Ein Leitfaden zu den wichtigsten Punkten für die Erprobung und das Testen von dreiachsigen Servoroboterarmen

Unbedingt vor dem Kauf lesen: Ein Leitfaden mit wichtigen Punkten für die Erprobung und das Testen von Drei-Achsen-Systemen Servo-RoboterarmS

Im Zuge der industriellen Automatisierung Dreiachsige Servo-Roboterarme, Dank ihrer hohen Präzision und Stabilität sind sie zu unverzichtbaren Ausrüstungen in der Elektronikfertigung, der Automobilindustrie, der Lebensmittelverpackung und weiteren Bereichen geworden. Angesichts der Vielzahl an Produkten auf dem Markt ist es jedoch schwierig, allein anhand von Datenblättern zu entscheiden, ob ein Gerät für die eigenen Produktionsanforderungen geeignet ist. Vor dem Kauf sind Tests und Erprobungen daher unerlässlich, um Investitionsrisiken zu minimieren und einen effizienten Betrieb zu gewährleisten. Dieser Artikel analysiert die wichtigsten Aspekte für die Erprobung und Erprobung von Drei-Achs-Servoroboterarmen aus vier Perspektiven: Vorbereitung, Leistungsprüfung, Sicherheitsüberprüfung und Kompatibilitätsbewertung. So können Käufer die für sie passende Ausrüstung auswählen.

I. Vor dem Prozess: Drei grundlegende Vorbereitungen für effizientere Tests

Bei Testläufen geht es nicht nur darum, „die Geräte zu besorgen und einzuschalten“. Eine gründliche Vorbereitung im Vorfeld kann Abweichungen vom Testablauf verhindern und den Wert der Ergebnisse steigern. Wir empfehlen, mit den folgenden drei Aspekten zu beginnen:

1. Klären Sie die Testziele und deren Vereinbarkeit mit dem Szenario.

Definieren Sie zunächst die Testziele klar und orientiert sich dabei an Ihren Produktionsanforderungen. Zum Beispiel:
Wird das Gerät zur Montage elektronischer Bauteile verwendet, liegt der Fokus auf der Prüfung der „Wiederholgenauigkeit“ und der „Bewegungsglätte“.
Bei Verwendung für das Handling schwerer Gegenstände (z. B. Teile mit einem Gewicht von über 5 kg) sollte der Fokus auf der „Tragfähigkeit“ und der „Drehmomentstabilität des Servomotors“ liegen.
Soll das Gerät in eine bestehende Produktionslinie integriert werden, ist es außerdem notwendig, im Voraus die Kompatibilität der „Gerätegröße“, der „Montageschnittstelle“ und des Werkstattlayouts zu bestätigen.

Es wird empfohlen, eine „Testanforderungsliste“ zu erstellen und die „Qualifikationskriterien“ für jeden Testgegenstand klar zu definieren (z. B. muss die Wiederholbarkeit ≤±0,02 mm betragen), um spätere, durch subjektive Beurteilung bedingte, voreingenommene Entscheidungen zu vermeiden.

2. Bereiten Sie eine geeignete Testumgebung und die entsprechenden Werkzeuge vor.

Die Leistungsfähigkeit eines dreiachsigen Servoroboterarms wird maßgeblich von der Umgebung beeinflusst, daher sollte die Testumgebung reale Produktionsszenarien möglichst genau simulieren:

Platzbedarf: Es muss ausreichend Sicherheitsweg für die Bewegung des Geräts eingeplant werden (siehe die Achsenwegdaten im Datenblatt des Geräts, z. B. 300 mm für die X-Achse, 200 mm für die Y-Achse und 150 mm für die Z-Achse, und zusätzlich einen Puffer von 10–20 %).

Strom- und Luftversorgung: Stellen Sie sicher, dass die Versorgungsspannung (z. B. AC 220 V/380 V) und der Luftdruck (z. B. 0,5–0,7 MPa) den Anforderungen des Geräts entsprechen, um Fehlfunktionen des Servomotors aufgrund von Spannungsschwankungen zu vermeiden.

Testwerkzeuge: Bereiten Sie hochpräzise Messgeräte (z. B. Mikrometer, Laserinterferometer), Werkzeuge zur Lastsimulation (z. B. Metallblöcke mit geeignetem Gewicht) und ein Datenerfassungsformular (zur Aufzeichnung von Testdaten und Abweichungen) vor.

