Robotergestützte Haptikkontrolle
Cyber-physikalische Prüfsysteme zum Anfassen
Damit das 80.000 Euro teure Auto nicht wegen eines schwergängigen Drehstellers in die Werkstatt muss, verlangen seine Hersteller intensive Testszenarien. Prüfsysteme von Systec setzten die immer schärfer werdenden Anforderungen um. Herzstück in den flexiblen Zellen sind Roboter mit höchster Präzision.
Kasten (Bild: Mitsubishi Electric)
Geht es um den Bandendetest von Bedien- und Kraftfahrzeug-Anzeigekomponenten, so finden sich vermehrt Prüfsysteme der Firma Systec im Einsatz. Der Systemanbieter von automatisierten Testsystemen mit Sitz in Nürnberg profitiert hier von den Anforderungen der deutschen Automobilbauer, die als Standard eine vollständige Prüfung von Knöpfen, Schaltern und Drehreglern festlegt. Der Hersteller dieser Prüfsysteme ist seit vielen Jahren Mitglied im Automation Network von Mitsubishi Electric. Somit sind bereits sehr viele der hochwertigen Bedienelemente in deutschen Oberklassefahrzeugen von einem Mitsubishi Electric-Roboter bedient wurden.
Kompaktes Prüfsystem
Das cyber-physikalische, produktflexible Testsystem Cyberflex für Labor und Fertigung besteht aus einem kompakten vier-Achs-Scara-Roboter von Mitsubishi Electric und einer Prüflingsaufnahme mit Dreh- und Schwenkeinheit, die zusammen einen virtuellen sechs-Achs-Roboter mit hoher Steifigkeit und Flexibilität bilden. Systec hat den Roboter mit einem selbstentwickelten Drehhaptik-Modul und einem Kamerasystem ausgestattet. Dieses bietet zahlreiche Prüfoptionen: Haptik, Bildverarbeitung, Lichttechnik, Akustik, Kraft-Momenten-Messung und Vibration. Unter Einsatz der Bussysteme CAN, LIN, Automotive Ethernet, Most und Flexray lassen sich unterschiedliche Anwendungen umsetzen. Das Stahlgestell bietet den Rahmen, um lichttechnische und haptische Prüfungen winkelabhängig durchführen zu können. In der hier abgebildeten Version prüft das System Drehsteller im Automobilbereich. Dreht der Lautstärkeknopf am Radio über den gesamten Drehwinkel mit der richtigen Kraft? Für solche Aufgaben ist Präzision am Greifer unerlässlich. Es muss sichergestellt sein, dass ein Fehler nicht am Prüfsystem, sondern am zu prüfenden Objekt liegt. Auf Roboter von Mitsubishi Electric setzt der Hersteller der Prüfsysteme aufgrund der weitreichenden Produktpalette des Automatisierers, der neben Robotern auch Steuerungs- und Antriebstechnik anbietet. Aktuell nutzt Systec den Roboter RH-6FH5520. „Er zeichnet sich durch extrem hohe Steifigkeit, hohe Wiederholgenauigkeit, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit aus“, sagt Herbert Pichlik, technischer Leiter (CTO) bei Systec. Der Roboter wird über den skalierbaren Controller CR750 angesteuert. Durch die standardisierte Möglichkeit, zusätzliche Achsen anzusteuern und dem im System integrierten Servoverstärker MR-J4W2_22B sind die weiteren Achsen für Drehen und Schwenken des Prüflings ohne zusätzliche Software integrierbar. Ausgeführt werden die Bewegungen von den Servomotoren HF-KP13B und HF-KP13.
Vielfältig einsetzbar
Pichlik kann auf mehr als 20 Jahre Erfahrung mit automatisierten Test und Prüfsystemen zurückblicken. Seine Ingenieure achteten seit Beginn der Entwicklung von Cyberflex vor sieben Jahren darauf, eine Plattform zu schaffen, die durch die Hard- und Software-Architektur die Voraussetzung für eine kosteneffiziente-, produktflexible und prozesssichere Fertigung sicherzustellen. Selbstlernende, sich selbst verbessernde Abläufe, Selbstkalibrierung und -justage, ressourcenschonende Hardware und eine effiziente Ablaufplanung sollen dazu beitragen. Zudem sind die Systeme für den weltweiten Einsatz vorbereitet: sie haben eine mehrsprachige Oberfläche sowie eine automatische Anpassung an unterschiedliche Stromnetze und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Feuchte. Mit USVs und Fernwartungsfunktion werden die Verfügbarkeit der Systeme erhöht. Zentrale Rechner- und Messtechnikkomponenten sind ein 19-Zoll-PC mit Servermainboard und aktueller Xeon-Architektur, ein optionales PXI-Chassis mit Einsteckkarten wie CAN und DMM sowie ein im Standard integriertes Systec-Messrack, das auf National Instruments SBRIO-Architektur basiert. Als Softwareplattform dient das aktuelle Systec Application Framework. Dieses ermöglicht es, Testabläufe zu konfigurieren. Als Inputs für die Tests werden XML, SQL oder MS-Excel akzeptiert. Die Ausführungsdaten der Roboterbewegung liefern über viele Takte hinweg Informationen über Prozess- und Werkstückveränderungen. Diese können sowohl für die weitere Produktentwicklung als auch für die Verbesserung der Fertigungsprozesse herangezogen werden. Sie könnten sogar in eine lernende Komponente münden, die vor zukünftigen Fehlern warnen kann oder die Roboteraufgaben aus der Erfahrung heraus verbessert.
Offene Architekturen.
Eine der Erfolgsfaktoren des Systems war laut Pichlik der unbeschränkte Zugang zu den Schnittstellen für die Scara-Programmierung. Mit der Software-Architektur, bei der Solidworks mit Mitsubishis Melfa Works sowie Labview und Altium Designer zum Einsatz kommen, lassen sich spezifische Anwendungen vergleichsweise einfach implementieren. Noch wichtiger ist für Pichlik die Wiederverwendbarkeit von Code und Arbeitsergebnissen: „Dies ist ein wichtiger Schritt zu cyber-physikalischer Testintelligenz und somit auch zu Industrie 4.0.“
