Z-Achse optimal ausgleichen für eine präzise Robotik

Z-Achse in der Robotik: Während die Theorie lautet, „Roboter greift Werkstück mit hoher Genauigkeit“, ist in der Praxis die Greif­position aus verschiedenen Gründen oft nicht genau zu bestimmen. Da werden zum Beispiel Werkstücke in spielbehafteten Werkstückträgern angeliefert, etwa in Gitter- oder Rohrträgern aufgestapelt, in denen sie zum Schutz vor Verklemmung ein deutliches Spiel aufweisen. Oder die Werkstücke selbst haben hohe Abmessungstoleranzen, was etwa bei Gussteilen typisch ist. Aber auch die Wiederholgenauigkeit der Roboter ist begrenzt und kann zudem durch Faktoren wie Wärmeverzug oder Vibrationen weiter verschlechtert werden.

Ohne Achsausgleiche würden Roboter alle Werkstücke, die sich nicht an der vorgesehenen Position befinden, beim Greifen relativ zum Greifer zentrieren. Ist dies nicht möglich, können große Kräfte auf Greifer, Roboter und Werkstück wirken. Bei der Entnahme kann es zu hoher Reibung an den Werkstückträgern sowie zu Beschädigungen an den Werkstücken selbst kommen.

Baureihe XYR

Achsausgleiche, wie beispielsweise die Baureihe XYR der Zimmer Group, machen es dagegen möglich, horizontale Abweichungen in der X- und der Y-Achse auszugleichen. Dadurch gewährleisten sie die erforderliche Toleranz beim Greifen. Für den Greifvorgang ist der Achsausgleich zunächst weich geschaltet, sodass der Greifer beim Schließen seitlich ausweichen und sich an die Position des Werkstücks anpassen kann. Ist der Greifer geschlossen, wird die Position des Achsausgleichs über eine Verriegelung fixiert und das Werkstück aufgenommen. Zur Ablage kann die Fixierung geöffnet und der Achsausgleich mit dem Zentrierkolben wieder mittig gestellt werden. Damit lässt sich der Zugriff des Roboters weicher gestalten – exzentrisch positionierte Teile können damit problemlos gegriffen und positionsgenau wieder abgelegt werden.

Viele Montageaufgaben können nur dank Achsausgleichen von Robotern übernommen werden, etwa beim Fügen und Verkleben von Autoglasscheiben oder beim Aufnehmen, Ablegen und Zusammenfügen von Wellen und Zahnrädern.

Für die Z-Achse: Neue Achsausgleiche der Baureihe ZR

Ergänzend zur Baureihe XYR hat die Zimmer Group ihr Lieferprogramm an Achsausgleichen zuletzt um die Baureihe ZR ergänzt, die Ausgleichsbewegungen in der Z-Achse ermöglicht. Solche Ausgleichsbewegungen werden bei Montageaufgaben, bei der allgemeinen Handhabung und bei der Maschinenbeladung immer dann benötigt, wenn Positionsungenauigkeiten in der Vertikalachse ausgeglichen werden sollen. Zum Beispiel wenn Werkstücke auf Anschlag, aber dennoch kollisionsfrei gegriffen werden sollen oder wenn Werkstücke mit einstellbarer Kraft zusammengefügt werden müssen.

Solche Aufgaben ergeben sich zum Beispiel beim Felgenhandling, bei der Batteriehandhabung, bei der Maschinenbeladung und beim schonenden Fügen von Wellen und Achsen. Dabei ermöglicht es ein Ausgleich der Z-Achse dank seiner Beweglichkeit, Werkstücke auf Kontakt anzufahren, ohne dabei unzulässige Kräfte ausüben oder eine direkte Kollision riskieren zu müssen.

Nadellager für maximale Präzision

Die Baureihe ZR wurde von den Zimmer-Ingenieuren auf maximale Steifigkeit und Präzision ausgelegt. Sie ist dazu mit hoch belastbaren, nadelgelagerten Linearführungen ausgerüstet, die sehr hohe Kräfte und Momente aufnehmen können. Selbst unter maximaler Belastung geben sie daher kaum nach. Die Achsausgleiche bleiben jederzeit leichtgängig und ermöglichen eine zuverlässige sowie präzise Handhabung auch unter voller Last.

Die Nachgiebigkeit, mit der sich der Achsausgleich aus seiner Nullposition auslenken lässt, kann mittels Pneumatik auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Das eröffnet die Möglichkeit, den Anpressdruck, mit dem der Roboter ein Werkstück gegen ein anderes Werkstück presst, feinfühlig einzustellen und damit zum Beispiel ein Zahnrad mit definierter Kraft auf eine Welle zu pressen.

In der ausgelenkten Position kann die Ausgleichseinheit über den Verriegelungskolben fixiert werden. Diese dynamisch hoch belastbare Verriegelung ermöglicht es, ein Werkstück sanft anzufahren und zu greifen, um es mit hoher Dynamik weiterzutransportieren. Das sind ideale Voraussetzungen für die Produktion hoher Stückzahlen, die auch dadurch unterstützt wird, dass die Achsausgleiche bis zu einer Million Zyklen ohne Wartung bewältigen.

Zur Prozessüberwachung steht optional ein Zweipunktsensor zur Verfügung. Dieser fragt sowohl die Auslenkung aus der Nullposition als auch die Stellung des Verriegelungskolbens ab und leitet zwei teachbare Signale an die Steuerung weiter.

Acht Baugrößen plus abgestimmte Flansche für die Z-Achse

Die Baureihe ZR für die Z-Achse kommt in acht Baugrößen auf den Markt, die Hübe von 8 bis 20 Millimeter und Haltekräfte zwischen 250 und 11.500 Newton bieten. Die Flanschgrößen TK 40 bis TK 200 sind auf die Pendants aus der Baureihe XYR abgestimmt, so dass beide Varianten ohne Adapterplatte miteinander kombiniert werden können. So lassen sich Achsausgleiche konzipieren, die in alle Richtungen arbeiten und auch unter schwierigsten Bedingungen einen reibungslosen Robotereinsatz ermöglichen.

Der Autor Horst Stegmüller ist freier Fachjournalist aus St.Leon-Rot.