Leistung und Zuverlässigkeit bei Scara-Robotern steigern

Unter die Haube geschaut

Derzeit entwickeln sich die Funktionen und die Leistung von Scara-Robotern weiter. Neue Designs ermöglichen es kleineren Robotern, größere Aufträge zu bewältigen und hohe Auslenkungsgeschwindigkeiten zu erreichen, um die Taktzeit gering zu halten. Diese und weitere Entwicklungen lassen sich durch einen Blick unter die Haube der heutigen Scara-Roboter genauer untersuchen.

Deckenmontierte Scara-Roboter verbinden hohe Geschwindigkeit mit Platzersparnis. (Bild: Yamaha Motor Europe N.V)

Technische Neuerungen zur Verbesserung der Bewegungsregelung des Roboterkopfs tragen dazu bei, sowohl die Geschwindigkeit als auch die Positionsgenauigkeit von Scara-Robotern zu erhöhen. Pick&Place-Prozesse z.B. erfordern perfekt geregelte Z-Achsen (Hub) und R-Achsen (Rotation). Üblicherweise wird die Bewegung der Z-Achse über eine Gewindespindel realisiert, die vom Vertikal-Spindelmotor angetrieben wird, während die R-Achse über einen Riemen vom Drehwellenmotor gesteuert wird. Beide Riemenantriebe können durch Direktantriebe ersetzt werden, die Alterung und die Gefahr von Bruch oder Dehnung der Riemen ausschließen, was zu einer höheren Langzeitgenauigkeit und reduzierter Wartung führt. Yamaha hat einen direkten Kugelspindelantrieb für die riemenlose Z-Achsenregelung entwickelt und dabei ein kombiniertes System aus Hohlwellenmotor und koaxialem Untersetzungsgetriebe genutzt, das mehrere Vorteile für die R-Achsenbewegungssteuerung bietet. Neben dem präzisen und langlebigen riemenlosen Antrieb ermöglichen der Hohlwellenmotor und das Untersetzungsgetriebe höhere Drehzahlen der R-Achse bei hohen Nutzlasten mit großem Versatz. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen riemengetriebenen R-Achse, die beim Positionieren von Lasten mit großem Trägheitsmoment verzögern muss, kann der riemenlose Antrieb ein höheres Trägheitsmoment tolerieren, da die Roboterkopf-Drehachse direkt koaxial zum Untersetzungsgetriebe ist. Darüber hinaus trägt die Anpassung der Antriebsübersetzungen dazu bei, die schnellstmögliche Drehzahl und x-y-Bewegung im gesamten Arbeitsbereich der Maschine zu erreichen, was zu kürzeren Zykluszeiten führt. Das ist besonders wichtig für Prozesse, bei denen Objekte über große Entfernungen bewegt werden.

Reduzierter Platzbedarf

Die aktuelle Palette an Scara-Roboter mit riemenlosem Antrieb decken Größen bis ca. 1200mm Armlänge und ca. 50kg maximaler Nutzlast ab. Kleinere Modelle bis herab zu ca. 120mm und 1kg maximaler Nutzlast ermöglichen es dem Anwender, hochleistungsfähige, platzsparende Montagezellen zu konfigurieren, die nur eine geringe Aufstellfläche beanspruchen. Bei besonders beengten Platzverhältnissen können deckenmontierte Scara-Roboter jede beliebige Stelle innerhalb des Arbeitsbereichs erreichen, was den Platzbedarf des Prozesses reduziert. Bei (deckenmontierten) Orbital-Scara-Robotern ist die optimale Gewichtsverteilung der Schlüssel zu hohen Verfahrgeschwindigkeiten bei hoher Nutzlastfähigkeit. Yamaha verwendet leichte Materialien und nutzt eine angepasste interne Motorpositionierung, um eine Standardzykluszeit für das Bewegen einer 1kg Last (300mm horizontal und 25mm auf/ab) von 0,29s zu erreichen, was etwa 36 Prozent schneller ist als bei Vorgängermodellen. Die maximale Nutzlast liegt bei 5kg. Ein weiterer Vorteil, der sich aus einer besseren Balance und einer geringeren Trägheit ergibt, ist die Reduzierung der Belastung des Montagerahmens, der zur Aufnahme des Roboters installiert werden muss. Das ermöglicht ein leichtes, schlankes Design, das Kosten spart und die Installation im Werk erleichtert.

Verbesserte Anlagenverfügbarkeit

Die langfristige Positioniergenauigkeit und Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse kann durch den Ersatz optischer Drehgeber durch Magnetresolver zur Positionserfassung verbessert werden. Magnetresolver sind immun gegen Erschütterungen und elektrische Störungen, die optische Drehgeber beeinträchtigen können. Der Magnetresolver profitiert von einer einfachen Konstruktion mit nur wenigen elektronischen Bauteilen, die für mehr Zuverlässigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit sorgt. Darüber hinaus kann die konsequente Vereinfachung der Wartung einen wertvollen Beitrag zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit leisten. Die Gestaltung der Abdeckungen hinsichtlich einfacher Demontage ermöglicht es, notwendige Wartungen oder Reparaturen schnell durchzuführen. Darüber hinaus entfallen durch die Langzeitformulierungen der Schmierfette zeitaufwändige Demontagen und Schmierungen während der gesamten Lebensdauer des Geräts.

Plug&Play-Vision-System

Ein optionales Vision-S ystem erweitert den Funktionsumfang des Roboters um die Suche nach Werkstücken und die Korrektur von Positionsabweichungen. In der Vergangenheit wurde die Bildverarbeitung getrennt vom Roboter gesteuert, was spezielle Kenntnisse erforderte, um das Bildverarbeitungssystem zu programmieren und die Ergebnisse für Roboteranweisungen zu nutzen. Die neuesten Bildverarbeitungssysteme beseitigen diese Hürde und lassen sich in das Roboterprogramm integrieren, um einen Plug&Play-Betrieb und eine kürzere Inbetriebnahmezeit zu ermöglichen. Kommunikationsverzögerungen zwischen dem Bildverarbeitungs- und dem Robotersystem werden ebenfalls eliminiert. Das iVY2-Vision-System und die RCX340-Steuerung von Yamaha verbessern die Leistung, unter anderem mit dem neuen CTMove-Befehl, der einen kompletten Förderband-Trackingzyklus von der Startposition bis zur Komponentenaufnahme ausführt und dabei drei separate Anweisungen ersetzt, um die Aufnahme und Platzierung von bis zu 100 Teilen pro Minute zu ermöglichen.

Spezielle Anforderungen

Schließlich können neue Konfigurationen in Betracht gezogen werden, um speziellen Anforderungen gerecht zu werden. Die Scara-Roboter für die Invers-Wandmontage sind speziell dafür ausgelegt, das Werkstück von unten anzuheben, was eine Kontamination durch herabfallende Partikel wie Staub oder Feuchtigkeit verhindert, die sich auf der Oberfläche des Roboters angesammelt haben könnten. Scara-Roboter sind auch als Reinraumroboter erhältlich, die von einem riemenlosen Betrieb profitieren, der Verunreinigungen durch Abrieb eliminiert, und mit einer integrierten Absaugung an der Rückseite der Maschine zur Vermeidung von Staubemissionen beiträgt.