Robotik für flexible Messprozesse einfach automatisiert

Von der Oberflächendeflektometrie über die exakte Positionierung von Bauteilen bis hin zum Einsatz von Rasterlaserscannern kennt die Industrie vielfältige Einsatzgebiete für visuelle Sensorik. Vorzugsweise werden dabei Industrie- und Leichtbauroboter eingesetzt, die dank höchster Wiederholgenauigkeit, präziser Bewegungsabläufe und schneller Ausführung perfekt zur Lösung der komplizierter werdenden Messanwendungen geeignet sind.
Im Zuge des Automatisierungs- und Digitalisierungsbooms werden Roboter mit optischen Sensoren ausgestattet, um autonom anspruchsvollere Messprogramme auszuführen. Dabei ist es notwendig, z. B. für die End-of-Line-Prüfung, immer komplexere Konturen abzufahren oder Montageschritte, wie das zeitweilige Konnektieren von Kabeln, durchzuführen. Genau hier spielen Roboter ihre große Stärke aus: Sie erlauben eine sehr hohe Wiederholbarkeit, exakte Bahnplanung und sind bei aller Präzision trotzdem schneller als klassische Ansätze. Entsprechend dringlich ist der Wunsch, die Technologie mit geringem Aufwand breitflächig einsetzen zu können.

Potenziale der Robotik

Klassische Industrie- und neuartige Leichtbauroboter bilden das technologische Fundament zur prozesssicheren Realisierung solcher Messprogramme. Die umfangreichen Schnittstellen und Technologiepakete der bewährten Industriesteuerungen ermöglichen die flexible Anbindung komplexer Sensorik, wie z. B. 2D- und 3D-Visionsysteme oder Kraft-Momenten-Sensoren. Der Aufwand und die notwendigen Kenntnisse für die Einrichtung, Programmierung und Inbetriebnahme der Messprogramme sind jedoch sehr hoch. Bei der Planung sind dabei zusätzliche Parameter zu bedenken, wie z. B. die Ansteuerung der Messgeräte oder Standardschnittstellen, die Kollisionsvermeidung und die Verarbeitung der Messergebnisse. Einen zusätzlichen Faktor stellt die Wahl des richtigen Roboters dar, der je nach Hersteller eine unterschiedliche Programmiersprache verwendet. Trotz des hohen Bedarfs, dieses Prozess-Know-how im eigenen Betrieb zu halten, ist die entsprechende Ausbildung des eigenen Personals selten wirtschaftlich. Das Ergebnis sind häufig Anwendungen mit fest einprogrammierten, unflexiblen Bewegungsabläufen oder starren Positionen in der Fertigungs- oder Prüfstraße. Dadurch wird das Potenzial, welches durch den Robotereinsatz für Messprogramme möglich wäre, nicht optimal ausgeschöpft. Für eine breit gefächerte, wirtschaftliche Verwendung, speziell bei komplexen Messprogrammen, ist es erforderlich, das Anforderungsprofil für den Einrichter zu senken und auf bestehenden Lösungen aufzubauen. Wie erreicht man also diesen hochflexiblen Einsatz von Industrierobotern?

Einfache Inbetriebnahme fortgeschrittener Robotersysteme

Der Beantwortung dieser Frage widmet sich der Karlsruhe Softwarehersteller ArtiMinds Robotics bereits seit 2013. Mit seinem Kernprodukt „ArtiMinds Robot Programming Suite“ (ArtiMinds RPS) steht das Unternehmen für einen codelosen und intuitiven Programmierprozess zur Lösung komplexer Roboteranwendungen. Dabei führt die Software den Anwender mit zahlreichen Assistenzsystemen (engl. Wizards) durch den Inbetriebnahme- und Programmierprozess.

Beim Start der Software ermöglicht der integrierte Roboterkonfigurator die einfache Einrichtung des Programms auf die verwendete Hardware. Der Nutzer gibt im Dialogfenster das verwendete Robotersystem und das Endeffektorwerkzeug an. Überdies werden an dieser Stelle gegebenenfalls eingesetzte Kraft-Momenten- und 2D-/3D-Sensorsysteme konfiguriert. Die Software ist hierdurch imstande, die Sensordaten auszulesen, zu verarbeiten und auf die Ergebnisse, z. B. mit Korrekturbewegungen, zu reagieren. Dabei übernimmt die Software die gesamte Kommunikation mit der Bildverarbeitung und generiert automatisch den passenden Quelltext.

ArtiMinds RPS unterstützt eine Vielzahl an Standardkomponenten, mit denen ein Großteil der Applikationen ohne den Zukauf von teurer, projektspezifischer Hardware umsetzbar ist. Das Portfolio wird dabei laufend erweitert – unlängst wurden die Roboter der Anbieter FANUC und YASKAWA in die Software integriert. Auch die Palette kompatibler Sensorik-Komponenten wird stetig erweitert. Die breite Hardwareunterstützung stellt sicher, dass die Nutzer diejenigen Komponenten einsetzen können, die für die Applikation am besten geeignet sind.

Roboter intelligent programmieren

Nachdem die Software auf die verwendete Hardware eingestellt wurde, beginnt nun der eigentliche Programmierprozess: Der Nutzer erstellt aus einer umfangreichen Bibliothek an vordefinierten Bewegungsbausteinen eine Sequenz und parametriert einige Schlüsselpositionen mithilfe der Wizards. Der Teach-in-Prozess erfolgt dabei entweder offline in der integrierten Simulation oder online über das Verfahren des Roboters in der Realität.
Die Software generiert nun nativen Roboterquellcode, welche über die jeweilige Robotersteuerung kollisionsfrei ausgeführt wird. Das Programm läuft unabhängig von ArtiMinds RPS oder einem gesonderten Industrie-PC. Auf diese Weise kombiniert die Software eine einfache Inbetriebnahme mit intuitiver Programmierung. Damit müssen die Anwender keine Experten auf dem Gebiet der Robotik sein und können sich weiterhin primär auf die Prüfprozesse fokussieren.
Wie solche Prüfprozesse mit ArtiMinds RPS umgesetzt werden können, zeigte das Unternehmen jüngst auf der Automatica in München. Das Unternehmen demonstrierte unter anderem die Spaltmessung mithilfe eines Micro-Epsilon Linienlasers oder die Materialprüfung durch Ultraschall-Messung. Außerdem wurde ein Fanuc-Roboter ausgestellt, der mit gleich zwei Vision-Systemen (SICK und Cognex) sowie einem Variobotics-Rütteltisch Metallplättchen inspizierte. An diesem Applikationsspektrum zeigt sich, dass die Software für verschiedenste Inspektionsaufgaben genauso geeignet ist wie für die Automatisierung von kraftgeregelten Montage- oder Handlingprozessen.