Auteur: Karl D’haveloose

Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om freesprocessen en automatiseringstechnologie op elkaar af te stemmen. Deze resulteert in veelzijdige, efficiënte en uiterst nauwkeurige verspaning van een breed scala aan materialen: van vezelcomposieten tot aluminium en gehard staal, met toleranties tot 0,1 mm. Niks nieuws onder de zon, denk je… maar dat weet ik nog niet zo zeker.

Het Fraunhofer Instituut voor Productietechnologie en Geavanceerde Materialen (IFAM) in Stade (Duitsland) is een toonaangevend, onafhankelijk, toegepast onderzoeksinstituut dat de fysica van verspaning verandert; of om precies te zijn de kinematica van het proces. ‘Kinematica’ beschrijft hoe objecten of systemen bewegen zonder rekening te houden met de krachten die erop inwerken. Het bestudeert hoe dingen bewegen, niet waarom dingen bewegen.

IFAM heeft een technologie ontwikkeld die volgens eigen zeggen de dynamiek en precisie van industriële robots verbetert door intelligente, modelgebaseerde besturing te combineren met innovatieve aandrijftechnologieën en een geoptimaliseerde mechanische robotstructuur. De nieuwe Machine Tool Robot maakt het mogelijk om bewerkingsfouten dynamisch te compenseren en machinetrillingen effectief te dempen. Dit resulteert in een aanzienlijk verbeterde nauwkeurigheid van de onderdelen, zelfs bij hoge voedingssnelheden en complexe bewegingen.

Op die manier ‘overbrugt de Machine Tool Robot de kloof tussen klassieke industriële robots en werktuigmachines’. Volgens IFAM optimaliseert de MTR ook de ‘storingsonderdrukking’, wat zorgt voor een constante precisie, zelfs bij zeer dynamische proceskrachten. Dit aandrijfconcept maakt CNC met hogere materiaalverwijderingssnelheden mogelijk en biedt de mogelijkheid om met hogere jerkinstellingen te werken, wat met deze 2 katalyzers de productiviteit aanzienlijk verhoogt. De robot is bijzonder geschikt voor veeleisende productieprocessen, zoals het verspanen van hardere materialen, en voor de integratie van nieuwe automatiseringstechnologieën en slimme industriële toepassingen.

Alternatief machineconcept

Industriële robots bieden operators de mogelijkheid om alternatieve machineconcepten te realiseren, bijvoorbeeld door de werkruimte uit te breiden met een bewegend platform, extra translatie-assen zoals lineaire assen toe te voegen of ze te combineren met andere robots. In vergelijking met portaalsystemen of werktuigmachines is de MTR een ruimtebesparend bewerkingsconcept, dat bovendien niet afhankelijk is van grote componenten om economisch haalbaar te zijn. Tevens zijn er geen speciale funderingen nodig, waardoor het gemakkelijker aan te passen is aan productielijnen.

De combinatie van seriële kinematica met gelede armen en een lineaire as biedt veel voordelen ten opzichte van grote portaal- en speciale machines voor de bewerking van componenten. De kleinere montageplaats en het modulaire ontwerp van de lineaire as maken het MTR-systeem erg flexibel.

Het gebruik van twee voorgespannen tandheugel- en rondseloverbrengingen compenseert omkeereffecten en zorgt voor een voldoende hoge aandrijfstijfheid van de lineaire aswagen voor baannauwkeurige robotprocessen. Door de hoge structurele stijfheid van de lineaire as zijn de invloeden op de robotnauwkeurigheid gering, ondanks de grote hefboomarmen naar het belastingspunt.

CaliRob, een softwareapplicatie voor modelgebaseerde kalibratie (ook ontwikkeld bij Fraunhofer IFAM), biedt een aanvullende technologie voor de optimalisatie van de precisie: door onvermijdelijke fabricagetoleranties vertonen industriële robots individuele afwijkingen van het ideale systeem. Deze afwijkingen kunnen leiden tot fouten van enkele millimeters bij het benaderen van doelposities in robotsystemen, zonder kennis van deze afwijkingen. Om de hoogst mogelijke nauwkeurigheid te bereiken, moeten industriële robots daarom volgens de vereisten worden gekalibreerd, bijvoorbeeld met CaliRob. Een belangrijk onderdeel van deze toepassing is een zeer uitgebreid wiskundig model met meer dan 200 parameters om de robotkinematica op een lineaire as te beschrijven.

Toekomstige mogelijkheden

In de volgende stap zullen de experts van Fraunhofer IFAM het nieuwe robotsysteem samen met hun R&D-partners Autonox Robotics GmbH en Siemens AG testen in veeleisende industriële toepassingen om het potentieel van de technologieën verder te ontwikkelen.

Machine Tool Robots kunnen voor verschillende toepassingen worden gebruikt: in combinatie met een lineaire as varieert dit van lucht- en ruimtevaartbewerkingen (bijv. lichtere vezelcomposietstructuren en aluminiumlegeringen) tot bewerkingen van hardere materialen (bijv. staal of titanium voor spoorwegen, bedrijfsvoertuigen, scheepsbouw en projecten in de energiesector). Tot nu toe was het niet mogelijk om dergelijke componenten en materialen op een industrieel robuuste manier te bewerken met industriële robots. Nu biedt het gebruik van machinetoolrobots veel nieuwe mogelijkheden, met name voor de bewerking van hardere materialen.