3. Klären Sie die Details der Testunterstützung mit dem Lieferanten.

Um einen reibungslosen Testablauf zu gewährleisten, teilen Sie dem Lieferanten bitte im Voraus Folgendes mit:

Ob technische Unterstützung vor Ort bereitgestellt wird, um Geräteschäden durch unsachgemäße Bedienung zu vermeiden;

Ob das Testen von kundenspezifischen Programmen (z. B. die Simulation des in der Produktion verwendeten „Greifen-Bewegen-Platzieren“-Zyklus) zulässig ist;

Falls die Leistung während der Tests nicht den Anforderungen entspricht, wird geprüft, ob eine Anpassung der Parameter oder ein Austausch des Geräteprototyps unterstützt wird.

II. Kernleistungsprüfung: Fokus auf fünf Schlüsselkennzahlen zur Bestimmung der Genauigkeit und Stabilität der Geräte

Der Kernnutzen eines dreiachsigen Servoroboterarms liegt in seiner hohen Präzision und Stabilität. Die Tests konzentrieren sich auf die Überprüfung der folgenden fünf Kennzahlen. Jeder Test sollte drei- bis fünfmal wiederholt und der Mittelwert berechnet werden, um Fehler zu minimieren.

1. Wiederholgenauigkeit: Die „Lebensader“ industrieller Anwendungen

Die Wiederholgenauigkeit bezeichnet die Abweichung der Position des Endeffektors (z. B. eines Greifers), nachdem das Gerät dieselbe Aktion mehrmals ausgeführt hat. Sie ist eine wichtige Kennzahl in Anwendungen wie der Elektronikmontage und dem Präzisionsschweißen.
Testmethode:
Montieren Sie eine Messuhr am Ende des Roboterarms und richten Sie den Messspitzenkopf der Messuhr an einem festen Bezugspunkt aus (z. B. einem Positionierstift auf der Arbeitsfläche).
Schreiben Sie ein Programm, das den Roboterarm anweist, die Messuhr zum Referenzpunkt zu bewegen und den Messwert der Messuhr aufzuzeichnen.
Wiederholen Sie diesen Vorgang fünfmal und berechnen Sie die Differenz zwischen dem Maximal- und Minimalwert. Dies stellt die Wiederholbarkeit dar.
Qualifikationskriterien:
Allgemeine industrielle Drei-Achs-Servoroboterarme erfordern eine Wiederholgenauigkeit von ≤±0,05 mm, während Präzisionsgeräte eine Wiederholgenauigkeit von ≤±0,02 mm erfordern (abhängig von Ihren Produktionsanforderungen, z. B. erfordert die Montage von Handybildschirmen ≤±0,01 mm).
Hinweis: Deaktivieren Sie während der Tests die Fehlerkompensation (bei manchen Geräten ist diese standardmäßig aktiviert, was die tatsächliche Genauigkeit beeinträchtigen kann). Stellen Sie sicher, dass die Arbeitsfläche vibrationsfrei ist (verwenden Sie Antivibrationspads auf dem Boden).

2. Positioniergenauigkeit: Sicherstellung der Genauigkeit der Bewegungstrajektorie

Die Positioniergenauigkeit bezeichnet die Abweichung zwischen der tatsächlichen Position des Endeffektors und der programmierten Position nach Ausführung einer Bewegung durch die Anlage. Sie beeinflusst die Kontinuität des Produktionsprozesses. Prüfverfahren:
Verwenden Sie ein Laserinterferometer, um ein Messsystem aufzubauen, und installieren Sie einen Reflektor am Ende des Roboterarms.
Wählen Sie gleichmäßig 5-8 Testpunkte innerhalb des Verfahrbereichs der X-, Y- und Z-Achse aus (z. B. von 0 mm bis zum maximalen Verfahrweg auf der X-Achse, wählen Sie alle 50 mm einen Punkt aus).
Steuern Sie den Roboterarm zu jedem Sollwert, erfassen Sie die vom Laserinterferometer angezeigte tatsächliche Positionsabweichung und berechnen Sie die maximale Abweichung über alle Punkte hinweg.

