Roboter mit Feingefühl
IPC-ECO
Um Qualitätsmerkmale festlegen und objektiv prüfen zu können, kommen Roboter-Prüfsysteme zum Einsatz. Dabei sind über die haptische Prüfung hinaus auch weitere Messungen gemäß 'Look and feel' denkbar.
Neben dem Tastsinn sind auch alle anderen Sinne bei der Wahrnehmung eines Auto-Innenraums angesprochen: Akustik, Optik, Aussehen und Geruch. Um auch in diesem Bereich Qualitätsmerkmale definieren und ermitteln zu können, ist der Einsatz objektiver Messmethoden notwendig. Jedoch auch, wenn es um die reine Bedienbarkeitsprüfung geht, zum Beispiel 'Hängt die Taste, hakt der Drehsteller?'.
Weber Systemtechnik aus Wetzlar hat für einen Automobilzulieferer ein flexibles robotergestütztes Haptik-Test- und Analysesystem entwickelt. Es besteht aus einem Sechs-Achs-Roboter mit gekoppeltem Kraft-/Momenten-Sensor. Bei Bedarf lässt sich neben dem Messen von Kraft, Drehmoment, Weg und Winkel auch eine elektrische Prüfung der Bedienelemente während des Testablaufs integrieren. Unterschiedliche Betätigungsarten, zum Beispiel Drücken, Drehen und Schieben lassen sich ausführen. Während dieser Bewegung wird der Kraft-/Momentenverlauf, bezogen auf den Betätigungsweg, in allen drei Raumachsen (x/y/z) aufgezeichnet. Das System ermöglicht so die Prüfung von verschiedenen Bedienelementen, wie Drucktasten, Drehstellern, Bedienrädern oder -wippen. „Dazu gehören auch filigrane Betätigungscharakteristika, wie sie bei Mikroschaltern gegeben sind“, erklärt Thorsten Rauber, Produktbereichsleiter Mess- und Prüfsysteme bei Weber. Der Vorteil des Robotereinsatzes: Das Verwenden eines steifen und präzisen Roboters mit annähernd kugelförmigem Aktionsradius und dem daran gekoppelten Drei-Achs-, Kraft-/Momenten-Sensor ermöglicht das nahezu freie Bewegen beziehungsweise Betätigen und Messen im Raum. Prüfung, Auswertung und Dokumentation erfolgen automatisch im Hintergrund.
Mit frei parametrierbaren Diagnosefunktionen, wie relative und absolute Min-, Max- oder Hüllkurvenanalyse, kann der Anwender anschließend automatisieren, analysieren und auswerten. Die Applikationssoftware WDC ermöglicht das Parametrieren ohne tief eingreifende Roboterprogrammierung. „Wir führen bei der Integration des Prüfsystems Schulungen vor Ort durch. Darüber hinaus legen wir Wert darauf, dass es sich um ein offenes, dynamisches System handelt, so dass es sich im Lauf der Zeit auf veränderte Anwendungen und Bedürfnisse anpassen lässt“, erläutert Rauber. Schließlich soll der Bediener einen 'Werkzeugkasten' an die Hand bekommen, mit dem er arbeiten und den er selbstständig gemäß den individuellen Anforderungen der Produktionskette weiterentwickeln kann. Auch das berücksichtigten die Entwickler: Sowohl die Robotik- als auch Vision-Systeme müssen flexibel sein. Ändern sich im Laufe der Zeit die Produkte und damit die geforderten Qualitätskriterien, lässt sich das flexible Robotersystem durch den Austausch des Werkzeugs und aufgrund der freien Parametrierbarkeit an die neuen Gegebenheiten anpassen. Im Robotik-Prüfsystem wird der IPC-ECO als Master eingesetzt. Die von Weber entwickelte übergeordnete Software WDC steuert den eigentlichen Prüfablauf. „Um alle anfallenden Daten, also Rohdaten eines Bewegungsablaufs, Verlaufskurven und Einzelwerte zu speichern und zu verarbeiten, benötigten wir einen PC, den wir nach vorher festgelegten Merkmalen ausgesucht haben“, erklärt Rauber.
Robuster Industrie-PC
Bei dem eingesetzten IPC handelt es sich um einen Industriecomputer mit Stahlblechgehäuse für den Rack-Einbau, der speziell auf schwierige Umgebungen ausgelegt ist. Die Laufwerke befinden sich hinter einer spritzwassergeschützten Tür (IP54). Der Innenraum ist aufgrund der Überdrucklüftung staubgeschützt. Der IPC-ECO hat außerdem eine vorgestanzte Steckerplatte auf der Rückseite für zusätzliche Sub-D-Stecker oder optional temperaturgeregelte Lüfter. Die Kartenniederhalter lassen sich auf jede Höhe einstellen, ohne Druck auf die Karte auszuüben. Die Laufwerke sitzen auf Shockmounts und sind mechanisch vom Gehäuse entkoppelt. Über eine HFDichtung ist der flächige Kontakt trotzdem hergestellt. Für die EMV-Sicherheit wurden Maßnahmen ergriffen, wie der Einsatz von Berylliumfedern und einer HF-Dichtung. Dadurch ist der IPC geeignet für den Einsatz in der Messtechnik und in elektromagnetisch belasteten Umgebungen. Die Überdrucklüftung sorgt zudem durch eine von außen ohne Werkzeug wechselbare Filtermatte für Staubfreiheit im Gehäuse.
Verfügbarkeit steigern durch Condition Monitoring
Als Herzstück des Robotik-Prüfsystems muss der IPC zuverlässig und ausfallsicher sein. Erreicht wird das durch das fortlaufende Überwachen und Auswerten aller wichtigen Systemparameter, wie Prozessortemperatur, Lüfterdrehzahlen und Zustand der Festplatte. Dafür sorgt das Condition-Monitoring-System Prevision Control als integraler Bestandteil des Industrierechners. Es ermöglicht eine Ferndiagnose und Prognose von Lüfter, Prozessor und Festplatte. Gleichzeitig werden die Lüfter und die Helligkeit des TFT-Backlights gesteuert, was gerade in besonders warmen Umgebungen automatisch die Verlustleistung reduziert und den Grenzbereich erweitert.
Die Prevision Control besteht aus einem Hardware-Modul, das unabhängig vom zu überwachenden System arbeitet, und einer speziell entwickelten Software. Sobald ein Parameter nicht mehr im definierten Bereich liegt, wird das Bedien- und Wartungspersonal benachrichtigt. Der Anwender kann die betreffenden Ersatzteile beschaffen und in der nächsten Wartungspause einbauen. Die so realisierte zustandsabhängige Wartung hat mehrere Vorteile. An erster Stelle steht die höhere Verfügbarkeit und Produktivität der gesamten Anlage, was durch das Verhindern ungeplanter Anlagenstillstände durch plötzliche Systemausfälle erreicht. Daneben ermöglichen die genauen Kenntnisse über den Systemzustand eine bessere Planung der Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten. Nicht zuletzt ist bedarfsabhängige Wartung im Vergleich zu statischen Service-Intervallen kostengünstiger, da Verschleißteile nur dann getauscht werden, wenn es wirklich notwendig ist.