Verbeter de positioneernauwkeurigheid van uw industriële robots in 3 stappen

Snelheid, kracht en duurzaamheid vormen de kernpunten bij de inzet van industriële robots. Deze robots worden met name ingezet voor de uitvoer van zware taken, zoals lassen of bij het tillen van zware componenten voor auto assemblage. Ondanks geavanceerde kalibratiemethoden is de mate van positioneernauwkeurigheid bij industriële robots ontoereikend voor bepaalde taken. In dit artikel leggen wij u stapsgewijs uit hoe u deze positienauwkeurigheid kunt verbeteren om uw industriële robots effectiever én efficiënter in te zetten.

Behoefte aan een betere nauwkeurigheid
De voornaamste drijfveer om de huidige positienauwkeurigheid te verbeteren is ontstaan bij de lucht- en ruimtevaart industrie. Deze industrie vraagt namelijk een zeer hoge nauwkeurigheid bij de bewerking van grote componenten. Met reguliere bewerkingsmachines wordt deze mate van nauwkeurigheid met gemak gehaald, echter zijn deze machine tools onvoldoende flexibel of te kostbaar om deze taken met een toereikende nauwkeurigheid uit te voeren. Een robot is daarentegen wél flexibel en kan eenvoudig iedere gewenste positie bereiken op zeer grote componenten. De robot kan diverse taken op het component uitvoeren, zoals boren en frezen.

Nauwkeurigheid gaat gepaard met verschillende factoren
Om deze taken goed uit te kunnen voeren moet het TPC: tool center point (aan het uiteinde van de robotarm) met voldoende nauwkeurigheid begeleid en gepositioneerd worden. Dit is waar traditionele industriële robots tegen hun limiet aanlopen.

Afwijkingen in resultaat door diverse factoren:

  • Om het gewenste niveau van flexibiliteit te bereiken zijn robots met seriële aansturing van kinematica (manier van bewegen) benodigd, zoals zogenaamde gelede robots die voorzien zijn van zes assen.
  • Iedere as wordt aangedreven door een servomotor met een tandwiel. Nul-positiefouten, omkeerfouten en elastische vervorming zijn de voornaamste redenen voor onnauwkeurigheid.
  • Toegepaste krachten en dynamische effecten tijdens het productieproces beïnvloeden de stijfheid van de mechanica van de robot en hebben een negatieve invloed op de absolute positienauwkeurigheid.

Dankzij geavanceerde kalibratiemethoden is het nu reeds mogelijk om het gereedschap naar een bepaalde positie te verplaatsen binnen enkele honderdsten van een millimeter. Afhankelijk van de fabrikant is de herhalingsnauwkeurigheid van gelede robots conform ISO 9283 ± 0,1 mm of beter.

Echter vergeleken met de verplaatsing is de absolute positienauwkeurigheid, die kan worden bereikt binnen het robotcoördinatensysteem, 10 keer slechter. Afhankelijk van hun ontwerp, maximale bereik en maximale laadcapaciteit behalen gelede robots momenteel een absolute positioneernauwkeurigheid van 1 mm. Dit is onvoldoende om aan de nauwkeurigheidvereisten te voldoen, zoals deze van toepassing zijn bij diverse hoogwaardige industrieën.

Verbeter de nauwkeurigheid van uw robots en ga voor beter resultaat!

Stap 1: hoogwaardige dynamische motorregeling

Het begint bij vloeiende bewegingen…

Uw industriële robots zijn voorzien van (roterende) encoders. De encoders voorzien de servomotoren van de positie feedback bij de robot assen. Deze servomotoren vereisen een hoogwaardige dynamische regeling. Dit houdt in dat de servomotor zeer specifieke data moet ontvangen om vloeiende, gerichte bewegingen te maken. De eerste stap is om ervoor te zorgen dat uw roterende encoders geschikt zijn om hier aan te voldoen.

De robuuste, inductieve roterende encoders van HEIDENHAIN, zoals de ECI 1100, ECI 1300 serie en EQI 1100 en EQI 1300 serie zijn zeer geschikt voor zulke toepassingen. Deze encoders leveren een hoge regelkwaliteit en systeemnauwkeurigheid en zijn bestand tegen sterke trillingen. De encoders zijn voorzien van een seriële EnDat interface, waardoor zelfs bij toepassingen die aan elektromagnetische invloeden worden blootgesteld de kwaliteit of de veiligheid niet negatief wordt beïnvloed.

