Schunk FTNet: Handarbeit – vom Roboter gemacht

Das elektrische SCHUNK Schnellwechselsystem EWS-018 ist gezielt für Robotertypen ausgelegt, bei denen häufige Werkzeugwechsel erforderlich sind.

Besonders vielfältige Möglichkeiten eröffnet der Kraft-Momenten-Sensor FTNet des Kompetenzführers für Spanntechnik und Greifsysteme SCHUNK. Anhand der von ihm erfassten Prozessdaten lässt sich der Bahnverlauf von Robotern präzise in Echtzeit regeln, so dass konstante Kräfte, gleichbleibende Bearbeitungsbilder und damit exakt reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden. Der Sensor lässt sich für Produkt-Tests, Robotermontagen oder Bearbeitungsaufgaben wie Schleifen und Polieren ebenso einsetzen wie für die Roboter-Chirurgie, für Anwendungen in der Rehabilitation, in der Neurologie und in vielen anderen Bereichen. Da er auch hochdynamische Regelungskonzepte ermöglicht, können mit ihm selbst schwierige Montage-, Bearbeitungs- und Finish-Aufgaben automatisiert werden.

Intelligente Sensoren messen exakt die bei undefinierten Bearbeitungen auftretenden Kräfte und Drehmomente.

Vielseitig nutzbare Sensoren

Der hochgenaue FTNet misst in allen sechs Freiheitsgraden Kräfte und Momente. Direkt an der sechsten Achse dient er als unmittelbare Schnittstelle zur Robotersteuerung. Er verfügt über Highspeed-Datenausgabe mit bis zu 7.000 Hz, fünf mögliche Kommunikationsprotokolle (Ethernet, Ethernet/IP, DeviceNet, Profinet und CAN), Fernüberwachung via LAN sowie Konfiguration über Web-Interface. Die Signalausgabe erfolgt in Form von 16-Bit-Signalen, die Auswertung ist über Ethernet, Profinet oder DeviceNet möglich. Für die Auswertung über Analogerfassungs-Karte oder USB bietet SCHUNK zusätzlich den leistungsgleichen Sensor FTD und für die Auswertung über RS232 oder Analog-Kanäle den Sensor FTS an. Über eine Auswerteelektronik lassen sich die Signale der Sensoren in Kräfte und Momente umwandeln. Eine Demosoftware bietet zudem eine grafische Ansicht der Sechs-Achsen-Messungen in Echtzeit. In die übergeordnete Anlage einbinden lässt sich der Sensor mithilfe der etablierten Systemsoftwarelösungen beziehungsweise mithilfe individueller Softwarelösungen.

Um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten, ist der FTNet mit einer Kabelbrucherkennung und einem Überlastschutz ausgestattet. Das System besteht aus dem Sensor, einem geschirmten, robotertauglichen DeviceNet-Kabel und einer Net-Box mit Ethernet und DeviceNet/CAN-Schnittstelle. Die 16 Baugrößen des FTNet decken Kräfte zwischen 12 N und 40.000 N sowie Momente zwischen 0,12 Nm und 6.000 Nm ab. Mit einer Wiederholgenauigkeit < 1 % ist der FTNet zur Zeit der genaueste Kraft-Momenten-Sensor am Markt. Mit ihm lassen sich bei den Kraftkomponenten Fx, Fy und Fz Auflösungen von bis zu 1/320 N und bei den Momentenkomponenten Mx, My und Mz Auflösungen von bis zu 1/8.000 Nm erfassen. Da diese Präzision nicht bei jeder Anwendung erforderlich ist, hat SCHUNK sein Sensorprogramm um den leistungsfähigen und preisattraktiven Kraft-Momenten-Sensor FTL erweitert, der sich auch in einfacheren Anwendungen wirtschaftlich einsetzen lässt. Da die Auswerteelektronik komplett in das Modul integriert ist, sind besonders kompakte Lösungen realisierbar. Der FTL verfügt über sechs unabhängige Lastmessbereiche, wobei Kräfte bis 150 N und Momente bis 3 Nm mit einer Messgenauigkeit von < 5 % erfasst werden. Das Signal wird mit einer internen Abtastrate von 1,5 kHz bei 16 Bit analoger Auflösung abgetastet. Kurzfristige Überlasten steckt der Sensor bis zum Dreifachen der Normallast weg. Mit seiner Echtzeitmessung und -datenausgabe ermöglicht auch der FTL hochdynamische Regelungskonzepte. Konfiguration und Auswertung sind wahlweise über RS232 oder besonders komfortabel über CAN-Bus möglich. Er lässt sich bei einfachen Montageanwendungen ebenso nutzen wie an handgeführten Robotern oder in der Servicerobotik. Aufgrund einer batteriegerechten 12-24 V DC Spannungsversorgung ist er sogar für mobile Anwendungen geeignet.

