Warum die Kraftregelung beim robotergestützten Schleifen und Polieren wichtig ist

Für Hersteller von Armaturen, Türgriffen, Automobilkomponenten und anderen Metallprodukten werden robotergestützte Schleif- und Polierverfahren immer attraktiver.

Der Kauf eines Industrieroboters allein reicht jedoch nicht aus, um ein gutes Endergebnis zu garantieren.

Im Gegensatz zur Materialhandhabung oder Montage erfordern Schleif- und Polierprozesse einen kontinuierlichen physischen Kontakt zwischen Werkzeug und Werkstück. Der Roboter muss nicht nur die korrekte Position erreichen, sondern auch einen geeigneten Kontaktzustand aufrechterhalten und dabei der Oberflächengeometrie folgen.

Dies ist besonders wichtig bei der Bearbeitung von gebogenen, unregelmäßigen oder dekorativen Metallbauteilen.

Aktuelle Forschungen im Bereich des robotergestützten Schleifens und Polierens konzentrieren sich weiterhin auf die Kraftregelung, die Bahnplanung, die Überwachung der Oberflächenqualität und die adaptive Bearbeitung komplexer Oberflächen.

Warum die Positionskontrolle allein nicht ausreicht

Ein herkömmlicher Industrieroboter ist sehr gut in der Positionskontrolle.

Es kann so programmiert werden, dass es sich zu einer bestimmten Koordinate bewegt und einer definierten Bahn mit hoher Wiederholgenauigkeit folgt.

Das Mahlen ist jedoch etwas anderes.

Das Schleifwerkzeug steht in physischem Kontakt mit dem Werkstück. Während dieses Kontakts hängt das tatsächliche Schleifergebnis von mehr als nur der Position des Roboters ab.

Ist die Kontaktkraft zu hoch, kann dies folgende Folgen haben:

• übermäßige Materialentfernung
• Tiefe Schleifspuren
• Erhöhte Wärmeerzeugung
• Schnellerer abrasiver Verschleiß
• Oberflächenverformung

Ist die Kraft zu gering, entfernt das Schleifmittel möglicherweise nicht genügend Material, sodass Gussspuren, Grate oder Oberflächenfehler zurückbleiben.

Daher muss ein effektives Roboterschleifsystem nicht nur Folgendes steuern: wohin sich das Werkzeug bewegt, aber auch wie das Werkzeug mit der Oberfläche interagiertDie

Warum dies für Wasserhähne wichtig ist

Wasserhähne stellen ein besonders interessantes Anwendungsgebiet für das robotergestützte Schleifen und Polieren dar.

Im Gegensatz zu einfachen, flachen Metallteilen weisen Armaturenkörper üblicherweise mehrere gekrümmte Oberflächen, Kanten, Übergänge und unterschiedliche Oberflächenausrichtungen auf.

Die abrasiven Kontaktbedingungen können sich daher kontinuierlich ändern, während sich der Roboter über das Produkt bewegt.

Beispielsweise kann eine Schleifbahn, die an einem Abschnitt eines Wasserhahns gut funktioniert, zu übermäßigem Druck führen, wenn das Werkzeug auf eine engere Kurve trifft.

Eine festgelegte Roboterbahn ohne entsprechende Nachgiebigkeit kann daher zu ungleichmäßigem Materialabtrag führen.

Mit geeigneter Kraftregelung oder nachgiebiger Werkzeugtechnologie kann das Schleifsystem diese Veränderungen besser aufnehmen.

Dies ist einer der Hauptgründe, warum die robotergestützte Bearbeitung komplexer gekrümmter Oberflächen zu einem wichtigen Forschungsthema geworden ist.

Die gleiche Herausforderung besteht auch bei Türbeschlägen.

Für Türgriffe und architektonische Beschläge gelten ähnliche Anforderungen.

Ein hochwertiger Türgriff benötigt möglicherweise eine sehr gleichmäßige Beschichtung:

• Hochglanzpoliert
• Satinierte Oberfläche
• Gebürstete Oberfläche
• Dekorative Oberfläche

Da diese Produkte oft an gut sichtbaren Stellen installiert werden, können bereits kleine Unterschiede im Erscheinungsbild der Oberfläche erkennbar sein.

Auch die Geometrie kann zwischen verschiedenen Produktmodellen erheblich variieren.

Ein Griff mag relativ gerade sein, während ein anderer komplexe Kurven und Übergänge aufweisen kann.

Für Hersteller, die mehrere Modelle produzieren, müssen daher robotergestütztes Schleifen und Polieren kombiniert werden. Wiederholbarkeit bei gleichzeitiger FlexibilitätDie

Kraftgesteuerte oder nachgiebige Bearbeitungssysteme können dazu beitragen, dass das Werkzeug einen besseren Kontakt mit wechselnden Oberflächen aufrechterhält.

