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Sep 02, 2023

Verwendung eines LVDT als Robotermikrometer oder automatisches Höhenmessgerät

Kollaborative Roboter können zur Automatisierung von Messungen eingesetzt werden, die derzeit mit manuellen Mikrometern, Höhenmessgeräten und Messschiebern durchgeführt werden. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie man jedes dieser Handbücher automatisiert

Kollaborative Roboter können zur Automatisierung von Messungen eingesetzt werden, die derzeit mit manuellen Mikrometern, Höhenmessgeräten und Messschiebern durchgeführt werden. In diesem Artikel schauen wir uns an, wie man jedes dieser manuellen Messtools automatisieren kann.

Artikel von | Robotik im neuen Maßstab

Ein LVDT (Linear Variable Differential Transformer oder Linear Probe) kann mit einem kollaborativen Roboter verwendet werden, um ein Mikrometer oder ein Höhenmessgerät zu emulieren.

Beispielsweise wird bei einem Q-Span-Robotermesssystem die lineare Sonde über einer festen Messoberfläche positioniert. Der Robotergreifer bewegt das Teil zu einer Messvorrichtung unter dem Messtaster. Die Steuersoftware des Robotersystems befiehlt dann der linearen Sonde, eine Messung durchzuführen und die daraus resultierenden Daten vom Messgerät zu erfassen.

FOTO: Lineartaster, der mit einem Q-Span-System verwendet wird, um ein manuelles Mikrometer oder Höhenmessgerät zu emulieren und die Messung der Dicke eines bearbeiteten Teils zu automatisieren.

Die Spindelverschiebung des Lineartasters aus der Nullposition entspricht der Höhe des zu messenden Teils. Bei LVDT-Sensoren ist die Spindel ein Metallkern, der sich durch Spulenwicklungen im Sondenkörper bewegt und ein elektrisches Signal erzeugt, das der Position der Spindel entspricht¹. Beim proprietären Scale-Shot-System von Keyence scannt ein CMOS-Sensor eine Glasskala im Sensorkopfkörper².

Der Begriff Fallmessgerät wird auch verwendet und bezieht sich auf die Bewegung der Spindel, die auf die zu messende Oberfläche abgesenkt oder „fallen gelassen“ wird. Luftaktivierte Sensoren nutzen Luftdruck zum Ausfahren der Spindel und eine Feder zum Einfahren.

Wenn ein elektrischer Parallelgreifer (siehe nächster Abschnitt) über ausreichende Wiederholgenauigkeit und Präzision verfügt, kann er mit Messfingerspitzen ausgestattet werden, um ihn als digitalen Roboter-Messschieber zu verwenden. Der Messschieber wird direkt am Roboterarm montiert (oder an einer Multitool-Halterung am Roboterarm). Zur Messung von Außendurchmessern und -dicken werden flache oder kugelförmige Messfingerspitzen am Greifer verwendet. Mit den Fingerspitzen von Rubintastern wird der Innendurchmesser gemessen.

FOTO: Roboter-Digitalmessschieber links mit flachen Messfingerspitzen zur Messung eines Außendurchmessers (OD) und rechts mit rubinroten Tasterfingerspitzen zur Messung eines Innendurchmessers (ID). Diese Roboter-Messschieber im Q-Span-System haben eine Messauflösung von 2,5 µm (0,0001 Zoll).

Unabhängig davon, ob ein Mikrometer, ein Messschieber, ein Höhenmessgerät oder eine Kombination von Messgeräten verwendet wird, ist die automatisierte Teilehandhabung ein wesentlicher Bestandteil der Robotermessung. Ein kollaborativer Roboter kann Teile aus einem Eingabebereich oder einer Zuführung aufnehmen und sie zur Messung auf einem Bezugspunkt, einer Lehre oder einer Vorrichtung platzieren. Anschließend können sie nach der Messung in einen Ausgabebereich verschoben werden.

