DER KONSTRUKTEUR 5/2018

ROBOTIK
POSITIONIERGENAUIGKEIT
SIGNIFIKANT STEIGERN
Aktuell erweitert sich das Einsatzgebiet von
Industrierobotern. Zu klassischen Anwendungen
wie Schweißen oder Heben schwerer Lasten
gesellen sich Aufgaben, die eine hohe
Positioniergenauigkeit am Tool Center Point des
Roboterarms erfordern. Voraussetzung hierfür
sind hochgenaue abtriebsseitige Messgeräte.
SPECIAL
Vor allem in der Luft- und Raumfahrtindustrie müssen sehr
große Bauteile mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden.
Ein Roboter ist dafür die ideale Lösung. Denn er kann
selbst an gewaltigen Teilen wie einem Flugzeugrumpf problemlos
jede beliebige Stelle erreichen und dort z. B. Bohrungen
setzen und Fräsbearbeitungen durchführen. Werkzeugmaschinen
würden zwar die geforderten Genauigkeiten spielend erreichen,
sind aber zu unflexibel oder als Sondermaschinen extrem teuer.
FAKTOREN FÜR GENAUIGKEIT
Damit ein Roboter genau genug für solche Anwendungen ist, muss
der Tool Center Point, also das Werkzeug am Ende des Roboterarms,
ausreichend genau positioniert und geführt werden. Beim
klassischen Industrieroboter sorgen dabei allerdings viele Faktoren
für Abweichungen.
Die gewünschte Beweglichkeit erreichen nur Roboter mit serieller
Kinematik, z. B. Gelenkarmroboter mit sechs Achsen. Für den
Antrieb jeder dieser Achsen sind ein Servomotor und ein Getriebe
erforderlich, sodass Nulllagenfehler, Umkehrspiel und Gelenkelastizitäten
Ungenauigkeiten verursachen. Krafteinwirkung und dynamische
Effekte gehen zu Lasten der absoluten Positionsgenauigkeit.
Sie wirken während des Bearbeitungsprozesses auf die Steifigkeit
der Robotermechanik.
Fortschrittliche Kalibriermethoden erlauben bereits das mehrfache
Anfahren des Tool Center Points auf eine bestimmte Position
mit einer Genauigkeit von wenigen Hundertstel Millimetern. Die
Wiederholgenauigkeit von Gelenkarmrobotern liegt – je nach Hersteller
– gemäß ISO 9283 bei ± 0,1 mm und besser.
Die erreichbare Absolutgenauigkeit innerhalb des Roboterkoordinatensystems
ist der Wiederholgenauigkeit gegenüber allerdings
um Faktor 10 schlechter. Gelenkarmroboter erreichen heute in der
Praxis – je nach Ausführung, maximaler Reichweite und Traglast –
eine absolute Positionsgenauigkeit von ± 1 mm. Für Anforderungen,
wie sie die Luftfahrtindustrie stellt, ist dies aber unzureichend.
MOTORREGELUNG UND POSITIONSMESSUNG
Eine signifikante Verbesserung der absoluten Positionsgenauigkeit
erreichen die Roboterhersteller durch den Einsatz zusätzlicher,
hochgenauer Winkelmessgeräte oder Drehgeber an jeder Roboterachse,
den sogenannten Secondary Encoders. Klassische Drehgeber
übernehmen weiterhin das Motorfeedback der Servomotoren
an den Achsen der Roboter.
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