Automobilkomponenten schaffen eine weitere Komplexitätsebene.

Die Automobilfertigung stellt hohe Anforderungen an Produktivität und Konsistenz.

Die Bauteile können komplexe Kurven, Kanten, Gussmerkmale und unterschiedliche Oberflächenanforderungen aufweisen.

Bei Bauteilen aus Aluminiumguss oder anderen Metallen kann ein Schleifvorgang erforderlich sein, um Folgendes zu entfernen:

• Blitz
• Kletten
• Trennlinien
• Torreste
• Gussunregelmäßigkeiten

Der Roboter muss diese Mängel beseitigen, ohne Bereiche, die bereits die geforderten Spezifikationen erfüllen, unnötig zu beeinträchtigen.

Dies ist einer der Gründe, warum die Forschung im Bereich des robotischen Schleifens zunehmend 3D-Messungen, Punktwolkenverarbeitung, Bahnplanung, Kraftregelung und Echtzeitkompensation einbezieht.

Die Technologie entwickelt sich von einfachen, vorprogrammierten Bewegungsabläufen hin zu adaptiveren Verarbeitungsprozessen.

Was genau bewirkt die Kraftregelung?

Vereinfacht ausgedrückt hilft die Kraftregelung dabei, die Wechselwirkung zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück zu steuern.

Anstatt den Roboter als starren Mechanismus zu behandeln, der immer exakt dieselbe Position beibehalten muss, ermöglicht das System eine kontrollierte Nachgiebigkeit während des Kontakts.

Dies kann dazu beitragen, kleine Abweichungen auszugleichen bei:

• Werkstückposition
• Oberflächengeometrie
• Gussabmessungen
• Positionierung der Vorrichtung
• Roboterpositionierung
• Werkzeugverschleiß

Ziel ist es nicht unbedingt, unter allen Umständen eine identische Streitkraft aufrechtzuerhalten.

Ziel ist es, für den jeweiligen Arbeitsgang geeignete Verarbeitungsbedingungen aufrechtzuerhalten.

Forschungsübersichten haben aktive Regelung, passive Nachgiebigkeit, Impedanzregelung, hybride Kraft-/Positionsregelung und adaptive Regelung als wichtige Ansätze beim robotischen Polieren und Schleifen identifiziert.

Kraftregelung und Oberflächenqualität

Bei der Oberflächenbearbeitung geht es letztendlich um Materialabtrag.

Wenn sich die Schleifkraft über das Werkstück deutlich ändert, kann sich auch die Menge des abgetragenen Materials ändern.

Dies kann folgende Folgen haben:

• Ungleichmäßiges Schleifen
• Unterschiedliche Oberflächenrauheit
• Sichtbare Übergangsmarken
• Uneinheitliche Polierergebnisse

Eine bessere Kontrolle der Kontaktbedingungen kann zur Verbesserung der Konsistenz des Prozesses beitragen.

Die Kraftkontrolle ist jedoch keine Wunderlösung.

Die Oberflächenqualität hängt auch von Folgendem ab:

• Schleifmittel
• Schleifkorngröße
• Werkzeuggeschwindigkeit
• Roboter-Zuführrate
• Werkzeugausrichtung
• Werkstückmaterial
• Schleifweg
• Bearbeitungszeit

Aktuelle Forschungsarbeiten zum robotergestützten Schleifen und Polieren analysieren insbesondere die kombinierten Auswirkungen von Schleifkraft, Vorschubgeschwindigkeit, Werkzeugdrehzahl und Schleifmittelparametern auf den Materialabtrag.

Aus diesem Grund erfordert ein erfolgreiches Automatisierungsprojekt eine Prozessoptimierung und nicht einfach nur das Hinzufügen eines Kraftsensors zu einem Roboter.

Die Bedeutung des Schleifwerkzeugs

Der Roboter ist nur ein Teil des Systems.

Der Endeffektor und das Schleifwerkzeug haben einen großen Einfluss darauf, wie die Kraft auf das Werkstück übertragen wird.

Verschiedene Anwendungen können unterschiedliche Konfigurationen erfordern, darunter:

• Schleifbandsysteme
• Schleifscheiben
• Klappräder
• Polierscheiben
• Konforme Schleifwerkzeuge

Die Forschung an robotischen Schleifendeffektoren klassifiziert Lösungen im Allgemeinen in kraftgesteuerte, adaptive und spezialisierte Strukturen und hebt dabei die Bedeutung der werkzeugseitigen Konstruktion bei kontinuierlichen Kontaktvorgängen hervor.