Mit einer Wiederholgenauigkeit < 1 % ist der FTNet von SCHUNK zur Zeit der genaueste Kraft-Momenten-Sensor am Markt und mit zahlreichen Kommunikationsprotokollen kompatibel.

Automatisierter Werkzeugwechsel

Auch beim Wechsel von Greifern, Werkzeugen und anderen Effektoren kann das passende Roboterzubehör manuelle Tätigkeiten minimieren oder sogar komplett ersetzen. Während ein geübter Bediener fürs händische Umrüsten eines pneumatischen Effektors zwischen zehn und dreißig Minuten benötigt, reduzieren die SCHUNK Schnellwechselsysteme den gleichen Vorgang auf wenige Sekunden, wobei das reine Ver- und Entriegeln nur Millisekunden benötigt. Die rasanten Wechsler machen überall dort Sinn, wo Anlagen regelmäßig an neue Produkte oder Produktvarianten angepasst werden müssen, wo für das Handling oder die Bearbeitung unterschiedliche Effektoren nötig sind oder wo Ausfallzeiten durch die Wartung von Komponenten und Werkzeugen minimiert werden sollen. Sie bestehen aus zwei Teilen, einem Schnellwechselkopf, der am Roboterarm montiert ist, und einem Schnellwechseladapter, der mit dem Werkzeug verbunden ist. Beim Werkzeugwechsel werden beide Teile automatisch oder manuell miteinander gekoppelt und zugleich sämtliche elektrische, pneumatische und hydraulische Durchleitungen miteinander verbunden.

Kompakte Abmessungen, ein geringes Eigenmasse-Kraft-Verhältnis, kurze Wechselzeiten, exakt dimensionierte Energieübertragungsmodule und ein modulares System zur vielfältigen Kombination von Elektronik- und Fluidmodulen bieten ideale Voraussetzungen für maßgeschneiderte Anlagenkonzepte. Mit derzeit 22 Baugrößen und über 2.000 Varianten bietet SCHUNK die weltweit größte Variantenvielfalt bei Schnellwechselsystemen. Das standardisierte Modulprogramm reicht vom Miniaturwechselsystem für die Mikromontage bis zum Schwerlastwechselsystem für Zuladungen bis 1.350 kg.

Trend zur Mechatronik

Ein Meilenstein auf dem Weg zur pneumatikfreien Fabrik ist das kürzlich vorgestellte SCHUNK Schnellwechselsystem EWS. Erstmals wird ein vollautomatisches Roboterwechselsystem nicht mehr pneumatisch, sondern elektrisch betätigt. Das zukunftsweisende Modul bietet ideale Voraussetzungen, um die Energieeffizienz von Handhabungssystemen zu erhöhen, fluidfreie Lösungen zu realisieren und auch bei mobilen Einsätzen einen zügigen Werkzeugwechsel zu gewährleisten. Im ersten Schritt gibt es das digital ansteuerbare EWS in Baugröße 018 für Traglasten bis 18 kg. Ein wartungs- und verschleißfreier Servomotor, der unmittelbar ins Gehäuse integriert ist, gewährleistet eine schnelle und zugleich kraft-volle Verriegelung. Da das Modul extrem flach baut, profitieren Anlagenplaner von minimalen Störkonturen. Mechanisch basiert das EWS auf der Plattform der seit langem bewährten pneumatischen SCHUNK Schnellwechselsysteme SWS. So nutzt das innovative Familienunternehmen auch bei dem elektrisch angetriebenen Modul ein spezielles Verriegelungssystem mit patentierter Selbsthemmung. Kolbenhubabfrage und Werkzeuganwesenheitskontrolle sind bereits serienmäßig integriert. Und auch die elektrischen Übertragungen der pneumatischen SCHUNK Schnellwechselsysteme SWS sind eins zu eins beim EWS verwendbar. Mit einer 24 V DC Spannungsversorgung kann auch das EWS mobil ein-gesetzt werden. Zur Durchleitung von Signal- und Leistungselektronik lässt es sich optional um standardisierte SCHUNK E-Module erweitern.

Speziell für Schwerlastwechselsysteme der Baureihe SWS-L bietet SCHUNK zudem seit kurzem das Profinet-Modul DL5 an, das aufgrund seiner integrierten Sicherheitstechnik Performance Level d nach ISO 13489 erfüllt und damit optimale Voraussetzungen für den Ein-satz in der Automobilindustrie bietet. Mit integriertem Fast Startup, Ethernet-Switch und 5-stelliger, codierbarer Werkzeugerkennung ermöglicht es einen rasanten Werkzeugwechsel und zugleich eine zügige und prozessstabile Einbindung in die übergeordnete Anlage. Um beim Wechselvorgang einen Kontaktbrand zu vermeiden, sind die Stromversorgungskontakte des DL5 mit einer speziellen Elektronik (Arc Prevention Circuit) geschützt. Energie, Signale und Daten werden über AIDA-konforme Push-Pull-Steckverbinder übertragen.