Kollaborative Robotermesszelle für den mobilen Fertigungseinsatz

Daten ohne Zaun sammeln

Die Robotermesszelle Autoscan-RoboGauge (kurz: RoboGauge) ermöglicht eine flexible Messtechnik. Die Zelle kann schnell an unterschiedlichen Orten fertigungsnah (nearline) positioniert werden. Dank der Sicherheitssoftware DCS ist es zudem möglich, den auf einem Industrieroboter montierten 3D-Scanner im kollaborativen Modus zu betreiben. Zudem zeigt das System über eine beleuchtetete Wand die Verletzung von Sicherheitsabständen an und passt entsprechend seine Geschwindigkeit an.

Bild: Fanuc Deutschland GmbH/Löffler

Die mobile Messzelle RoboGauge richtet sich an Anwender, die Wert auf eine schnelle, genaue Messtechnik legen, die nicht auf einen einzigen Standort beschränkt sein muss. (Bild: Fanuc Deutschland GmbH/Löffler)

Messtechnik ist gefragt, nicht zuletzt weil Produktqualität und Prozesssicherheit in der Fertigung zentrale Bedeutung haben. Samuel Gelletly, Technical Product Manager bei Perceptron, München: „Wir erleben, dass große OEMs die Qualitätserfassung durch die Einrichtung zusätzlicher Inline- und Nearline-Messungen erweitern wollen. Gleichzeitig sehen wir aber auch, dass kleinere Fertigungsunternehmen sich dafür interessieren, welche Daten sie mit einem portablen Messarm erfassen können.“ Zur technischen Notwendigkeit kommt, dass durch sinkende Preise – auch für hochwertige Messtechnik – erschwingliche Lösungen für die Prozess- und Produktmessung heute auch für kleinere und mittlere Produktionsunternehmen zur Verfügung stehen und sich dort bewähren. Die Anforderungen an entsprechende Messsysteme sind unterschiedlich. Während OEM und Tier-1-Zulieferer bei hohem Durchsatz Wert auf kurze Messzyklen legen, spielt für andere Unternehmen eher der Aspekt der Flexibilität eine Rolle. Hier kommt es darauf an, viele unterschiedliche Bauteile zu messen oder mit wenig Aufwand einen zusätzlichen Messpunkt zu einer bestehenden Messroutine hinzufügen zu können.