Qualifikationskriterien: Die Positioniergenauigkeit muss ≤ dem Doppelten der Wiederholgenauigkeit entsprechen (z. B. Wiederholgenauigkeit ±0,02 mm, Positioniergenauigkeit ≤ ±0,04 mm), und die Abweichung muss stabil sein (keine plötzlichen Schwankungen).

3. Belastbarkeit: Überprüfen Sie die „Belastungsgrenze“ des Geräts.

Die Tragfähigkeit bezeichnet das maximale Gewicht (einschließlich des Greifergewichts), das das Ende des Roboterarms bei Nenngeschwindigkeit tragen kann. Eine Überschreitung der Nennlast kann zu einer Überhitzung des Servomotors, einer Verringerung der Bewegungsgeschwindigkeit oder sogar zu Schäden am Gerät führen. Testverfahren:

Installieren Sie eine Standard-Lastvorrichtung am Ende des Roboterarms (das Gewicht wird schrittweise von 50 % auf 120 % der Nennlast erhöht. Beispiel: Bei einer Nennlast von 5 kg werden Testgewichte von 2,5 kg, 5 kg und 6 kg verwendet).

Programmieren Sie den Roboterarm so, dass er einen „Heben + Verschieben“-Zyklus mit der Nenngeschwindigkeit durchführt (siehe Datenblatt des Geräts, z. B. eine maximale X-Achsen-Geschwindigkeit von 500 mm/s) (testen Sie 10 Zyklen für jede Last).

Beobachten Sie den Betriebszustand des Geräts: Achten Sie auf Drehzahlabfall, ungewöhnliche Motorgeräusche oder Alarme (z. B. Überlastung).

Qualifikationskriterien:

Unter Nennlast darf das Gerät keine ungewöhnlichen Geräusche oder Alarme erzeugen, und die Bewegungsgeschwindigkeit muss den Angaben im Datenblatt entsprechen. Bei 110–120 % der Nennlast ist ein geringfügiger Geschwindigkeitsabfall (≤ 10 %) zulässig, jedoch dürfen keine Alarme ausgelöst oder das Gerät abgeschaltet werden.

4. Geschwindigkeit und Beschleunigung: Auswirkungen auf die Produktionseffizienz

Geschwindigkeit und Beschleunigung bestimmen unmittelbar die Betriebseffizienz des Roboters. Die Tests sollten gemäß den Anforderungen des Produktionszyklus durchgeführt werden, um zu überprüfen, ob das Gerät die erwartete Effizienz erreicht.
Testmethode:
Verwenden Sie einen Timer, um die Zeit zu messen, die der Roboter benötigt, um eine „Strecke von Punkt A nach Punkt B“ (eine bekannte Strecke, z. B. eine Bewegung von 200 mm entlang der X-Achse) zurückzulegen, und berechnen Sie die tatsächliche Geschwindigkeit (Geschwindigkeit = Strecke / Zeit).
Testen Sie die Bewegung des Roboters bei unterschiedlichen Beschleunigungen (z. B. Erhöhung der Beschleunigung von 0,5 m/s² auf 1,5 m/s²), um zu beobachten, ob es zu einem „Stottern“ oder einem „Überschießen“ kommt (d. h. ob der Roboter nach Überschreiten der eingestellten Position umkehrt).

Qualifikationskriterien:
Die tatsächliche Geschwindigkeit muss mindestens 90 % des im Datenblatt angegebenen Wertes betragen (z. B. muss die tatsächliche Geschwindigkeit mindestens 540 mm/s betragen, wenn im Datenblatt eine maximale X-Achsen-Geschwindigkeit von 600 mm/s angegeben ist). Bei Beschleunigungseinstellungen muss die Bewegung gleichmäßig und ohne erkennbares Überschwingen erfolgen (Überschwingen ≤ ±0,1 mm).

5. Stabilität im Dauerbetrieb: Simulation eines Langzeitproduktionsszenarios

Der Roboter MSie müssen 8–12 Stunden im industriellen Umfeld kontinuierlich betrieben werden. Stabilitätstests können potenzielle Probleme im Zusammenhang mit dem Langzeitbetrieb aufdecken (z. B. Motorüberhitzung, mangelhafte Verdrahtung). Testmethode:

Erstellen Sie ein Zyklusprogramm, das die tatsächliche Produktion simuliert (z. B. „Greifen - Bewegen - Platzieren - Rückkehr zum Ausgangspunkt“, wobei jeder Zyklus 10 Sekunden dauert).

