Feinfühlige Greifmodule dank intelligenter Sensoren

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Elektronische Magnetschalter

Magnetschalter können komplett in den Aktor integriert werden. Anstelle der Position der Greiferfinger fragt der Sensor dann die Position des Kolbens im Innern des Greifers ab. Der Kolben ist dazu mit einem kleinen Magneten ausgestattet. Der Sensor nimmt die Annäherung des Magneten wahr und kann entsprechend den Kontakt elektronisch öffnen und schliessen.

Magnetschalter der neuesten Generation (beispielsweise der MMS-P 22) sind programmierbar und können anstelle von einem nun auch zwei Schaltpunkte erkennen. Ausserdem lassen sich auch die Ausschaltpunkte programmieren, was zur Verbesserung der Prozessstabilität genutzt werden kann.

Kabellose Sensorsysteme

In bestimmten Umgebungen oder bei speziellen Anwendungen können Sensorkabel zu einem entscheidenden Hindernis werden. Für Bearbeitungszentren, Dreh- oder Schleifmaschinen, für beengte Handhabungsapplikationen, aber auch für widrige Umgebungen empfiehlt sich daher der Einsatz der kabellosen Funksensorik RSS.

Gerade bei modernen, ynamischen Maschinen erweist sich die Kabelführung mehr und mehr als Problem. Kabelstörungen gelten als einer der häufigsten Gründe für Anlagenstörungen. Die Fehlersuche ist oft aufwändig und zeitintensiv.

Insbesondere in der Fertigungsautomation gewinnen daher funkbasierte Systeme zur Überwachung des vollautomatischen Werkstückwechsels zunehmend an Bedeutung. Die Sensoren überwachen dabei den Hub der Greiferbacken und melden den Zustand an einen Sender. Dieser übermittelt die Information per Funk an einen Empfänger, der mit der Steuerung verbunden ist.

Statt umfangreicher Abdichtungen, Kabelpanzerungen, Zugentlastungen und dem Einsatz beschränkt haltbarer Schleifringe für Rotationsachsen, umgeht das Funksensor-System sämtliche mechani-schen Hürden. Mit seiner Hilfe kann die Taktzeit verkürzt und die Sicherheit für Mensch, Maschine und Prozess deutlich erhöht werden.

Spezialisten für besonders raue Umgebung

Wenn hohe Temperaturen herrschen, wenn zum Schutz vor Explosionen keinerlei elektrischen Bauteile zulässig sind, wenn aggressive Flüssigkeiten, extreme Mengen heisser Späne oder Kühlschmiermittel zu verkraften sind, können konventionelle Sensorsysteme überfordert sein. Bei pneumatisch angetriebenen Aktoren ermöglicht in diesen Extremsituationen das fluidische Abfragesystem PA3 eine präzise und zuverlässige Aussage über deren aktuelle Position beziehungsweise den Prozessstatus. Der Aktor wird dafür lediglich mit zwei zusätzlichen Pneumatikanschlüssen ausgestattet. Über eine einzige zusätzliche pneumatische Messleitung und ein UND-Ventil wird die Information «offen», «gegriffen» oder «geschlossen» an die Steuerung zurückgeführt. Dies geschieht komplett ohne Einsatz elektrischer Sensoren oder zusätzlicher Kabel.

Sensor auf Hall-Basis für mehr als zwei Schaltpunkte

Wenn das Sensorsystem zwischen 3 und 5 unabhängige Schaltpunkte ermöglicht, gewinnt der Aktor, beziehungsweise im Speziellen das Greifmodul zusätzliche Funktionalität. Der Greifer kann dann parallel auch zum Prüfen und Sortieren von Teilen eingesetzt werden. Die flexiblen Positionssensoren vom Typ FPS bieten genau diese Möglichkeit. Sie ermitteln die Position der Greiferbacken und geben digital aus, in welchem der fünf vordefinierten Positionsbereiche sich die Backen befinden. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Teile automatisch erkennen und sortieren. Ebenso einfach ist eine durchgängige Qualitätskontrolle möglich, bei der Gutteile von Teilen ausserhalb eines frei definierbaren Toleranzbereichs unterschieden werden.

Positioniersystem für miniaturisierte Greifer

Bei miniaturisierten Greifmodulen ist die Positionsabfrage eine besondere Herausforderung. Aufgrund ihrer Grösse scheiden herkömmliche Sensorsysteme meistens aus. Während bisher eine Detektion des Greifers daher nur über eine separate Kamera möglich war, können in jüngster Zeit in sauberer Umgebung auch optische Sensoren diese Aufgabe übernehmen. Die optischen Sensoren vom Typ ONS senden über einen Lichtwellenleiter Licht aus. Über eine Auswertung der Menge des reflektierten Lichtes erkennt der Sensor den Abstand zur Reflektionsfläche und damit die Positionen von zum Beispiel kleinen Greiferbacken.

