Kurz: Justage, Mastern, Referenzieren und Kalibrieren sind vier Wörter für zwei verschiedene Arbeiten. Die eine bringt jeder Achse ihre Nullstellung bei — ohne sie stimmt am ganzen Roboter nichts. Die andere vermisst das Werkzeug oder die absolute Genauigkeit und setzt die erste voraus. Wer „Roboter kalibrieren“ sucht, meint fast immer die erste und findet Anleitungen zur zweiten.
Der Roboter fährt daneben, und niemand hat etwas geändert
Montagfrüh, die Anlage läuft an, und die Punkte sitzen nicht mehr. Nicht wild daneben — ein paar Millimeter, gleichmäßig, in eine Richtung. Am Wochenende war niemand da. Kein Programm geändert, kein Werkzeug getauscht.
Das ist der klassische Fall für eine Justage, und die Suche danach führt zuverlässig in die Irre. Denn das Wort, das einem als Erstes einfällt, ist „kalibrieren“ — und darunter steht im Netz vor allem etwas über Werkzeugvermessung und Messtechnik. Beides ist richtig. Beides hilft hier nicht.
Zwei Arbeiten, vier Wörter
Der Unterschied ist einfach, sobald man ihn einmal gesehen hat: Die eine Arbeit betrifft den Roboter selbst, die andere alles, was an ihm dranhängt.
| Arbeit | Was dabei bestimmt wird | Wie sie heißt |
|---|---|---|
| Justieren | die Nullstellung jeder einzelnen Achse — wo „null Grad“ mechanisch wirklich ist | Justage, Justieren, Mastern, Mastering, Nullpunkteinstellung; bei ABB heißt es Kalibrierung |
| Vermessen | Lage und Orientierung des Werkzeugs gegenüber dem Flansch | TCP-Vermessung, Werkzeugvermessung, Tool-Kalibrierung |
| Kalibrieren im engeren Sinn | die absolute Genauigkeit des Roboters — sein Rechenmodell gegen die reale Mechanik | Absolutgenauigkeit, Achskalibrierung, Vermessung mit Lasertracker |
Die Reihenfolge ist nicht verhandelbar. Ein Werkzeug lässt sich nicht sinnvoll vermessen, solange die Achsen ihre Nullstellung nicht kennen — das Ergebnis wäre sauber gemessen und trotzdem falsch. Was beim Vermessen zu tun ist, steht im Beitrag TCP vermessen: den Tool Center Point richtig einmessen.
Was beim Justieren tatsächlich passiert
Jede Achse hat einen Geber, der ihre Stellung meldet. Der zählt aber nur innerhalb einer Umdrehung absolut; wie viele volle Umdrehungen dazukommen, führt die Steuerung in einem eigenen Zähler. Und dieser Zähler braucht Strom, auch wenn die Anlage aus ist — dafür sind die Pufferbatterien im Roboterfuß oder am Achsverteiler da.
Justieren heißt: die Achse in eine mechanisch eindeutig festgelegte Stellung bringen und der Steuerung sagen, dass genau dieser Geberwert diese Stellung bedeutet. Danach kann sie aus jedem beliebigen Geberwert den echten Winkel ausrechnen. Vorher kann sie das nicht — sie fährt trotzdem, nur eben auf ein falsches Bezugsmaß.
Genau diesen Vorgang meint das englische Wort Mastering, das in vielen Handbüchern und in der Werkstattsprache als „Mastern“ auftaucht — es ist dieselbe Arbeit, nicht eine weitere.
Deshalb ist ein unjustierter Roboter kein halb funktionierender Roboter, sondern einer, bei dem jede gespeicherte Position ihre Bedeutung verloren hat: Programmpunkte, Basiskoordinatensysteme, Werkzeugdaten, Arbeitsraumüberwachungen. Alles davon rechnet auf die Achswinkel zurück.
Wann es nötig wird
- Die Pufferspannung war weg — leere Batterien, ein längerer Stillstand, ein abgeklemmter Stecker beim Umbau. Der häufigste Fall, und der einzige, der ohne jedes Zutun eintritt.
- Ein Motor, ein Getriebe oder ein Geber wurde getauscht. Die Mechanik ist danach dieselbe, der Bezug zwischen Geberwert und Winkel nicht mehr.
- Nach einer Kollision — hier gilt es doppelt: erst prüfen, ob die Mechanik noch stimmt, dann justieren. Justieren repariert keinen verzogenen Arm, es schreibt ihn nur fest.
- Nach Transport oder Wiederaufbau, wenn Achsen dabei von Hand bewegt wurden.
- Wenn die Steuerung es selbst meldet. Die Meldungen heißen je nach Hersteller anders, laufen aber auf dasselbe hinaus: die Position gilt als nicht mehr gesichert.
Nicht nötig ist es dagegen bei den Anlässen, bei denen es am häufigsten vermutet wird: Ein neues Werkzeug, eine versetzte Vorrichtung oder ein geändertes Programm verändern die Achsnullstellung nicht. Wer dort justiert, verschiebt das Problem nur eine Ebene tiefer.
Wie eine Justage abläuft
Der Ablauf ist bei allen Herstellern derselbe, die Werkzeuge und die Menüpfade sind es nicht.
- Die Achse von Hand in ihre Vorjustagestellung fahren — grob, nach den Markierungen am Roboter. Bei vielen Baureihen sind das zwei Striche oder Kerben, die zur Deckung kommen müssen.
- Das Messmittel ansetzen und die Achse langsam durch die Nullstellung fahren lassen. Gesucht wird der Punkt, an dem das Messmittel seinen Umschlag meldet.
- Den Wert übernehmen. Ab hier kennt die Steuerung für diese Achse den Zusammenhang zwischen Geberwert und Winkel.