Das Gerät sollte 4 Stunden lang ununterbrochen laufen, wobei alle 30 Minuten wichtige Daten aufgezeichnet werden: Servomotortemperatur (gemessen mit einem Infrarotthermometer, normalerweise ≤60°C), Betriebsgeräusch (gemessen mit einem Schallpegelmesser, normalerweise ≤70dB) und etwaige Alarme.

Nach dem Lauf sollte die Wiederholbarkeit erneut geprüft werden, um festzustellen, ob die Wärmeentwicklung zu einem Genauigkeitsverlust geführt hat.

Qualifikationskriterien:

Keine Alarme oder ungewöhnliche Geräusche während des Dauerbetriebs, stabile Motortemperatur (Temperaturdifferenz ≤10°C); die Abweichung der Wiederholgenauigkeit nach dem Lauf beträgt ≤15% des anfänglichen Testwertes.

III. Sicherheits- und Kompatibilitätstests: Vermeidung späterer Anpassungsprobleme

Neben der Kernleistung beeinflussen Sicherheit und Kompatibilität die Anschaffungskosten der Geräte unmittelbar. Die Vernachlässigung dieser beiden Tests kann zu Änderungen in der Produktionslinie, Sicherheitsvorfällen und anderen Problemen führen.

1. Sicherheitsprüfung: Drei Dimensionen der Betriebssicherheit

Dreiachsige Servoroboterarme sind automatisierte Anlagen und müssen industrielle Sicherheitsstandards (wie z. B. ISO 13849) erfüllen. Zu den wichtigsten Prüfschwerpunkten gehören:

Not-Aus-Funktion: Nach Betätigung des Not-Aus-Schalters muss das Gerät innerhalb von 0,5 Sekunden anhalten, wobei alle Achsen arretiert sein müssen (kein freies Gleiten). Nach dem Neustart muss es in die Ausgangsposition zurückkehren.

Sicherheitsvorrichtungen: Wenn das Gerät mit einem Sicherheitslichtvorhang/einer Sicherheitstür ausgestattet ist und ein Gegenstand den Lichtvorhang blockiert oder die Sicherheitstür öffnet, muss das Gerät sofort anhalten und kann nicht manuell wieder in Betrieb genommen werden (es muss zurückgesetzt werden, bevor der Betrieb wieder aufgenommen werden kann).

Überlastschutz: Wenn die Endlast 150 % des Nennwerts überschreitet, muss das Gerät einen Überlastalarm auslösen und sich abschalten, um ein Durchbrennen des Motors zu verhindern (dies kann durch Belastung mit einer übergewichtigen Vorrichtung getestet werden).

2. Kompatibilitätstests: Sicherstellung der Integration in bestehende Produktionslinien

Wenn der gekaufte Roboterarm Muss mit vorhandenen Anlagen (wie Förderbändern, SPS-Steuerungssystemen oder Sichtprüfungsanlagen) verwendet werden können, sind Kompatibilitätstests unerlässlich:

Kompatibilität der Kommunikationsschnittstelle: Prüfen Sie, ob die Kommunikationsschnittstelle des Geräts (z. B. RS485, EtherCAT oder Profinet) ordnungsgemäß mit der vorhandenen SPS kommunizieren kann und ob die Verknüpfung „SPS sendet einen Befehl – ​​der Roboter führt eine Aktion aus“ hergestellt werden kann (z. B. nachdem das Förderband das Werkstück an die angegebene Position transportiert hat, greift der Roboter es automatisch).

Softwarekompatibilität: Installieren Sie die Steuerungssoftware des Lieferanten und testen Sie, ob sie auf bestehenden Computersystemen (z. B. Windows 10/11) läuft, kundenspezifische Programmierung unterstützt (z. B. Kontaktpläne, G-Code) und benutzerfreundlich ist (z. B. über eine visuelle Benutzeroberfläche und Fehlerdiagnosefunktionen verfügt);

Endeffektor-Kompatibilität: Prüfen Sie, ob die Flanschschnittstelle des Geräts mit vorhandenen Greifern (z. B. pneumatischen Greifern, Vakuumsaugern) kompatibel ist und ob eine Rückmeldung der Greifersignale möglich ist (z. B. Signale für "Greifen erfolgreich/fehlgeschlagen", die an das Steuerungssystem übertragen werden).