µ-genaue Präzisionssensoren ersetzen komplette Messstation

Zur Spitzenklasse unter den Positioniersensoren gehören die hochauflösenden, analogen Sensoren APS, die Greifmodule zusätzlich in eine Präzisionsmessstation verwandeln. Mit hoher Genauigkeit von bis zu 0,003 mm vermisst der Aktor im laufenden Prozess jedes einzelne gegriffene Teil. Mit Hilfe der SPS lassen sich beliebig viele Schaltpunkte definieren und damit beliebig viele Teile beziehungsweise Toleranzbereiche unterscheiden. Die hochauflösenden Positioniersensoren ermöglichen eine 100-prozentige Teilekontrolle und können eine komplette Messstation inklusive der für die Vermessung notwendigen Prozessschritte ersetzen.

Das mechanische, analoge System aus Sensor und Elektronik erfasst dabei hochgenau die Position der Greiferbacken. Bei langhubigen Bewegungen wird die Bewegung über eine schiefe Ebene an den Sensor übergeben, da dessen Messweg nur wenige mm lang ist, dieser kurze Weg aber extrem hoch aufgelöst wird. Analoge Positioniersensoren verfügen über eine deutlich höhere Genauigkeit.

Ausgeglichene Greifkraft schont das System

Während die bis hier vorgestellten Sensorsysteme die jeweilige Position des Aktors erfassen, messen Kraftmesssysteme, wie etwa das FMS, Kräfte, die über sie fliessen. Bei einem Greifer etwa werden die Greiffinger mit Kraftmessbacken ausgestattet. Beim erstmaligen Teachen und bei regelmässigen Kontrollmessungen werden die auf die Finger wirkenden Greifkräfte erfasst. Mit Hilfe dieser Daten lässt sich beispielsweise beim Greifen fest fixierter Werkstücke vermeiden, dass das Robotersystem durch ein einseitiges Greifen permanent bei jeder einzelnen Greifoperation Belas-tungen ausgesetzt ist. Bereits die minimale Fehlstellung eines Greifers von ein bis zwei Hundertstelmillimeter würde den Roboterarm ansonsten bei jedem einzelnen Greifvorgang mit der vollen Greifkraft in eine Richtung belasten. Auf Dauer würde das System so an Präzision verlieren und deutlich schneller verschleissen als bei einem kraftkontrollierten Zugriff.

Zudem lässt sich mit Kraftmessbacken sowohl die statische als auch dynamische Greifkraft präzise einstellen und kontrollieren. So ist sichergestellt, dass Bauteile selbst bei hochdynamischen Bewegungen sicher gegriffen werden. Im Rahmen einer vorbeugenden Instandhaltung kann mit Hilfe von Kraftmesssystemen in regelmässigen Zyklen die Funktionsfähigkeit von Greifern geprüft werden. Beides erhöht die Prozesssicherheit und vermeidet teure Stillstandzeiten während des laufenden Betriebs.

Kraftmessung in jeder Dimension

Besonders feinfühlig werden Automatisierungskomponenten sowie Mess- und Prüfeinrichtungen in Kombination mit Kraft-Momenten-Sensoren. Diese Sensoren ermitteln dabei präzise, welche Kräfte und Momente in allen sechs Achsen wirken. Auf diese Weise lassen sich Positions-Ungenauigkeiten von Werkstücken oder Werkzeugen ausgleichen, Arbeiten an bewegten Werkstücken ausführen und Werkzeuge, Werkstücke und Automatisierungssystem vor Überlastungen schützen.

Kraft-Momenten-Sensoren eignen sich für steife Systeme, also etwa zum Einpressen von Teilen. Sie werden in der Qualitätssicherung ebenso wie in der Medizintechnik eingesetzt. Zudem kommen sie bei nachgiebigen Systemen, wie etwa beim Fügen, Entgraten oder Positionieren zum Einsatz.

Komplettes Spektrum intelligenter Sensoren im Angebot

Von den auf zwei Schaltpunkte einstellbaren Magnetschaltern MMS über die Funksensorlösung RSS bis zum hochauflösenden Sensorsystem FPS bietet Schunk ein individuell auf die jeweiligen Anforderungen abgestimmtes Sensorprogramm. Mit modernsten Lösungen, wie dem pneumatischen Abfragesystem PA3, dem optischen Sensor ONS für Miniaturgreifer oder dem Kraftmesssystem FMS erschliesst das Unternehmen immer wieder neue Anwendungsfelder, in denen intelligente Sensoren eine wertvolle Hilfe sein können.

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Motek 2009: Halle 1, Stand 1501