Deze inductieve roterende encoders ondersteunen het veiligheidsklasse SIL 2, categorie 3 PL d. Ze kunnen zelfs voldoen aan niveau SIL 3, categorie 4 PL e, indien er aanvullende maatregelen worden genomen. Deze encoders bieden tevens extra veiligheidsvoordelen, zoals mechanische foutuitsluiting tegen het losraken van de as en de statorkoppeling. Met dit veiligheidspakket kunnen deze inductieve roterende encoders ook gebruikt worden in systemen die ontworpen zijn voor mens-robot samenwerkingen!

Klik hier voor meer informatie over deze producten.

Stap 2: secundaire encoders voor hoogwaardige, accurate positienauwkeurigheid

Robotfabrikanten kunnen de absolute positienauwkeurigheid van hun robots significant verbeteren door gebruik te maken van additionele, zeer accurate hoekencoders of roterende encoders op iedere robot as. Deze zogenaamde secundaire encoders, die bevestigd worden bij ieder tandwiel, leggen de werkelijke positie van iedere verbonden robot as vast. Hierdoor kunnen encoders rekening houden met een nul-positiefoutmelding en omkeerfouten. De retroactieve krachten op iedere as, voortkomend uit de actuele taak van de machine , worden óók gemeten. Dit allemaal resulteert in 70 tot 80% verbetering van de absolute positienauwkeurigheid bij het centrale punt van de tool!

Modulaire hoekencoders, zoals de HEIDENHAIN ECA 4000 met optische scanning, de HEIDENHAIN ECI 4000 roterende encoder met inductieve scanning en de AMO WMR hoekencoder zijn zeer geschikt voor deze toepassingen. Dankzij hun modulair ontwerp van de verdeling en de aftastunits, zijn deze encoders geschikt voor grote diameters en voor de uitdagende installatie-eisen die vaak bij robots voorkomen vanwege ruimtebeperkingen. De signaalkwaliteit van deze secundaire encoders is in het algemeen beter dan bij roterende encoders in de servomotor. Dit betekent dat de teruggekoppelde positiewaarden significant nauwkeuriger zijn, zelfs voor hoogwaardige dynamische bewegingen.

Vergelijking van de voornaamste eigenschappen van secundaire encoders

HEIDENHAIN
ECA 4000
HEIDENHAIN
ECI 4000
AMO
WMR
Meer infoMeer infoMeer info
Type scanningAbsoluut, optischAbsoluut, inductiefIncrementeel, inductief
Diameter70mm tot 512mm90mm / 180mm60mm tot 10.000mm
Resolutie29 bits20 bitsAfhankelijk van de onderliggende electronica
Systeemnauwkeurigheid±2”±25” / ± 40”±3” per m²
Weerstand tegen besmetting+++++
Toleranties++++

Stap 3: positienauwkeurigheidsmetingen voor bewegende robots

Om alle posities op zeer grote of lange componenten te bereiken kunnen robots zich langs het product verplaatsen dankzij lineaire assen. Voor een hoogwaardige positienauwkeurigheid van robots met een lineaire aansturing zijn er gesloten lineaire encoders van HEIDENHAIN beschikbaar met meetlengtes tot 30 meter. Positiemetingen van een lineaire encoder compenseren thermische fouten en andere factoren die de aandrijving van de lineaire as beïnvloeden. Deze factoren kunnen niet worden vermeden als de het bepalen van de positiewaardes via een conventionele kogelomloopspindel / roterende encoder oplossing worden verkregen.

Klik hier voor meer informatie over deze producten.

      

Conclusie: hoogwaardige positiemetingen verbeteren de nauwkeurigheid op het centrale punt van de tool

Het gebruik van secundaire encoders op alle assen van de robot, alsmede het gebruik van lineaire encoders voor de positionering van de robot langs het werkstuk, zorgen er dat een industriële robot de punt van het bewerkingsgereedschap nauwkeurig goed genoeg kan positioneren, om het product correct te bewerken. Hoek- en lineaire encoders van HEIDENHAIN en AMO bieden niet alleen de benodigde systeemnauwkeurigheid, maar ook de nodige flexibiliteit voor installatie in complexe en compacte robot mechanismen. De veiligheid geschiktheid van deze encoders maakt het mogelijk om mens-robot samenwerkingen te implementeren.

Neem hier contact op voor meer informatie.