Bei einer komplexen Armaturenoberfläche kann die ideale Werkzeugkonfiguration beispielsweise ganz anders aussehen als bei einem großen Automobilgussteil.

Automatisierung erfordert mehr als einen Roboter

Ein häufiger Fehler bei der Bewertung von Roboterschleifanlagen ist, sich zu sehr auf den Roboter selbst zu konzentrieren.

Ein vollständiges System umfasst normalerweise:

Alle diese Elemente müssen zusammenwirken.

Ein hochwertiger Roboter kann ein ungeeignetes Schleifmittel oder eine schlecht konstruierte Vorrichtung nicht ausgleichen.

Ebenso wenig kann eine ausgezeichnete Schleifanlage stabile Ergebnisse liefern, wenn die Roboterbahn schlecht ausgelegt ist.

Wohin die Reise beim robotergestützten Schleifen geht

Die nächste Generation von Roboterschleif- und Poliersystemen wird voraussichtlich zunehmend anpassungsfähig sein.

3D-Scanning- und Punktwolkentechnologien können mehr Informationen über die tatsächliche Geometrie des Werkstücks liefern.

Mithilfe fortschrittlicher Trajektorienplanung lassen sich dann auf Basis dieser Geometrie Verarbeitungspfade generieren.

Die Kraftsteuerung kann helfen, den Kontakt zwischen Werkzeug und Oberfläche zu regulieren.

Die Oberflächenprüfung kann Rückschlüsse auf das Endergebnis zulassen.

Aktuelle Forschungsergebnisse haben bereits die Registrierung von Punktwolken, die Segmentierung, die Pfadplanung und die Echtzeit-Schleifkompensation als wichtige Richtungen für das intelligente Roboterschleifen identifiziert.

Dadurch entsteht ein potenzieller geschlossener Regelkreis:

Das unterscheidet sich grundlegend vom traditionellen manuellen Schleifen.

Was dies für die Hersteller bedeutet

Für Hersteller von Wasserhähnen, Türgriffen, Automobilkomponenten und anderen Metallprodukten besteht die größte Chance nicht einfach darin, einen manuellen Arbeiter durch einen Roboter zu ersetzen.

Die eigentliche Chance besteht darin, ein stabilerer und messbarer OberflächenveredelungsprozessDie

Anstatt sich ausschließlich auf die Erfahrung der Bediener zu verlassen, können Hersteller damit beginnen, Folgendes zu definieren und zu kontrollieren:

• Schleifkraft
• Roboterbahn
• Verarbeitungsgeschwindigkeit
• Werkzeugzustand
• Zykluszeit
• Oberflächenqualität

Dies schafft eine stärkere Grundlage für eine kontinuierliche Massenproduktion.

Es kann auch die Einführung neuer Produkte erleichtern und bestehende Prozesse optimieren.

Aufbau einer kompletten robotergestützten Oberflächenbearbeitungslösung

Bei Produkten wie Wasserhähnen, Badarmaturen, Türgriffen und Automobilkomponenten besteht das Ziel nicht einfach darin, einen Roboter automatisch bewegen zu lassen.

Ziel ist es, die richtige Kombination aus Roboterbewegung, Werkzeugauswahl, Kontaktsteuerung, Vorrichtungen und Bearbeitungsparameter für das eigentliche Produkt.

Denn bei der robotergestützten Oberflächenbearbeitung kommt die Präzision nicht allein vom Roboter.

Das ergibt sich aus der Kontrolle des gesamten Prozesses.

Abschluss

Die Kraftregelung gewinnt bei robotergestützten Schleif- und Polierprozessen zunehmend an Bedeutung, da diese Verfahren eine kontinuierliche physikalische Interaktion zwischen Werkzeug und Werkstück beinhalten.

Bei komplexen, gebogenen Produkten reicht die Positionskontrolle allein möglicherweise nicht aus, um einen stabilen Materialabtrag und eine gleichbleibende Oberflächenqualität zu erzielen.

Durch die Kombination von Industrierobotern mit geeigneten Endeffektoren, nachgiebigen Mechanismen, Kraftregelung, Prozessplanung und Oberflächeninspektion können Hersteller flexiblere und zuverlässigere Oberflächenbearbeitungssysteme aufbauen.

Für Fabriken, die das Schleifen und Polieren von Wasserhähnen, Türgriffen, Automobilkomponenten und anderen komplexen Metallprodukten automatisieren wollen, lautet die Schlüsselfrage nicht mehr einfach:

Die wichtigere Frage lautet:

Hier beginnt die intelligente robotergestützte Oberflächenbearbeitung.