- Achse für Achse wiederholen, in der Reihenfolge, die das Handbuch vorgibt — sie ist nicht beliebig, weil das Gewicht der oberen Achsen auf den unteren lastet.
- Zum Schluss gegenprüfen: eine bekannte Position anfahren, von der man weiß, wo sie liegen muss. Erst das ist der Nachweis.
Bei KUKA heißt das Messmittel EMD — ein elektronisches Justagegerät, das auf die Messpatrone der jeweiligen Achse geschraubt wird; ältere Anlagen werden mit einer Messuhr justiert. Bei ABB läuft dieselbe Arbeit unter Kalibrierung, und nach einem reinen Spannungsverlust genügt dort oft schon das Aktualisieren der Umdrehungszähler an den Synchronisierungsmarken. Bei Mitsubishi heißt sie Nullpunkteinstellung; dort gibt es unter anderem den Weg über die mit dem Roboter mitgelieferten Nullpunktdaten und den über eine Justagevorrichtung.
Die genauen Schritte, Toleranzen und Sicherheitshinweise stehen im Handbuch Ihrer Steuerung — und zwar vollständig. Was hier steht, ist das Bild dahinter, damit die Stelle im Handbuch verständlich ist, sobald Sie sie gefunden haben.
Und was ist dann eine Referenzierung?
Referenzieren ist das unsauberste Wort von allen, weil es in den Handbüchern zwei Dinge bezeichnet. Manchmal meint eine Referenzierung die volle Justage. Manchmal meint sie nur den kleinen Bruder davon: Der Roboter war schon einmal justiert, die Werte sind gespeichert, verloren gegangen ist allein der Umdrehungszähler — dann muss die Steuerung die gespeicherte Justage nur wieder zuordnen, und das geht in Minuten statt in Stunden.
Der praktische Rat dazu ist kurz: Bevor Sie eine volle Justage beginnen, sehen Sie nach, ob Ihre Steuerung für Ihren Fall den kleinen Weg anbietet. Nach einem reinen Batterieausfall ist das die Regel, nicht die Ausnahme — und der Unterschied ist ein halber Arbeitstag.
Kalibrieren im engeren Sinn: die dritte Arbeit
Ein justierter Roboter ist wiederholgenau — er trifft denselben Punkt wieder, den er sich gemerkt hat. Er ist damit noch nicht absolutgenau: Eine Koordinate, die aus dem CAD kommt und nie angefahren wurde, trifft er nur so gut, wie sein Rechenmodell zur realen Mechanik passt.
Genau das verbessert eine Kalibrierung im engeren Sinn: Der Roboter wird mit einem Messsystem vermessen, und aus der Abweichung entsteht ein korrigiertes Modell seiner eigenen Geometrie. Das braucht man, wenn Programme aus der Simulation ohne Nacharbeit laufen sollen oder wenn Roboter gegeneinander austauschbar sein müssen. Für den Montagfrüh-Fall vom Anfang braucht man es nicht.
Warum die Suche danach so oft ins Leere läuft
Weil die Stelle im Handbuch unter einem Wort steht, das man nicht sucht. Wer „Roboter kalibrieren“ eingibt und ein KUKA-Handbuch vor sich hat, findet nichts — dort heißt das Kapitel „Justage“. Wer bei ABB nach „Justage“ sucht, findet ebenfalls nichts, denn dort heißt es „Kalibrierung“. Dasselbe Muster wie bei den Koordinatensystemen, die je nach Hersteller Bezugssysteme, Frames oder Werkobjekte heißen.
Der schnellste Ausweg ist nicht, alle Wörter auswendig zu lernen, sondern das Handbuch so durchsuchbar zu machen, dass die Frage in normalem Deutsch reicht. Wie das geht, steht im Beitrag Roboter-Handbuch durchsuchbar machen.
Häufige Fragen
Woran erkenne ich, dass die Justage verloren ist und nicht etwas anderes?
Am Muster der Abweichung. Ist die Justage weg, sitzen alle Punkte daneben, und meistens systematisch in eine Richtung. Sitzt nur ein Teil der Punkte daneben, ist eher das Werkzeug oder die Vorrichtung die Ursache — dann ist die TCP-Vermessung der nächste Schritt, nicht die Justage.
Muss ich immer alle Achsen justieren?
Nein. Wurde an einer einzelnen Achse gearbeitet, genügt diese eine — bei KUKA setzen Sie das EMD dann nur auf die Messpatrone dieser Achse. Nach einem Verlust der Pufferspannung betrifft es dagegen alle, weil der Umdrehungszähler für jede Achse einzeln gepuffert wird.
Kann ich die Justagewerte sichern und wieder einspielen?
Ja, und das ist die lohnendste Viertelstunde überhaupt: Die Werte gehören in die regelmäßige Datensicherung der Steuerung. Sie gelten allerdings nur für genau diesen Roboter — auf ein baugleiches Gerät übertragen sind sie wertlos, weil sie die Mechanik dieses einen Exemplars beschreiben.
Wie oft muss ein Roboter justiert werden?
Nicht nach Plan, sondern nach Anlass — die Liste oben ist vollständiger als jedes Intervall. Was aber sehr wohl in den Wartungsplan gehört, ist der Batteriewechsel: Er kostet fast nichts und verhindert genau den Fall, der sonst ohne Vorwarnung eintritt.
Wenn Sie es an echten Anlagen üben wollen
Im Praxis-Workshop in Mainburg justieren Sie an Anlagen von ABB, KUKA, Mitsubishi und NACHI selbst — und sehen an vier Steuerungen nebeneinander, dass dieselbe Arbeit vier Namen und vier Menüpfade hat. Drei Tage als Basis, fünf Tage mit mehr Zeit für die Umsetzung.