Anpassungskünstler

Bei Prüfsystemen ist meist Flexibilität gefragt. Und wenn Flexibilität gebraucht wird, wie bei der Prüfung von Automobilteilen, kommen gängige Lösungen mit NC-Achsen schnell an ihre Grenzen. Ganz anders robotergestützte Prüfzellen, wie das Beispiel von Weber Systemtechnik zeigt, auf deren Anlagen Automobil-Komponenten getestet werden.

Das Prinzip ist gängig. „Haptische Messsysteme gibt es schon seit Jahrzehnten“, weiß 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.“

Flexibilität gibt Investitionssicherheit

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.

Die größten Vorteile, die eine roboterunterstützte Prüfung gegenüber Systemen mit NC-Achsen mit sich bringt, sind in den Freiheitsgraden von Roboter und Kraft-Momenten-Sensor begründet, durch die sich, mit den entsprechenden Werkzeugen ausgerüstet, selbst sehr komplizierte 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. 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 TX60. 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 oder Bedienräder, durchführen.

„Bisher gibt es nur wenige Anbieter, die solche Mess- und Prüfzellen herstellen“, weiß Arndt-Ulrich Klein, Softwareentwicklung Mess- und Prüfsysteme bei dem Anbieter. „Eine Herausforderung bei der Konzeption ist es beispielsweise, die vom Roboter gelieferten Positionen und die Informationen des Sensors über Kräfte und Momente zusammenzubringen, und zwar mit einer hohen Auflösung und Geschwindigkeit.“

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 zum einen die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Bedienelemente und zum anderen die Erfüllung der geforderten Spezifikationen wie 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.

Alle Informationen korrekt zusammenführen

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 Prüfung dauert etwa 1,5 Minuten. Dazu werden die Prüflinge manuell in die Anlage eingelegt. Der Roboter setzt sich in Bewegung, ein Traktionsrad am Handgelenk setzt auf dem Bedienrad der Lüftungsklappe auf, betätigt es jeweils einmal in beide Bedienrichtungen und nimmt dabei die erforderlichen Momente auf.

„Eine Herausforderung bei der Konzeption der Anlage war es, sämtliche im Hintergrund erfassten Informationen zeitlich zu koordinieren und zusammenzuführen. Ebenfalls keine leichte Aufgabe war es, für Stabilität und Wiederholbarkeit des Prozesses zu sorgen“, erinnert sich Klein. Als Beispiel nennt er das Sicherstellen einheitlicher Messwerte und Bewegungsmuster. „Zu Hilfe kam uns, dass sich unser Analysetool schon bei mit NC-Achsen ausgestatteten Prüfsystemen bewährt hatte“, so Weber. „Einzig die Verbindung mit dem Robotersystem war Neuland für uns.“ Fehlermeldungen während des Prüfprozesses betreffen beispielsweise defekte Bedienelemente. So genannte Analysefehler treten auf, wenn die Kraftüberlast zwar nicht so groß ist, dass der Roboter abschaltet, die Werte während des Prüfprozesses sich aber aufgrund von Produktfehlern aus den Toleranzgrenzen bewegen, was zu einer Fehlermeldung führt. „Durch die Prüfzelle selbst verursachte Fehler kommen allerdings nicht vor“, ist Kleins Erfahrung, „und wenn, dann ist in 99,9 % der Fälle ein Bedienerfehler dafür verantwortlich.“

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