Automatisierte Prüfungen

Andreas Mühlbauer,

Automatisierungstrends in der Materialprüfung

Werkstoffprüfungen werden immer stärker automatisiert, da schon kleinste Störungen die Messwerte verändern. Auch zeitaufwendige oder monotone Arbeiten übernehmen zunehmend Roboter. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, Materialprüfungen zu automatisieren – von der Automatisierung von Kleinserienprüfungen mittels kollaborierender Roboter bis zum vollautomatisierten Prüflabor. Von David Kalke

Ein AGV bei der Anlieferung von Proben an ein roboTest-Prüfsystem. © ZwickRoell

Seit Jahren schon finden Roboterprüfsysteme, beispielsweise auf Basis von Industrierobotern, erfolgreich Anwendung. Durch ihre hohe Belastbarkeit sind sie in der Lage, auch schwere Prüflinge sicher zu bewegen. Dank umfangreicher Probenmagazine eignen sie sich für lange Prüfserien – hunderte oder gar tausende Prüflinge können Magazin für Magazin selbstständig abarbeiten. So kommen zum Beispiel die verschiedenen roboTest-Prüfsysteme von ZwickRoell in Verbindung mit der jeweiligen Prüfmaschine nicht nur für den Standard-Zugversuch an Metall oder Kunststoffproben bei Normalbedingungen infrage. Auch Biegeversuche, temperierte Zug-, Kerbschlag- und Durchstoßversuche sowie Messungen der Kugeleindruckhärte lassen sich automatisieren.

Die eigentliche Prüfung erfolgt ohne weiteren Eingriff eines Mitarbeiters. ZwickRoell baut autonom agierende Prüflabore mit AGVs (Automated Guided Vehicles, Fahrerlose Transportfahrzeuge) und weiteren Handlingrobotern. Letztere werden ebenso wie die zur Prüfung herangezogenen Roboter von der ZwickRoell autoEdition 3 koordiniert. Sie laufen bei Bedarf rund um die Uhr und übernehmen Materialprüfungen von der Abgabe der Proben auf einem Transportband bis hin zur Ausgabe der zerstörten Prüflinge selbstständig.

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Was noch dem Menschen überlassen bleibt, ist die Probenherstellung und -vorbereitung. Besonders im Falle der Qualitätssicherung neben der laufenden Produktion mit hohem Materialdurchlauf lohnt sich ein vollautomatisiertes Prüflabor. Nach Entnahme der Werkstücke oder Materialien aus dem Fertigungsprozess werden die Proben in die benötigte Form und Größe gebracht. Zudem bekommt jeder Prüfling einen Barcode oder 2D-Code und ist damit im System automatisiert und eindeutig zu identifizieren.

roboTest N bei der automatisierten Durchführung eines Kerbschlagbiegeversuchs mit einem HIT-Pendelschlagwerk. © ZwickRoell

Bleibt nur noch die Übergabe der Proben an das Roboterprüflabor. Dort werden die Prüflinge anhand ihres Codes erkannt, der richtigen Prüfung und Prüfmaschine zugewiesen und auf das entsprechende Tablet sortiert. Der Weitertransport erfolgt durch AGVs, die die Tablets zur jeweiligen Prüfmaschine bringen. Sie erstellen durch das integrierte Laser-Navigationssystem eine Karte ihrer Umgebung und finden selbstständig die Route zu ihrem Ziel. Durch die autonome Navigation sind sie dabei den klassischen Lösungen überlegen, die beispielsweise einem in die Fahrbahn eingelassenen Draht oder einer aufgeklebten Kontrastlinie folgen müssen. Die von ZwickRoell eingesetzte Lösung ist dagegen in der Lage, Hindernisse zu umfahren und so die Transportkette zu sichern.

