Drehmomentsensoren - Kraftsensoren

Zuverlässige Kraft- und Drehmomentmessung

Wenn es um präzise Montage, das Fügen empfindlicher Bauteile oder die Bearbeitung von Oberflächen mit definierten Kräften geht, benötigen kleine Industrieroboter eine zuverlässige Kraft- und Drehmomentmessung direkt am Werkzeug. Das Deep-Tech-Unternehmen Delfa Systems hat hierfür einen kompakten 3-Achs-Kraft-/Drehmomentsensor mit integrierter Elektronik, rund 80 Gramm Gewicht und digitalen Schnittstellen entwickelt. Die Lösung richtet sich an Hersteller und Integratoren kompakter Robotersysteme und eignet sich unter anderem für Peg-in-Hole-Aufgaben, kraftgeregelte Montageprozesse, präzises Pick-and-Place sowie Schleifen, Polieren und Entgraten.

Kleine Industrieroboter übernehmen zunehmend Aufgaben, bei denen neben Positioniergenauigkeit auch kontrollierte Kräfte entscheidend sind. Gerade bei kompakten Systemen ist die Integration klassischer Kraft-/Drehmoment-Sensorik jedoch häufig aufwendig: Zusätzliche Adapterplatten, externe Signalverstärker, begrenzter Bauraum und zusätzliches Gewicht können Nutzlast, Dynamik und Engineering-Aufwand erheblich beeinflussen.

Delfa Systems hat den zunächst für den Mecademic Meca500 vorgestellten 3-Achs-F/T-Sensor deshalb zu einer universell einsetzbaren, modularen Sensorlösung für kleine Industrieroboter erweitert. Über roboterspezifische Adapterflansche und unterschiedliche digitale Schnittstellen lässt sich die Lösung an verschiedene Robotermodelle anbinden – darunter der Mecademic Meca500, der Denso COBOTTA und der CPC DB0. Darüber hinaus ermöglicht ein ISO-31,5-Flansch die Anbindung an zahlreiche Roboter verschiedenster Hersteller. Auf der Werkzeugseite steht ebenso ein standardisierter ISO-Flansch zur Verfügung. Dadurch ist eine direkte Montage ohne große konstruktive Anpassungen oder zusätzliche Adapterplatten möglich.

Modulare Lösung statt roboterspezifischer Einzellösung

Der 3-Achs-F/T-Sensor misst die axiale Kraft Fz sowie die Drehmomente Mx und My direkt zwischen Roboterflansch und End-of-Arm-Tooling. So lassen sich Interaktionskräfte am Werkzeug erfassen und Prozesse kraftgeregelt ausführen. Anders als eine fest auf einen einzelnen Robotertyp ausgelegte Einzellösung ist der Sensor als universell einsetzbare Lösung für kompakte Industrieroboter angelegt. Die Modularität entsteht durch unterschiedliche Roboterflansche und digitale Schnittstellen; weitere Robotermodelle lassen sich durch zusätzliche Adapterflansche einfach ergänzen.

„Mit unserer modularen 3-Achs-Sensorlösung setzen wir einen neuen Maßstab für Kraft-/Drehmoment-Sensorik in der kompakten Robotik“, so Dr.-Ing. Philipp Linnebach, Geschäftsführer von Delfa Systems. „Kleine Roboter brauchen Sensorik, die ihre Stärken nicht einschränkt. Unser Sensor ist ultrakompakt, leicht, robust und bringt die Elektronik bereits mit. Damit wird präzise Kraftregelung auch dort wirtschaftlich und einfach integrierbar, wo klassische Lösungen bislang zu groß, zu schwer oder zu komplex waren.“

Integrierte Elektronik vereinfacht die Integration

Ein zentrales Merkmal der Delfa-Lösung ist die vollständig im Sensor integrierte Elektronik. Externe Signalverstärker oder zusätzliche Elektronikmodule sind nicht erforderlich. Die Messdaten werden digital bereitgestellt; verfügbar sind Schnittstellen wie USB, UART, Modbus RTU und EtherCAT. Dadurch reduziert sich der Verkabelungsaufwand, die Inbetriebnahme wird einfacher und der Platzbedarf im Gesamtsystem sinkt.

Der Sensor misst 62 × 23,5 Millimeter und wiegt rund 80 Gramm. Damit beeinflusst er Nutzlast und Dynamik kleiner Robotersysteme nur minimal. Das elastomerbasierte Sensorelement ist robust gegenüber Schock, Vibration und Scherkräften und eignet sich für anspruchsvolle industrielle Anwendungen. Die technische Standardausführung deckt einen Messbereich von ±20 N in axialer Richtung sowie ±0,5 Nm für die Drehmomente um die X- und Y-Achse ab. Je nach Variante sind Abtastraten von bis zu 250 Hz möglich.

Neue Anwendungen für kleine Robotersysteme

Mit der modularen Sensorlösung können kompakte Roboter auch Prozesse übernehmen, bei denen eine präzise Kraft- und Drehmomentregelung erforderlich ist. Dazu gehören Peg-in-Hole-und Fügeaufgaben, kraftgeregelte Montageprozesse, Pick-and-Place-Anwendungen sowie Oberflächenbearbeitung durch Schleifen, Polieren oder Entgraten. In Bereichen wie Mikro- und Optoelektronik, Medizintechnik, Laborautomatisierung, Forschung und feinmechanischer Fertigung eröffnet dies zusätzliche Automatisierungspotenziale.

Für Maschinenbauer und Integratoren reduziert die Lösung den konstruktiven Anpassungsbedarf, verkürzt die Integration in bestehende Robotersysteme und ermöglicht eine kosteneffiziente Nachrüstung von Kraftsensorik. Zugleich unterstützt die präzise Kraft- und Drehmomentmessung eine höhere Prozessqualität, weil Roboter empfindliche Bauteile schonender handhaben und Montage- oder Bearbeitungsschritte reproduzierbarer ausführen können. Neben Standardkonfigurationen sind kundenspezifische Anpassungen etwa bei Messbereich, Schnittstelle, Kabellänge oder Gehäuse möglich.

Sensorik, Elektronik und Schnittstellen als integriertes System

Delfa Systems bündelt elastomerbasierte Sensorik, Elektronik, Signalverarbeitung und Systemintegration im eigenen Haus. Dadurch lassen sich Sensorelement, Mechanik, Elektronik und digitale Schnittstellen gezielt aufeinander abstimmen. Für Anwender entsteht eine kompakte Sensorlösung, die präzise Messdaten liefert und sich zugleich wirtschaftlich in reale Automatisierungssysteme integrieren lässt.