Wenn der Industrieroboter wackelt: Ursachen und Abhilfen

Ein Roboter fährt eine Klebenaht ab, und an den Ecken wird die Raupe unsauber. Ein anderer setzt Stifte in Bohrungen und trifft morgens zuverlässig, nachmittags nicht mehr. In beiden Fällen heißt es schnell: Der Roboter ist ungenau. Oft stimmt das nicht.

Industrieroboter sind sehr präzise Maschinen. Ihre Genauigkeit gilt aber nur unter Bedingungen, die der Hersteller voraussetzt: feste Montage, richtige Lastdaten, passende Geschwindigkeit, gleichbleibende Temperatur. Fehlt eine davon, verliert der Roboter an Stabilität. Er schwingt nach, weicht von der Bahn ab oder meldet eine Störung.

Dieser Beitrag geht die typischen Ursachen der Reihe nach durch. Er richtet sich an alle, die eine Roboterzelle planen, betreiben oder einen hartnäckigen Fehler eingrenzen müssen.

Was Stabilität beim Roboter bedeutet

Im Alltag der Fertigung meint Stabilität vier Dinge. Erstens die Standsicherheit: Der Roboter steht fest und bewegt sich nicht gegenüber seiner Umgebung. Zweitens die Steifigkeit der Mechanik: Arm, Getriebe und Werkzeug geben unter Last nur wenig nach. Drittens eine ruhige Regelung: Die Antriebe folgen der Bahn, ohne aufzuschwingen. Viertens ein stabiler Prozess: Das Ergebnis bleibt über Stunden und Schichten gleich.

Für die Bewertung helfen zwei Kennwerte, die oft verwechselt werden. Die Wiederholgenauigkeit sagt, wie genau der Roboter denselben Punkt immer wieder anfährt. Die absolute Genauigkeit sagt, wie genau er einen Punkt trifft, der nur rechnerisch vorgegeben ist, etwa aus einem CAD-Modell. Die Norm ISO 9283 beschreibt, wie man solche Werte misst. In Datenblättern steht meist die Wiederholgenauigkeit, weil sie deutlich besser ausfällt.

Werden Punkte von Hand eingelernt, reicht oft eine gute Wiederholgenauigkeit. Wer Bahnen am Rechner plant und ohne Nachteachen übernimmt, braucht dagegen absolute Genauigkeit. Dafür wird der Roboter häufig eigens vermessen und kalibriert.

Fundament und Aufstellung

Ein Roboter erzeugt bei schnellen Bewegungen große Kräfte und Momente. Diese leitet er über seinen Sockel in den Boden. Ist der Hallenboden zu dünn, der Sockel zu weich oder die Verankerung falsch gewählt, federt das System. Der Roboter fährt dann zwar in seinen eigenen Achsen die richtige Bahn. Doch sein Bezugspunkt bewegt sich mit.

Typisch sind Probleme bei Robotern auf Stahlgestellen, Linearachsen oder Podesten. Solche Aufbauten sind oft weicher als gedacht. Auch benachbarte Maschinen können stören, etwa eine Presse, deren Stöße über den Boden laufen. Prüfen Sie deshalb die Vorgaben des Herstellers zu Boden und Befestigung, bevor Sie die Zelle aufbauen. Ein neues Fundament ist nachträglich teuer.

Traglast, Werkzeug und Lastdaten

Jeder Roboter hat ein Traglastdiagramm. Es zeigt, wie schwer die Last sein darf und wie weit ihr Schwerpunkt vom Flansch entfernt liegen darf. Ein Greifer, der auf dem Papier leicht genug ist, kann trotzdem zu viel sein. Das passiert, wenn sein Schwerpunkt weit außen liegt. Dann steigen die Momente an den Handachsen stark.

Ebenso wichtig sind die Lastdaten in der Steuerung. Der Roboter nutzt Masse, Schwerpunkt und Trägheit der Last, um seine Bewegungen zu berechnen. Stehen dort falsche Werte, etwa nach einem Umbau des Greifers, regelt er gegen eine Last, die es so nicht gibt. Die Folge sind Überschwinger, Vibrationen und manchmal Überlastmeldungen. Viele Steuerungen können die Last durch eine Messfahrt ermitteln. Nutzen Sie das nach jedem Werkzeugwechsel.

