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Leichtbauroboter sichert Qualitätsstandard Kalibrieren mit Feingefühl

19.11.2018

In der Messtechnik zählt einzig und allein höchste Präzision. An sich ideale Voraussetzungen für den Einsatz von Robotern. Für die effiziente Auslastung müssen sie allerdings verschieden große Gegenstände greifen können, ohne diese zu beschädigen.

Beim Messtechnikspezialisten Perschmann Calibration übernimmt der sensitive Kuka Roboter LBR iiwa die Bestückung eines Koordinatenmessgerätes (KMG) und automatisiert damit den Kalibrierungsprozess. Zudem sind die Messmittel mit Codes ausgestattet, die der Anlage mitteilen, welche Messungen vorgenommen werden sollen. „Ein menschliches Haar ist etwa 50 µm dick, die Fäden einer Spinne zirka fünf µm. Die Genauigkeit, mit der wir bei Perschmann Calibration Messmittel kalibrieren, beträgt rund 0,5 µm“, erklärt Dr. Detlef Rübesame, Geschäftsleiter Technik von Perschmann Calibration.

Der Kalibrierdienstleister aus Braunschweig ist auf die Kalibrierung von Handmessmitteln spezialisiert, unter anderem werden Lehren wie Dorne und Einstellringe hochpräzise geprüft. Die Messmittel müssen in regelmäßigen Abständen kalibriert werden. Der Kundenstamm des Unternehmens besteht vor allem aus Kunden aus dem klassischen Maschinenbau, der Automobilbranche oder aus dem Flugzeugbau. Die Kunden setzen die Messmittel zur Qualitätssicherung ihrer Fertigungsprozesse ein.

Messmittel müssen nach ISO 9001-Norm regelmäßig kalibriert werden, um die internationalen Qualitätsstandards zu erfüllen. Im Kalibrierungsprozess werden so exakte Werte gemessen, dass sogar kleine Staubpartikel die Messung beeinflussen können. Neben Staubpartikeln hat auch die Temperatur einen Einfluss auf das Ergebnis der Messung. Daher wird nicht nur die Temperatur im Messraum konstant gehalten, auch die Messmittel selbst werden für eine definierte Zeit klimatisiert, sodass es zu keinen Messvarianzen kommen kann.

Mehrwert für den Kunden

Mittelständische Unternehmen sind fortwährend auf der Suche nach zukunftsweisenden Lösungen, um in ihrem Geschäftsfeld wettbewerbsfähig zu bleiben. „Das Unternehmen Hexagon, von dem auch das Koordinatenmessgerät stammt, hat uns in Zusammenarbeit mit Kuka ein Konzept vorgestellt, wie wir unseren Kalibrierungsprozess automatisieren und so noch kundenfreundlicher, also viele verschiedene Messmittel in kürzerer Zeit, kalibrieren können. Die Idee haben wir gleich aufgegriffen“, berichtet Dr. Rübesame. Seit Dezember 2017 steht bei Perschmann Calibration die Kuka Flexfellow Lösung, auf der der sensitive Kuka Roboter LBR iiwa (intelligent industrial work assistant) verbaut ist. Dieser ist in der Lage, feinfühlig verschiedene Messmittel aus einem Materialbereitstellwagen aufzugreifen und diese dem Hexagon KMG zum Kalibrieren zuzuführen. Der Roboter, der auch zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) geeignet ist, arbeitet dabei im Drei-Schicht-Betrieb.

Vollautomatisierte Kalibrierung

„Die ultra-hoch genaue Leitz PMM-C ist ideal für anspruchsvolle Messaufgaben geeignet. Mit einer erhöhten Genauigkeit im unteren Sub-Mikrometer Bereich werden die verschiedene Messmittel zuverlässig kalibriert“, sagt Felix Balzer, Manager R&D Sensors and Machines bei der Firma Hexagon Manufacturing Intelligence.