Einmal an der vorgesehenen Prüfmaschine angekommen, lädt das AGV die Prüflinge in das Magazin des Prüfsystems. Eines der ZwickRoell-Roboterprüfsysteme wie beispielsweise roboTest L übernimmt die Bearbeitung der Proben: Die Bestückung der Prüfmaschine, der Prüfvorgang und die Übergabe der Daten an die Softwaresysteme des Kunden sowie die Entfernung der zerstörten Proben erfolgen vollautomatisch. Auch hier werden die Identifikationsnummern der Prüflinge durch Kameras ausgelesen, um die Prüfdaten mit der jeweiligen Probe korrekt zu verknüpfen. Die entleerten Tablets nimmt ein AGV wieder auf und transportiert sie zurück zur Probenvorbereitung, wo sie wieder bestückt werden.

Kleinserienprüfungen automatisieren

Was im großen Stil hervorragend funktioniert und viel Zeit spart, war bisher im Kleinen völlig unwirtschaftlich. Die Einrichtung stationärer Roboterprüfsysteme ist aufwendig, erfordert Zeit und Spezialisten. Zudem sind je nach System umfassende Schutzmaßnahmen nötig. Die kraftvoll agierenden Industrieroboter sind nicht für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen geschaffen. Ihnen fehlt die Möglichkeit, auf ihre Umgebung zu reagieren. Meist greift man daher zu Schutzzäunen. Kleinserienprüfungen blieben daher bis jetzt fest in Menschenhand. Es ging bisher viel schneller, einen Mitarbeiter mit 20 Zugprüfungen oder 50 Kerbschlagbiegeversuchen zu betrauen, als eines der großen Roboterprüf-systeme einzurichten.

Mit roboTest N bietet ZwickRoell die Möglichkeit, bei geringerem Probengewicht auch Serienprüfungen mit niedriger Stückzahl zu automatisieren. Auf Basis eines Smart Robot ist das System vollständig in die ZwickRoell autoEditon 3 und testXpert III integriert. Dadurch sind weder ein Roboterbedienterminal noch spezielle Kenntnisse in der Programmierung und Bedienung von Robotern notwendig.

Automatisierung von Härteprüfungen mit roboTest N. © ZwickRoell

Arbeitsgeschwindigkeit und -kraft des Smart Robots entsprechen menschlichen Proportionen. Sensoren erkennen eine Fremdeinwirkung und legen das System still, wenn ihm etwas in die Quere kommt. Dadurch kann roboTest N ohne weitere Schutzmaßnahmen neben Menschen arbeiten.

Der Leichtbauroboter ist auf einem fahrbaren Robotertisch fixiert. Damit lässt er sich einfach an die jeweilige Prüfmaschine schieben und ans System anbinden. Dies ermöglicht die unkomplizierte Verarbeitung wechselnder Kleinserien sowie die automatisierte Durchführung verschiedener Prüfungen. Zug- und Druckversuche lassen sich genauso autonom abwickeln wie Drei-Punkt-Biegeprüfungen, Kerbschlagbiegeversuche oder Härteprüfungen. Die bewegliche Basis bietet auch Platz für individuell hergestellte Magazine. Kurz vor Feierabend gestartet, verlängert der Roboter den Arbeitstag so um einen Magazininhalt. Die Automatisierung monotoner Standardprüfungen hält qualifizierte Mitarbeiter frei für komplexere Prüfanwendungen. Aufgrund der gleichförmigen Bewegungsabläufe lassen sich Nutzerfehler oder Ungenauigkeiten ausschließen und die Sicherheit der Prüfergebnisse steigern.


Roboterprüfsysteme bieten mehrere Vorteile bei Serienprüfungen, vom Zeitgewinn bis hin zu einer verbesserten Aussagefähigkeit der Prüfergebnisse. ZwickRoell deckt mit verschiedenen roboTest-Prüfsystemen die ganze Bandbreite der Prüfautomatisierung ab – von der kurzfristigen Unterstützung für stetig wechselnde Kleinserienprüfungen im Labor bis hin zum vollautomatisierten Prüflabor ohne menschliche Intervention.

David Kalke, Fachjournalist

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