Piezoelektrische Sensoren zur Prozessüberwachung in der Robotik

Ganzheitliche Überwachung

Dank miniaturisierter und integrierter Systeme auf Basis piezoelektrischer Sensoren, werden Roboter zukünftig präziser, flexibler, effizienter und sicherer.


Verschiedene piezoelektrische Systeme sind bereits am Roboter im Einsatz. Im Karosseriebau z.B. überwachen Sensoren die Punktschweißzangen am Roboter.
Bild: Kistler Gruppe

So lassen sich mit integrierter Kraft-Weg-Überwachung Montageprozesse optimieren und deutlich effizienter gestalten. Frank-Peter Kirgis, Divisionsleiter Industrial Process Control (IPC) bei Kistler, erläutert die Chancen: "Wir wollen zukünftig stärker mit Herstellern an der Roboterperipherie zusammenarbeiten, die z.B. Greifer, Montagetechnik und Werkzeuge bereitstellen. Doch auch Roboterhersteller werden von unseren Lösungen profitieren, nicht zuletzt im Bereich Mensch-Roboter-Kollaboration." Ziel sei es, komplette Anwendungspakete zu entwickeln, die eine möglichst nahtlose Integration in die jeweilige Automatisierungsumgebung bieten. Die Voraussetzungen hierfür sind ideal: Sowohl Robotik als auch Prozessüberwachung und Sensorik sind bereits weit entwickelt und vielfach im Einsatz - nun gilt es, beide stärker zusammenzubringen. Kistler verfügt hierfür über die Expertise über die gesamte Messkette, vom Kristall über Sensorfertigung und Elektronik bis hin zu Signalauswertung und Softwareentwicklung. "Die piezoelektrische Sensorik besitzt gegenüber der Dehnmessstreifen-Technologie, wie sie bisher am Roboter überwiegend eingesetzt wird, eine Reihe von Vorteilen: höhere Genauigkeit, enorme Robustheit, größerer und umschaltbarer Messbereich, um nur einige zu nennen. Damit lassen sich Präzision und Flexibilität eines Robotersystems deutlich steigern", erklärt Kirgis. "Wenn man sich unsere Messketten für die Kraftsensorik anschaut, sind viele technische Herausforderungen im Grunde bereits gelöst. In Sachen Robotik ist die technologische Basis die gleiche, nur der Formfaktor ändert sich: Natürlich sind die Systeme am Roboterarm kleiner - Miniaturisierung ist entscheidend -, und es braucht geeignete Schnittstellen und Softwarelösungen, um Signale und Daten direkt an die Steuerung zu kommunizieren."

Intelligente Prozessüberwachung für Montagevorgänge

Verschiedene Kistler-Systeme sind bereits am Roboter im Einsatz. Im Karosseriebau beispielsweise überwachen Sensoren die Punktschweißzangen am Roboter, um sicherzustellen, dass die Schweißpunkte korrekt gesetzt sind. Der technologische Ansatz lässt sich auch auf weitere Montagetechniken wie Nieten, Schrauben und Clinchen übertragen, wo direkt am Roboterarm die Prozesse überwacht werden. Außerdem wird es die elektromechanischen Fügesysteme von Kistler zukünftig auch für den Einsatz am Roboter geben. "Wir beginnen mit den Nischen, wo wir bereits tätig sind, und erweitern diese schrittweise um zusätzliche Anwendungen. Dabei wollen wir uns als Partner des Maschinenbaus und der Systemintegratoren über die Peripherie bis zum Robotersystem weiterentwickeln", betont Kirgis. Auch im Bereich MRK (Mensch-Roboter-Kollaboration) gibt es großes Entwicklungspotential. Zusammen mit der Bildverarbeitungstechnologie von Vester, die zur Kistler-Gruppe gehören, verfügt Kistler über die geeigneten Mittel, um Roboter gezielt zu überwachen und zu steuern. "Beim Thema MRK ist es wichtig, die gesamte Anwendung im Blick zu haben, nicht nur den Roboter. Wir wollen durch ganzheitliche Überwachung die Gesamtprozesssicherheit gewährleisten, d.h. Maschinensicherheit und Qualitätssicherung in einem", erklärt Kirgis: "Zentral sind vor allem die Themen Benutzerfreundlichkeit und Softwareentwicklung, um neue Lösungen marktreif zu machen, die möglichst großen Mehrwert bieten, d.h. möglichst vollintegrierbar sind. Dank der hauseigenen Software-Kompetenz, die von der Feldebene bis zur MES-Ebene und darüber hinaus reicht, sind wir in der Lage, die Systeme soweit zu entwickeln, dass sie sich in die Fertigungsumgebung der Anwender reibungslos einfügen", so Kirgis abschließend.

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