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Die Transformation der Fertigung der Zukunft: Wie kann die Kraftkontrolle die Produktqualität verbessern?
In der sich rasch verändernden Fertigungsindustrie wird die Kraftregelungstechnologie zunehmend zu einem wichtigen Instrument zur Verbesserung der Produktqualität. Unter Kraftkontrolle versteht man die Kontrolle der Kraft, die eine Maschine oder ein Roboterarm ausübt, wenn er mit einem Objekt oder der Umgebung in Kontakt kommt. Diese Technologie kann nicht nur Schäden an Geräten und Objekten verhindern, sondern auch Verletzungen während des Betriebs reduzieren.
Mit der Entwicklung der Robotertechnologie hat die Anwendung der Kraftsteuerung in verschiedene Bereiche Einzug gehalten, darunter in die mechanische Verarbeitung, die Medizintechnik und die Servicerobotik.
Der Vorteil der Kraftregelungstechnologie besteht darin, dass sie mit Unsicherheiten im Herstellungsprozess mit konsistenteren Ergebnissen umgehen kann. Im Vergleich zur herkömmlichen Positionssteuerung ist die Kraftregelung besser an unterschiedliche Umgebungen und dynamische Änderungen anpassbar. Besonders bei Kontaktarbeiten sorgt die Kraftregelung für eine stabile Kontaktkraft und damit für eine gleichmäßigere Bearbeitung, beispielsweise bei Schleif- und Poliervorgängen, wodurch ein gleichmäßiger Materialabtrag gewährleistet wird.
Anwendungen der Kraftregelung
In praktischen Anwendungen kann die Kraftkontrolle anhand der Kontakteigenschaften in die Szenarien „offensichtlicher Kontakt“ und „potenzieller Kontakt“ unterteilt werden. Bei Anwendungen mit offensichtlichem Kontakt ist der Kontakt zwischen Maschine und Werkstück ein zentraler Bestandteil der Aufgabe und muss klar kontrolliert werden. Solche Aufgaben kommen häufig in der mechanischen Umformung und Oberflächenbearbeitung vor. Bei Anwendungen mit potenziellem Kontakt kommt es in hohem Maße auf die genaue Positionierung der Maschine oder ihrer Komponenten an.
Ob bei Industrie- oder Medizinrobotern – eine ordnungsgemäße Kraftkontrolle kann Unfallverletzungen erheblich reduzieren und die Arbeitseffizienz verbessern.
Kraftmesstechnik
Um eine effektive Kraftregelung zu erreichen, muss die momentane Kontaktkraft bekannt sein. Kontaktkräfte können direkt mithilfe von Kraft-/Drehmomentsensoren gemessen werden, die normalerweise am Endeffektor des Roboters montiert sind. Durch präzise Verformungsmessung liefern diese Sensoren Echtzeitdaten zu Kräften und Drehmomenten.
Neben direkten Messungen können Kräfte auch durch indirekte Methoden abgeschätzt werden, insbesondere durch die Messung des Betriebsstroms des Motors. Durch diese indirekte Messung lassen sich die Kosten effektiv senken und gleichzeitig die Stabilität und Störfestigkeit des Systems erhöhen, denn Sensoren sind in mechanischen Systemen oft das schwächste Glied.
Evolution der Steuerungskonzepte
Die Entwicklung der Kraftregelung umfasst verschiedene Regelungskonzepte, darunter die aktive Impedanzregelung und die passive Impedanzregelung. Bei der passiven Steuerung ist keine direkte Kraftmessung erforderlich, sodass die Maschine oder der Endeffektor die Kontaktkräfte je nach Design flexibel reduzieren können, während die aktive Steuerung Anpassungen an Abweichungen des Endeffektors vornehmen kann, was insbesondere beim Anlernen des Roboters wichtig ist.
Durch die aktive Impedanzkontrolle kann die Anpassungsfähigkeit von Maschinen an Umgebungsveränderungen verbessert werden, insbesondere in sich verändernden Industrieumgebungen.
Zukunftsaussichten
Die Kraftregelung entwickelt sich mit den Fortschritten in der Sensortechnologie und bei Steuerungsalgorithmen sowie der Einbindung von Technologien wie maschinellem Sehen und künstlicher Intelligenz schnell zu einem wichtigen Bestandteil der Automatisierung. Diese Innovationen erhöhen nicht nur die Flexibilität in der Fertigung, sondern machen den Betrieb in unvorhersehbaren Umgebungen auch wesentlich sicherer.
Die Kraftkontrolle spielt für die Weiterentwicklung der Fertigung der Zukunft zweifellos eine unverzichtbare Rolle. Es verbessert nicht nur die Produktqualität, sondern bringt auch erhebliche Vorteile im Risikomanagement und bei der Kostenkontrolle. Doch wie kann die Kraftregelungstechnologie angesichts sich ständig ändernder Technologien und Marktanforderungen unsere Fertigungsindustrie voranbringen?