IV. Nachbereitung der Tests: Zwei abschließende Aufgaben erledigen, um eine Grundlage für Kaufentscheidungen zu schaffen

Nach dem Test sollten die Daten umgehend geordnet und etwaige Probleme mitgeteilt werden, um Auslassungen zu vermeiden, die sich auf Kaufentscheidungen auswirken könnten.

1. Erstellen Sie einen Testbericht zur Quantifizierung der Geräteleistung.

Ordnen Sie alle Testdaten in einer Tabelle an und definieren Sie klar „Prüfgegenstand, Sollwert, Istwert und Konformität“. Zum Beispiel:

Testgegenstand
Standardwert
Tatsächlicher Wert
Einhaltung
Wiederholgenauigkeit (X-Achse)
≤±0,02 mm
±0,015 mm
Zusammengestellt
Nennlast-Betriebsdrehzahl
≥500 mm/s
480 mm/s
Fehlgeschlagen
Notstopp-Reaktionszeit
≤0,5s
0,3s
Zusammengestellt

Notieren Sie außerdem alle während des Tests auftretenden Anomalien (z. B. „Die X-Achse macht unter einer Last von 6 kg ungewöhnliche Geräusche“ oder „Die Kommunikationsschnittstelle trennt sich gelegentlich“) und vermerken Sie die Lösung des Lieferanten (z. B. „Das Geräusch verschwand nach der Anpassung der Motorparameter“).

2. Vergleichen Sie mehrere Anbieter und bewerten Sie umfassend die Kosteneffizienz.

Wenn Sie Testgeräte von mehreren Anbietern beziehen, sollten Sie einen umfassenden Vergleich auf Grundlage von Leistung, Preis und Kundendienst durchführen:

Leistungskonformität: Priorisieren Sie Geräte, die alle Kernspezifikationen (wie Wiederholgenauigkeit und Stabilität) erfüllen, wobei kleinere Spezifikationen (wie z. B. Geräuschentwicklung) die Standards übertreffen, aber anpassbar sind.

Preis: Vermeiden Sie es, blind dem niedrigsten Preis hinterherzujagen; kalkulieren Sie den Kaufpreis zuzüglich der laufenden Wartungskosten (wie z. B. die Garantie für den Servomotor und Ersatzteile).

Kundendienst: Prüfen Sie, ob der Lieferant Installation und Inbetriebnahme, Bedienerschulungen und eine Garantie von mindestens einem Jahr anbietet und ob er über ein lokales Kundendienstzentrum verfügt (dies kann die Fehlersuche verkürzen).

Fazit: Probekäufe sind wie eine „Kaufversicherung“, und die Details bestimmen den letztendlichen Wert.

Die Anschaffungskosten von ein dreiachsiger Servoroboterarm Die Kosten liegen üblicherweise zwischen Zehntausenden und Hunderttausenden Yuan. Vorabtests sind keine zusätzlichen Kosten, sondern eine notwendige Investition zur Risikominimierung. Durch die klare Definition der Testziele, die Fokussierung auf die Kernleistung und die Überprüfung von Sicherheit und Kompatibilität können Käufer genauer feststellen, ob die Ausrüstung den Produktionsanforderungen entspricht. So lassen sich Probleme wie der Kauf der falschen Ausrüstung und Schwierigkeiten bei späteren Anpassungen vermeiden.

Sollten Sie während der Tests auf technische Schwierigkeiten stoßen (z. B. bei der Bedienung eines Laserinterferometers oder der Erstellung eines Testprogramms), wenden Sie sich bitte an das technische Team des Lieferanten oder konsultieren Sie eine professionelle Prüfstelle für Automatisierungsanlagen. Denken Sie daran: Nur Anlagen, die sich im Praxiseinsatz bewährt haben, können in der industriellen Produktion tatsächlich Kostensenkungen und Effizienzsteigerungen erzielen.