- Als Energiequelle der Zukunft sollen Fusionsreaktoren wie die Sonne Wasserstoffkerne verschmelzen und so Energie freisetzen. Ein kleiner Fanuc-Roboter LR Mate ist dabei, wenn diese Vision in technische Realität umgesetzt wird. Er sorgt im Projekt Wendelstein 7X für Präzision beim Schweißen.
Präziser Roboter im Fusionsreaktor
Wenn Wendelstein 7X am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Greifswald 2014 in den ersten heißen Test geht, wird es der weltweit größte Stellarator seiner Art sein. Alle fünf Module sind bereits montiert. Ende 2011 wurde der Deckel aufgesetzt und das Reaktorgefäß geschlossen.
An den Innenwänden des Reaktors werden pro Modul für Einbauten etwa 1200 Bolzen und Halterungen angeschweißt, insgesamt 6000 Elemente. Der LR Mate 200iC hilft nun dabei, beim manuell durchgeführten Schweißen die Position dieser Bolzen präzise sicherzustellen.
Die größte Herausforderung war es dabei, die geforderte Genauigkeit zu erreichen. Uwe Fichtner, Systemingenieur bei RST Rostock System-Technik, musste sich daher intensiv mit dem Unterschied von Positionier- und Wiederholgenauigkeit auseinandersetzen und fragte hartnäckig die Hersteller nach Positioniergenauigkeiten ihrer Industrieroboter.
Denn was im Industriealltag noch tolerabel ist, war für die Aufgabe in der Plasmaröhre nicht annähernd ausreichend. Fichtner: „Wir mussten einen Weg zur Kalibrierung finden, die das Potenzial des Roboters nutzt, aber eben um den Faktor 10 verbessert."
Hilfe bekam er vom Rostocker Fraunhofer-Institut IPA. Von der Crew um Professor Martin-Christoph Wanner hat er entscheidende Hinweise und Know-how zur Schaffung der Kalibriervoraussetzungen bekommen, so dass nun die gewünschte Position mit einer maximalen Abweichung von 0,5 mm angefahren wird, jedenfalls im Arbeitsbereich mit kleinen Lasten. Oft ist der Roboter noch besser.
Zunächst wird dazu in der Röhre manuell eine Haltevorrichtung für den Roboter montiert, die vor allem stabil sein muss. Denn der LR Mate muss richtig stabil und in sich steif stehen, um die nötige Genauigkeit zu erreichen. Über Messmarken, die definierte Sollkoordinaten haben, misst sich der Roboter ein, bevor über sein internes Koordinatensystem in der Robotersteuerung eine mathematische Transformation erfolgt. Dann fährt der Roboter so viele Messstellen an, dass seine Position im mathematischen Sinn überbestimmt ist. Fichtner: „Aus dieser Überbestimmung lassen sich bestimmte Messfehler ermitteln, die wir zur Korrektur der exakten Position nutzen."
Hat der Roboter sein Zielgebiet erreicht, tritt der Kraft-Momenten-Sensor FS-10iA in Funktion. Der Bediener positioniert die Messspitze des Roboters nur über der Passbohrung. Das Einfädeln, das mittig mit einer definierten Andruckkraft geschieht, übernimmt der Roboter dann mit dem Sensor in Eigenregie.
Was dann kommt, ist relativ einfach für den Roboter: Die anzuschweißenden Bolzen oder andere Funktionselemente hält der Roboter ganz exakt, bis manuell geschweißt ist. Damit es nicht zu einfach wird, gibt es unterschiedliche Modi, die Teile im Raum zu positionieren, je nachdem, ob es sich um rotationssymmetrische Teile handelt oder nicht. Nach dem Schweißen werden die realen Parameter der Position wieder an die Steuerung gemeldet, damit diese in den technischen Unterlagen nachgepflegt werden können.
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