TCP vermessen: den Tool Center Point richtig einmessen

Kurz: Der TCP — Tool Center Point — ist der Punkt, auf den sich jede Bewegung Ihres Roboterprogramms bezieht — die Spitze des Werkzeugs, nicht der Flansch. Ihn zu vermessen heißt, der Steuerung zu sagen, wo dieser Punkt relativ zum Flansch liegt und wie das Werkzeug gedreht ist. Das übliche Verfahren ist die Vier-Punkt-Methode: dieselbe Spitze aus vier deutlich verschiedenen Stellungen an denselben festen Punkt fahren, den Rest rechnet die Steuerung. Zwei Dinge müssen davor stimmen, sonst vermessen Sie ins Leere: der Roboter muss justiert sein, und die Lastdaten müssen eingetragen sein.

Woran man merkt, dass der Tool Center Point nicht stimmt

Der Roboter fährt seine Punkte weiterhin an. Auffallen tut es erst dort, wo sich die Orientierung ändert: Sie drehen das Werkzeug um seine eigene Spitze — und die Spitze wandert dabei aus. Bei einem korrekt vermessenen TCP bleibt sie stehen, der Roboter dreht sich um sie herum. Das ist die einfachste Probe, die es gibt, und sie braucht kein Messmittel.

Die zweite Stelle sind Bahnbewegungen. Linear- und Kreisbewegungen rechnet die Steuerung für den TCP aus. Liegt der falsch, ist die Bahn falsch — und zwar systematisch, nicht zufällig. Beim Kleben sieht man es an der Raupe, beim Schweißen an der Naht, beim Entgraten am Ergebnis.

Und die dritte: Programme lassen sich nicht übertragen. Ein Programm gilt für ein Werkzeug. Wird das Werkzeug getauscht, nachgearbeitet oder nach einer Kollision gerichtet, gilt die alte Vermessung nicht mehr — auch dann nicht, wenn das Werkzeug „gleich aussieht“.

Zuerst justieren, dann vermessen

Das ist die Reihenfolge, an der die meiste Zeit verloren geht. Justieren heißt, jeder Achse ihre Nullstellung beizubringen — die Steuerung muss wissen, wo „null Grad“ für diese Achse mechanisch wirklich ist. Solange das nicht stimmt, stimmt nichts darauf: kein Werkzeug, kein Basiskoordinatensystem, kein Programmpunkt.

Nötig wird das Justieren nach einem Motortausch, nach einer Kollision, nach dem Verlust der Pufferspannung an den Gebern — und immer dann, wenn der Roboter Positionen anfährt, die „irgendwie daneben“ sind, ohne dass jemand etwas geändert hätte.

Der Begriff ist die halbe Miete. Dasselbe heißt bei den Herstellern verschieden: Justage und Justieren (KUKA), Mastern beziehungsweise Mastering (im Englischen und umgangssprachlich), Kalibrieren (ABB, dort Calibration), Origin oder Nullpunkt setzen bei anderen. Wer im Handbuch nach „Mastern“ sucht, findet nichts, wenn das Handbuch von „Justage“ spricht — und schließt daraus, es stehe nicht drin.

Die Vier-Punkt-Methode

Das gebräuchlichste Verfahren, und es kommt ohne Zusatzgerät aus. Sie brauchen einen festen, spitzen Referenzpunkt im Arbeitsraum — eine Messspitze, eine angeschraubte Nadel, notfalls eine definierte Körnung.

1. Werkzeugspitze an den Referenzpunkt fahren und die Stellung übernehmen.
2. Dasselbe noch dreimal — jedes Mal mit deutlich anderer Orientierung des Werkzeugs, aber derselben Spitze auf demselben Punkt.
3. Die Steuerung rechnet aus den vier Stellungen den Abstand vom Flansch zur Spitze aus und meldet eine Abweichung.

Die Genauigkeit steckt in Schritt 2. Vier fast gleiche Stellungen ergeben rechnerisch ein schlechtes Ergebnis, auch wenn jeder einzelne Punkt sauber getroffen ist — die Aufgabe ist dann schlecht gestellt. Je größer die Winkelunterschiede, desto belastbarer das Ergebnis.