Besonders heikel sind Aufgaben mit Prozesskräften, etwa Fräsen, Bohren oder Entgraten. Ein Knickarmroboter ist deutlich weicher als eine Werkzeugmaschine. Drückt das Werkzeug gegen das Bauteil, weicht der Arm aus, und das Ergebnis wird ungenau. Hier helfen ein größerer Roboter mit Reserve, kurze Hebel am Werkzeug und eine Kraftregelung, die den Anpressdruck konstant hält.

Schwingungen, Regelung und Bahnplanung

Auch bei korrekter Last kann ein Roboter schwingen. Getriebe und Arme sind nicht unendlich steif. Harte Beschleunigungen und abrupte Richtungswechsel regen die Struktur an. An der Werkzeugspitze zeigt sich das als Zittern nach dem Stopp oder als Welle in der Bahn.

Gegenmittel gibt es mehrere, und die meisten kosten keine neue Hardware:

• Beschleunigung und Ruck begrenzen, vor allem kurz vor Präzisionspunkten.
• Bahnen mit Überschleifen glätten, statt scharfe Ecken genau anzufahren.
• Kurze Beruhigungszeiten einplanen, wenn danach gemessen oder gefügt wird.
• Werkzeuge leichter und kompakter bauen, damit der Schwerpunkt nah am Flansch liegt.
• Schwingungsdämpfende Funktionen der Steuerung aktivieren, sofern der Hersteller sie anbietet.

Nicht jede Einstellung hilft überall. Wer die Beschleunigung pauschal halbiert, verliert Taktzeit. Oft reicht es, nur die kritischen Abschnitte langsamer zu fahren. Ein Vergleich mit einem Beschleunigungssensor an der Werkzeugspitze zeigt schnell, welche Änderung wirkt.

Die Regelung der Antriebe ist ab Werk auf typische Einsätze abgestimmt. Bei Sonderaufbauten, etwa sehr langen Werkzeugen oder zusätzlichen Achsen, kommt sie an Grenzen. Änderungen an den Reglerparametern gehören in die Hände des Herstellers oder geschulter Fachleute. Sie wirken sich auch auf das Bremsverhalten aus.

Ein Roboter ist nur so stabil wie das schwächste Teil zwischen Hallenboden und Werkzeugspitze.

Wärme, Verschleiß und mobile Systeme

Manche Abweichungen entstehen erst im Lauf des Tages. Getriebe und Motoren erwärmen sich im Betrieb, die Struktur dehnt sich minimal aus. Bei anspruchsvollen Aufgaben genügt das, damit ein Punkt am Nachmittag leicht verschoben liegt. Ein kurzes Warmlaufprogramm vor Schichtbeginn oder eine regelmäßige Referenzmessung gleicht das aus.

Langfristig spielt Verschleiß eine Rolle. Das Spiel in den Getrieben nimmt zu, Kabelpakete scheuern, Lager werden laut. Eine Wartung nach Herstellerplan und der Blick auf Trends in den Antriebsdaten helfen, Probleme früh zu sehen. Steigt das Motormoment für dieselbe Bewegung langsam an, lohnt eine Prüfung.

Roboterarme auf fahrerlosen Fahrzeugen bringen eine weitere Frage mit: Kippt das Gesamtsystem? Streckt der Arm eine Last weit zur Seite, wandert der gemeinsame Schwerpunkt. Bremst das Fahrzeug gleichzeitig, kommen weitere Kräfte hinzu. Hersteller begrenzen deshalb Reichweite und Tempo während der Fahrt, viele Systeme greifen nur im Stand. Weil das Fahrzeug selten millimetergenau hält, messen viele Anwendungen an der Station Referenzmarken ein und korrigieren die Bahn.

Fehlersuche in der richtigen Reihenfolge

Wer eine instabile Zelle untersucht, sollte vom Einfachen zum Aufwendigen gehen. Prüfen Sie zuerst die Lastdaten in der Steuerung, denn sie sind schnell korrigiert. Dann folgen Befestigung und Gestell: Eine Messuhr am Sockel zeigt während der Bewegung, ob er nachgibt. Danach kommen Bahnparameter und Geschwindigkeiten. Erst ganz am Ende stehen Eingriffe in Mechanik und Getriebe.

Viele dieser Fehler lassen sich schon in der Planung vermeiden. Eine Simulation mit realistischen Werkzeugdaten zeigt früh, ob die Traglast passt. Ein Fundament nach Herstellervorgabe kostet beim Bau wenig, im Nachhinein viel. Und eine saubere Dokumentation von Umbauten verhindert, dass nach Jahren niemand mehr weiß, was am Werkzeug eigentlich hängt.