Mobile Nearline-Messzelle

Der klimatisierte Messraum ist auch heutzutage nicht überflüssig, erfährt jedoch mit dem neuen System eine deutliche Erweiterung. Nach wie vor sind für hochgenaue Prüfungen die Bedingungen eines Messraumes erforderlich. Die Qualitätsdaten einer Inline-Messstation dienen eher dazu, anhand von 100 Prozent-Messdaten Trends zu erkennen, ob also die Prozessfähigkeit innerhalb vorgegebener Toleranzen liegt. Ein nicht direkt in die Linie integriertes Messsystem hat einen anders gelagerten Schwerpunkt. Gelletly: „Mit einer Nearline-Messzelle lässt sich in unmittelbarer Nähe zur Fertigungslinie messen.“ Im Gegensatz zur Inline-Messtechnik ist die dauerhafte räumliche Zuordnung zu einem bestimmten Prozessabschnitt aufgehoben: Ohne aufwendige Vorbereitung kann an einer bestimmten Stelle im Produktionsablauf flexibel eine konkrete Messaufgabe erledigt werden, wenn z.B. Prozessdaten vorübergehend intensiver aufgenommen werden sollen. Mit der neuen Robotermesszelle gibt es nun eine Ressource, die mobil ist und genau arbeitet. Die Zelle muss nicht einmal am Boden verschraubt werden. Die Messanordnung besteht im Wesentlichen aus einem mobilen Tisch mit Fanuc-Roboter, der den Helix-Scanner handhabt, außerdem einer Auswertesoftware sowie der Sicherheitssoftware Dual Check Safety von Fanuc. Im einfachsten Fall orientiert sich der Roboter an seinem eigenen Koordinatensystem. Genauer lässt sich die Position einstellen, indem der Roboter mithilfe eines Lasertrackers kalibriert wird. Abweichungen von der idealen Position werden über ein kinematisches Modell kompensiert. Außerdem kann der Tisch mit Drei-Kugel-Artefakten ausgerüstet werden, mit denen sich die Position des TCP genau bestimmen lässt. Dank der integrierten Sicherheitsscanner lässt sich die Zelle schnell an einem neuen Standort aufbauen, ohne dass sie eingehaust oder mit einem Sicherheitszaun abgesperrt wird. Der Helix-Sensor ermöglicht für unterschiedliche Oberflächen eine präzise Merkmalsextraktion aus der aufgenommenen Punktwolke. Das gilt insbesondere auch für hochglänzende und polierte Oberflächen, die ohne Bauteil-Vorbehandlung mit einem Helix-HDR-Sensor (High Dynamic Range) erfasst werden können. Samuel Gelletly betont: „Da das RoboGauge-System auf unserer Inline-Technologie basiert, profitiert der Kunde davon, dass wir im Verlauf der Jahre die Aspekte Automatisierung, Geschwindigkeit und Robustheit perfektioniert haben.“ Aber ist der Robotertyp nicht egal? Gelletly greift auf Erfahrungen zurück: „Schon unsere erste Autoscan-Generation vor über zehn Jahren war mit einem Roboter von Fanuc bestückt.“ Damals war Fanuc der einzige Hersteller, der ein sogenanntes Latching-Modul hatte, das speziell die Roboterposition schnell liefern konnte. Beim damals verwendeten Messverfahren wurde noch der Sensor für den Scanvorgang über das Bauteil bewegt. Bei der aktuellen Konfiguration wird in einer Fixposition gescannt, dann in die nächste Messposition verfahren.

Kein Schutzzaun notwendig

Auch die RoboGauge-Lösung wurde mit einem Fanuc-Roboter realisiert. Der M-10iA hat sich durch seine Leistungsdaten, Reichweite und Zuverlässigkeit für diese Aufgabe qualifiziert. Als Plus in der Praxis erweist sich außerdem das hohle Handgelenk: „Das ist wahrscheinlich das beste Schlauchpaket, das wir bekommen konnten – eine saubere Lösung.“ Das DCS-Modul von Fanuc bildet die Grundlage für das flexible Sicherheitskonzept. Die Dual-Check-Sicherheitsfunktionalität bietet viele Möglichkeiten und Flexibilität für ein solches automatisiertes System in der Fertigung, bei dem ein direkter Bedienereingriff lediglich zum Einlegen und Entnehmen von Bauteilen erforderlich ist. Ist kein Bediener in der Nähe, arbeitet das System mit maximaler Geschwindigkeit. Tritt der Bediener in den definierten Nahbereich, verlangsamt der Roboter zunächst seine Geschwindigkeit. Detektieren die Umgebungsscanner eine weitere Annäherung, bleibt der Roboter ganz stehen. Spezielle Softwareoptionen sind nicht erforderlich, weder für das Messsystem noch für die Robotersteuerung. RoboGauge stellt eine Erweiterung der bestehenden Inline-Messtechniklösungen von Perceptron dar und setzt auf der gleichen Softwareplattform auf. Gelletly: „Zu entwickeln waren nur das System Packaging und die Umsetzung der kollaborativen Sicherheitsfunktionalität.“ Die Eigenschaft kollaborativ bezieht sich bei der mobilen Messzelle lediglich auf die Abwesenheit einer physikalischen Barriere – nicht auf einen für sich selbst genommen schon kollaborativen Roboter. Allerdings räumt der Product Manager ein, dass „der grüne kollaborative Roboter von Fanuc eine noch größere Nähe ermöglichen würde.“

Daten ohne Zaun sammeln
Bild: Fanuc Deutschland GmbH/Löffler


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