Eine Armlänge voraus

SCARA-Roboter Das Design der Scara-Roboter wird kontinuierlich auf viele subtile Arten verbessert, um Leistung, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit zu erhöhen und so eine höhere Produktivität sowie einen schnelleren Return-on-Investment zu ermöglichen.

02. September 2019
Eine Armlänge voraus
Yamaha erweitert seine Scara-Roboter – die YK-XG- und YK-TW-Serien enthalten neueste Funktionen. (Bild: Yamaha)

SCARA-Roboter sind prädestiniert, um Pick-and-Place- sowie kleine Montageprozesse wie den Transfer von Werkstücken zwischen einzelnen Prozessen zu automatisieren und zu beschleunigen. Sie können aber auch Funktionstests wie das Betätigen von Tasten durchführen. Doch wie jede andere Prozessautomatisierungstechnologie auch, müssen Roboter einen Mehrwert schaffen, indem sie die Produktivität steigern und die Kosten für ihre Besitzer senken.

Bewegungsregelung

Innovationen zur Verbesserung der Bewegungsregelung des Roboterkopfs tragen dazu bei, sowohl die Geschwindigkeit als auch die Positionsgenauigkeit zu erhöhen. Pick-and-Place-Prozesse erfordern perfekt geregelte Z-Achsen (Hub) und R-Achsen (Rotation). Üblicherweise wird die Bewegung der Z-Achse über eine Gewindespindel realisiert, die vom Vertikal-Spindelmotor angetrieben wird, während die R-Achse über einen Riemen vom Drehwellenmotor gesteuert wird. Beide Riemenantriebe können durch Direktantriebe ersetzt werden, die Alterung und die Gefahr von Bruch oder Dehnung der Riemen ausschließen, was zu einer höheren Langzeitgenauigkeit und reduzierter Wartung führt.

Yamaha entwickelte einen direkten Kugelspindelantrieb für die riemenlose Z-Achsenregelung und nutzte ein kombiniertes System aus Hohlwellenmotor und koaxialem Untersetzungsgetriebe, das mehrere Vorteile für die R-Achsen-Bewegungssteuerung bietet.

Neben dem präzisen und langlebigen riemenlosen Antrieb ermöglichen der Hohlwellenmotor und das Untersetzungsgetriebe höhere Drehzahlen der R-Achse bei hohen Nutzlasten mit großem Versatz.

Toleranter Antrieb

Im Gegensatz zu einer herkömmlichen riemengetriebenen R-Achse, die beim Positionieren von Lasten mit großem Trägheitsmoment verzögern muss, kann der riemenlose Antrieb ein höheres Trägheitsmoment tolerieren, da die Roboterkopf-Drehachse direkt koaxial zum Untersetzungsgetriebe ist.

Darüber hinaus trägt die Optimierung der Antriebsübersetzungen dazu bei, die schnellstmögliche Drehzahl und x-y-Bewegung im gesamten Arbeitsbereich der Maschine zu erreichen – wichtig für Prozesse, bei denen Objekte über große Entfernungen bewegt werden.

Die aktuelle Palette an Scara-Robotern mit riemenlosem Antrieb decken Größen bis etwa 1.200 Millimeter Armlänge und 50 Kilogramm maximaler Nutzlast ab. Kleinere Modelle bis zu etwa 120 Millimeter und einem Kilogramm maximaler Nutzlast ermöglichen es dem Anwender, hochleistungsfähige, platzsparende Montagezellen zu konfigurieren, die nur eine geringe Aufstellfläche beanspruchen. Bei besonders beengten Platzverhältnissen können deckenmontierte Scara-Roboter jede beliebige Stelle innerhalb des Arbeitsbereichs erreichen, was den Platzbedarf des Prozesses minimiert.

Bei (deckenmontierten) Orbital-Scara-Robotern ist die optimale Gewichtsverteilung der Schlüssel zu hohen Verfahrgeschwindigkeiten bei hoher Nutzlastfähigkeit. Yamaha verwendet leichte Materialien und nutzt sein Hohlwellen- Motor- und Getriebe-Know-how in Verbindung mit einer optimierten internen Motorpositionierung, um eine Standardzykluszeit für das Bewegen einer Ein-Kilogramm-Last (300 Millimeter horizontal und 25 Millimeter auf/ab) von nur 0,29 Sekunden zu erreichen, was etwa 36 Prozent schneller ist als bei Vorgängermodellen. Die maximale Nutzlast liegt bei fünf Kilogramm.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus besserer Balance und geringerer Trägheit ergibt, ist die Reduzierung der Belastung des Montagerahmens, der zur Aufnahme des Roboters installiert werden muss. Dies ermöglicht ein leichtes, schlankes Design, das Kosten spart und die Installation im Werk erleichtert.

Anlagenverfügbarkeit

Die langfristige Positioniergenauigkeit und Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit, Staub und Fett kann durch den Ersatz optischer Drehgeber durch Magnetresolver zur Positionserfassung verbessert werden.

Magnetresolver sind von Natur aus immun gegen Erschütterungen und elektrische Störungen, die optische Drehgeber beeinträchtigen können. Der Magnetresolver profitiert von einer einfachen Konstruktion mit nur wenigen elektronischen Bauteilen, die für mehr Zuverlässigkeit und Hochtemperaturbeständigkeit sorgt.

Darüber hinaus kann die konsequente Vereinfachung der Wartung einen wertvollen Beitrag zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit leisten. Die Gestaltung der Abdeckungen hinsichtlich einfacher Demontage, ohne dass Kabel oder Rohrleitungen gelöst werden müssen, ermöglicht es, notwendige Wartungen oder Reparaturen schnell durchzuführen. Darüber hinaus entfallen durch die neuesten Langzeitformulierungen der Schmierfette aufwendige Demontagen und Schmierungen während der gesamten Lebensdauer des Geräts.

Plug-and-Play-Vision

Ein optionales Vision-System erweitert den Funktionsumfang des Roboters um die Suche nach Werkstücken und die Korrektur von Positionsabweichungen. In der Vergangenheit wurde die Bildverarbei- tung vom Roboter getrennt gesteuert. Das erforderte spezielle Bildverarbeitungskenntnisse, um das Bildverarbeitungssystem zu programmieren und die Ergebnisse für Roboteranweisungen zu nutzen.

Die neuesten Bildverarbeitungssysteme lassen sich in das Roboterprogramm integrieren, um einen Plug-and-Play-Betrieb und eine deutlich kürzere Inbetriebnahmezeit zu ermöglichen. Kommunikationsverzögerungen zwischen dem Bildverarbeitungs- und dem Robotersystem werden ebenfalls eliminiert. Das iVY2-Vision-System und Yamahas RCX340-Steuerung verbessern die Leistung weiter, etwa mit dem neuen CTMOVE-Befehl, der einen kompletten Förderband-Trackingzyklus ausführt und dabei drei separate Anweisungen ersetzt, um die Aufnahme und Platzierung von bis zu 100 Teilen pro Minute zu ermöglichen.

Erschienen in Ausgabe: 05/2019
Seite: 26 bis 27