts bewegt. Im Hintergrund des Prüfablaufs werden sämtliche notwendigen Weg-, Kraft- und Momenten-Informationen gesammelt, daraus entsprechende Kurven generiert und einer Analyse zugeführt. Dabei werden mit Hilfe geeigneter Analysefunktionen in definierten Suchbereichen charakteristische Punkte – zum Beispiel Rastkräfte – ermittelt, die dem Kunden Information darüber geben, ob sein Produkt die geforderten Qualitätskriterien erfüllt. Neben einer vollautomatisierten Analyse und Auswertung ist auch eine manuelle Interaktiv-Analyse möglich, wodurch sich Serviceaufgaben wahrnehmen lassen sowie die Einrichtung der automatischen Analyse. Die Datenspeicherung lässt sich ebenfalls automatisiert oder manuell vornehmen. Außerdem ist es jederzeit möglich, Offline-Analysen an zuvor gespeicherten Kurvendaten durchzuführen. pb

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