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Bild: Mitsubishi Electric Europe
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Cyber-physikalische Haptiklösung in der Praxis

Text: Harry Jacob, A&D
Damit das 80 000 Euro teure Auto nicht wegen eines verklemmten Radioknopfes 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.

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. Dies wiederum bedeutet, dass viele von diesen Bedienelementen schon einmal von einem Mitsubishi-Electric-Roboter geprüft wurden. Denn Systec, seit vielen Jahren Mitglied im Automation Network von Mitsubishi Electric, ist in den vergangenen Jahren zu einem wichtigen Anbieter von Prüfsystemen aufgestiegen.

Kompaktes Prüfsystem

Die aktuelle Version von CyberFlex ist kompakt und präzise. Das cyber-physikalische, produktflexible Testsystem für Labor und Fertigung besteht aus einem kompakten 4-Achs-Scara-Roboter von Mitsubishi Electric und einer Prüflingsaufnahme mit Dreh- und Schwenkeinheit, die zusammen einen virtuellen 6-Achs-Roboter mit extremer Steifigkeit und höchster Flexibilität abbilden. Systec hat den Roboter mit einem selbst­entwickelten Drehhaptikmodul und einem Kamerasystem ausgestattet, das vielfältige Prüfoptionen bietet: Haptik, Bildverarbeitung, Lichttechnik, Akustik, Kraft-Momenten-Messung, Vibration, und Multi-Touch-Bedienung, unter Einsatz der Bussysteme CAN, LIN, Automotive Ethernet, Most und FlexRay. Hiermit ist es für die unterschiedlichsten Anwendungen flexibel einsetzbar. Das stabile Stahlgestell bietet den passenden Rahmen, um alle relevanten lichttechnischen und haptischen Prüfungen winkelabhängig durchführen zu können.

In dieser Version beschäftigt sich CyberFlex mit der Prüfung von Drehstellern im Automobilbereich. Dreht der Lautstärkeknopf am Radio richtig – mit der richtigen Kraft, über den gesamten Drehwinkel? Für solche Aufgaben ist höchste Präzision am Greifer unerlässlich. Es muss sichergestellt sein, dass Fehler nicht vom Prüfsystem, sondern vom zu prüfenden Objekt herrühren. Nicht nur deshalb, sondern auch wegen der durchgängigen Produktpalette, die neben Robotern auch Steuerungs- und Antriebstechnik umfasst, fiel vor sieben Jahren, als die Entwicklung von CyberFlex begann, die Entscheidung auf Mitsubishi Electric. Aktuell nutzt Systec den 4-Achs-Scara-Hochleistungsroboter RH-6FH5520. „Er zeichnet sich durch extrem hohe Steifigkeit, hohe Wiederholgenauigkeit, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit aus“, betont Herbert Pichlik, technischer Leiter (CTO) bei Systec. Der Roboter wird über den skalierbaren Controller CR750 angesteuert. Durch die standardmäßige 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 hochdynamischen Bewegungen von den Servomotoren HF-KP13B und HF-KP13.

Universell einsetzbar

Pichlik kann auf mehr als 20 Jahre Erfahrung mit automatisierten Test- und Prüfsystemen zurückblicken. Seine Ingenieure achteten bei der Entwicklung von CyberFlex darauf, eine Plattform zu schaffen, die durch die Hard- und Software-Architektur die Voraussetzung für eine kosteneffiziente-, produktflexible- und prozesssichere Fertigung garantiert. Selbstlernende, sich selbst verbessernde Abläufe, Selbstkalibrierung und -justage, ressourcenschonende Hardware und eine effiziente Ablaufplanung tragen dazu bei. Zudem sind die Systeme für den weltweiten Einsatz vorbereitet, mit einer mehrsprachigen Oberfläche, automatischer Anpassung an unterschiedliche Stromnetze und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Feuchte. Mit USVs und Fernwartung wird eine besonders hohe Verfügbarkeit weltweit gewährleistet.

Zentrale Rechner- und Messtechnikkomponenten sind ein 19"-PC mit Servermainboard und aktueller Xeon-Architektur, einem optionalen PXI-Chassis mit diversen Einsteckkarten wie CAN und DMM und einem standardmäßig integrierten Systec-Messrack, das auf National Instruments sbRIO-Architektur basiert. Als Softwareplattform dient das aktuelle Systec Application Framework. Es ermöglicht eine effiziente Erstellung von Testabläufen durch einfache Konfiguration. Als Inputs für die Tests werden XML, SQL oder MS-Excel akzeptiert. Die gewonnenen Ausführungsdaten der flexiblen 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 (predictive analysis) oder die Roboteraufgaben aus der Erfahrung heraus verbessert.

Offene Architekturen

Einer der Erfolgsfaktoren für Cyberflex war laut Pichlik der unbeschränkte Zugang zu den Schnittstellen für die Scara-Programmierung. „Mitsubishi Electric hat durch die Offenlegung seiner Roboter-Echtzeitschnittstelle Möglichkeiten geschaffen, die Grenzen der Robotik zu überwinden“, lobt der Systec-CTO. Die durchgängige Software-Architektur, bei der SolidWorks mit Mitsubishis Melfa Works sowie LabView und Altium Designer zum Einsatz kommen, macht es möglich, völlig neuartige kundenspezifische Anwendungen vergleichsweise einfach zu implementieren. Für Pichlik entscheidend ist aber die Wiederverwendbarkeit von Code und Arbeitsergebnissen. „Dies ist ein wichtiger Schritt zu cyber-physikalischer Testintelligenz und somit auch zu Industrie 4.0“, ist er sich sicher.

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