Die Vorteile, die sich für Perschmann durch die roboterbasierte Applikation ergeben, sind vielfältig: Der Vorgang wird verkürzt und der Kalibrierungsprozess kann kundenorientierter ausgerichtet werden, denn Sammelbearbeitungen verschiedener Messmittel sind mit dem Kuka Leichtbauroboter kein Problem mehr. „Die Automatisierung ist sinnvoll, da wir mit sehr großer Stückzahl arbeiten. Außerdem ist die Anlage so abgestimmt, dass sie auch längere Zeit autonom arbeiten kann“, erklärt Dr. Rübesame. Eine wichtige Frage in der Planung zur Produktionsumstellung war, wie das KMG und der LBR iiwa die vielen unterschiedlichen Geometrien der Messmittel erkennen und zuordnen können. Diese Herausforderung löst das Messmittel selbst, indem es den Messvorgang steuert. Mit einem Data-Matrix-Code (DMC) ausgestattet, leitet es alle wichtigen Informationen, wie Messmittelart oder Durchmesser, an das KMG weiter. Über diesen speziellen DMC kann das KMG die Messung selbstständig einleiten, der Eingriff eines Mitarbeiters ist nicht mehr notwendig.

Der zweite große Vorteil der Anlage ist, dass der Roboter erkennt, wenn ein Fach leer ist und daraufhin eigenständig das nächste volle ansteuert. Ein echter Mehrwert, denn somit kann der Roboter die Nachtschicht autonom durcharbeiten. Die Mitarbeiter finden am nächsten Morgen ein fertig kalibriertes Abladesystem vor.

Sensitiver Roboter im Einsatz

„Die einzigartige Moving-Table-Technologie zeichnet die Leitz PMM-C aus. Dabei ist das KMG-Portal feststehend und der Messtisch wird verfahren. So werden eine hohe Steifigkeit und Langzeitstabilität – die Basis für ultra-hoch genaue Messungen – sichergestellt“, sagt Felix Balzer.

Neben dem KMG PMM-C von Hexagon ist die Anlage mit einer Kuka-Flexfellow-Lösung ausgestattet. Beim Kuka Flexfellow handelt es sich um eine Komplettlösung, bestehend aus einer Roboterplattform, auf der der MRK-fähige Roboter LBR iiwa aufgebaut ist. Dazu stehen zwei Transporteinheiten mit Staplertaschen bereit. Im ersten Arbeitsschritt bewegt sich der LBR iiwa zur ersten Transport­einheit und prüft, ob sich in den einzelnen Rutschen Messmittel befinden. Anschließend entnimmt er diese und führt sie in der richtigen Position dem Lesegerät zu. Neben dem Scannen wird das Messmittel auch mit Luft abgeblasen, um eventuell vorhandenen Staub zu beseitigen und die Messung nicht zu verfälschen. Nachdem das System erkannt hat, um welches Messmittel es sich handelt, spannt es der LBR iiwa in die Aufspannvorrichtung. Anschließend beginnt das KMG den Kalibriervorgang. Wenn dieser Prozess abgeschlossen ist, greift der Roboter das Messmittel wieder auf und platziert es in der zweiten Transport­einheit. Währenddessen werden die Informationen über den Kalibriervorgang an einen Computer übermittelt, wo das Zertifikat für jedes Bauteil erstellt wird.

Roboter arbeitet auch autonom

Mit dem Kuka LBR iiwa hat Perschmann Calibration nun die Möglichkeit, rund um die Uhr zu kalibrieren – und das sogar in zwei unterschiedlichen Modi. Während tagsüber die Produktion im sicheren, langsameren MRK-Modus läuft, kann über Nacht, wenn sich keine Menschen im Arbeitsbereich des Roboters aufhalten, in den vollautomatischen Modus umgestellt werden. Der Kuka LBR iiwa arbeitet dann mit der zehnfachen Geschwindigkeit. Das ist möglich, weil im mannlosen Betrieb andere Sicherheitsbestimmungen gelten. Durch die zusätzliche, vollautomatische Kalibrierung in der Nachtschicht gewinnt Perschmann Calibration zusätzlich Prüfkapazitäten.

Detlef Rübesame ist sehr zufrieden mit dem neuen Prozess und geht davon aus, dass sich die Investitionen in die Anlage bald amortisiert haben werden. „Die Aufgabe der Geschäftsleitung ist es, darauf zu achten, dass wir in einer aktiven Rolle bleiben und nicht von anderen gezwungen werden, zu reagieren. Dazu haben wir mit der Vollautomatisierung des Kalibrierungsprozesses einen weiteren Schritt getan!“

Bildergalerie

  • Automatisierter Messprozess: sensitiver LBR iiwa kann verschiedene Messmittel handhaben.

    Bild: Kuka

  • Beim automatisierten Messen spannt der Kuka LBR iiwa verschiedene Messmittel in Aufspannvorrichtung.

    Bild: Kuka

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