Eine der einfachsten Möglichkeiten, einem Roboter Teile zu präsentieren, ist die Verwendung von Eingabefächern, die vom Bediener vorbestückt werden. Der Roboter kann einfach programmiert (oder angelernt) werden, um Teile von bekannten Stellen im Tablett aufzunehmen. Förderer oder Vibrationsförderer können auch verwendet werden, um Teile einem einzelnen Aufnahmeort zuzuführen und auszurichten. Eine komplexere Lösung besteht darin, ein Bildverarbeitungssystem zu integrieren, um Teilepositionen und -ausrichtungen zu identifizieren und diese Informationen an den Roboter zu senden.

Elektrische Parallelgreifer sind ein gängiges End-of-Arm-Werkzeug für die Teilehandhabung. Die Greiffingerspitzen sollten für das Teil geeignet sein, zum Beispiel V-Nut-Finger für zylindrische Teile.

Ein kollaborativer Roboter, der einen elektrischen Parallelgreifer mit V-Nut-Fingerspitzen verwendet, um ein zylindrisches Teil zu zentrieren.

Viele lineare Sonden oder Kontaktwegsensoren verfügen über Kabel oder drahtlose Funktionen zur Übertragung von Daten an einen PC. Allerdings kann es eine Herausforderung sein, diese Daten in ein Robotermesssystem zu integrieren. Das Q-Span System löst diese Herausforderung mit der Q-Span Data Server Application. Diese Software dient als Plug-and-Play-Schnittstelle zwischen allen Messgeräten und dem Robotersystem.

Daten von mehreren Messgeräten werden über den Roboter in einem konsolidierten ASCII-Format an einen PC gesendet. Die Daten können problemlos über Excel oder eine CSV-Datei in das bevorzugte Qualitätsmanagementsystem (QMS) oder die Software zur statistischen Prozesskontrolle (SPC) exportiert werden.

Um eine vollständige „Lights-Out“-Automatisierung zu ermöglichen, kann das Mess-Feedback genutzt werden, um eine Fertigungszelle mit geschlossenem Kreislauf zu schaffen, die Messdaten automatisch an die Maschine zurücksendet. Bei einer CNC-Bearbeitungsanwendung können beispielsweise Daten an die Maschine zurückgesendet werden, um Werkzeugmaschinenversätze automatisch einzustellen oder Bediener zu warnen, wenn die Werkzeugmaschinen gewartet werden müssen. Dies verbessert die Prozesskontrolle erheblich und minimiert Ausfallzeiten, indem es Maschinisten hilft, Prozessänderungen in Echtzeit zu erkennen und zu korrigieren, bevor sie auftreten, und gleichzeitig den Ausschuss deutlich zu reduzieren.

Ein zweiter Softwareaspekt ist Robotersteuerungssoftware. Das URCap-Software-Plugin von New Scale für Universal Robots, das NSR Devices URCap, wurde speziell für die Teilehandhabung und Messtechnik entwickelt. Benutzer können mit dem Programmierhandgerät von Universal Robots auf einfache Weise Roboterprogramme erstellen, die Teile mit dem Robotergreifer/Messschieber greifen, bewegen und messen. Beispielprogramme sind im Q-Span Application Kit enthalten.

Verwenden Sie die URCap-Softwareanwendung von NSR Devices, um Robotersteuerungsprogramme für die Teilehandhabung, Messung und Datenerfassung zu erstellen.

Kollaborative Roboter machen es relativ einfach, manuelle Messschieber durch einen End-of-Arm-Robotermessschieber zu ersetzen und manuelle Mikrometer oder Höhenmessgeräte durch einen LVDT- oder Lineartaster zu ersetzen. In beiden Fällen verbessert die Automatisierung die Wiederholbarkeit, indem sie menschliche Schwankungen eliminiert, z. B. bei der Art und Weise, wie das Messgerät auf das Teil angewendet wird und wie viel Druck angewendet wird.

Ein Q-Span-System bietet die zusätzlichen Vorteile einer integrierten Teilehandhabung und die Möglichkeit, Daten aus mehreren Werkzeugen zur Prozesssteuerung zu konsolidieren.

Durch die Automatisierung sich wiederholender und langweiliger Messaufgaben werden Durchsatz und Qualität verbessert und Qualitätsprüfer können sich auf höherwertige Arbeiten konzentrieren.

Verweise

(1) https://www.te.com/usa-en/industries/sensor-solutions/insights/lvdt-tutorial.html

(2) https://www.keyence.com/products/measure/contact-distance-lvdt/

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