Damit steht erst die Lage des TCP fest, noch nicht seine Orientierung — also wohin die Werkzeugachsen zeigen. Dafür gibt es eigene Schritte, bei KUKA etwa „ABC-Welt“ und „ABC-2-Punkt“, bei ABB die Varianten mit zusätzlichem Z- beziehungsweise X-Punkt. Wer nur die Lage vermisst und die Orientierung stehen lässt, wundert sich später über Anstellwinkel, die nicht passen.

Wenn die Zeichnung schon alles hergibt

Bei einem konstruierten Werkzeug mit definierter Aufnahme lassen sich die Werte direkt aus dem CAD eintragen, statt sie zu erfahren. Das ist schneller und oft genauer — aber es gilt nur, solange das reale Werkzeug der Zeichnung entspricht. Nach dem ersten Richten in der Werkstatt tut es das nicht mehr.

Die Lastdaten gehören dazu

Der TCP sagt der Steuerung, wo das Werkzeug ist. Die Lastdaten sagen ihr, was daran hängt: Masse, Schwerpunkt und Trägheit — und zwar einschließlich Werkstück, Schläuchen und Kabeln, wenn die mitfahren.

Stehen dort falsche Werte, leidet die Bahntreue bei schnellen Bewegungen, und die Überwachungen der Steuerung rechnen mit einem Roboter, den es so nicht gibt — eine Kollisionsüberwachung, die eine zu leichte Last annimmt, löst entweder zu spät aus oder dauernd grundlos. Die Verfahren zur Ermittlung stehen in denselben Handbüchern; manche Hersteller bringen dafür ein eigenes Programm mit, das die Last durch Verfahren bestimmt.

Die Probe aufs Exempel

Nach dem Vermessen: Werkzeugkoordinatensystem aktivieren, in den Orientierungsbetrieb gehen und die Spitze um sich selbst drehen. Bleibt sie stehen, stimmt es. Wandert sie sichtbar aus, stimmt es nicht — und dann ist meistens einer der beiden Schritte davor die Ursache: zu ähnliche Stellungen bei der Vier-Punkt-Messung, oder ein Roboter, der gar nicht sauber justiert war.

Diese Probe kostet zwei Minuten und ersetzt jede Diskussion darüber, ob es „gut genug“ ist.

Die Antwort steht in Ihrem Handbuch

Alles hier Beschriebene steht ausführlicher und für Ihre Steuerung genau in der Dokumentation, die zu Ihrem Roboter gehört — mit den Menüpfaden, den Toleranzen und den Sicherheitshinweisen, die dazugehören. Das Problem ist selten, dass es nicht dasteht. Das Problem ist, es zu finden, wenn das Handbuch 800 Seiten hat und den Begriff anders nennt als Sie.

Genau dafür haben wir im ersten Beitrag dieser Reihe gezeigt, wie sich die eigenen Handbücher befragen lassen, statt sie zu durchblättern: Roboter-Handbuch durchsuchbar machen. Die Frage nach der Lastdatenermittlung war dort genau so ein Fall.

Häufige Fragen

Wie oft muss der TCP neu vermessen werden?

Nicht nach Kalender, sondern nach Ereignis: nach jedem Werkzeugwechsel, nach jeder Kollision, nach jeder Reparatur am Werkzeug — und immer dann, wenn die Drehprobe oben auffällig wird.

Braucht man dafür ein Messsystem?

Für die Vier-Punkt-Methode nicht — ein fester Referenzpunkt genügt. Optische oder taktile Messsysteme lohnen sich dort, wo häufig gewechselt wird oder wo die geforderte Genauigkeit von Hand nicht mehr sicher erreicht wird.

Gilt das für alle Hersteller gleich?

Das Prinzip ja, die Begriffe und Menüs nein. KUKA, ABB, Mitsubishi und NACHI kommen alle auf denselben Punkt — sie nennen ihn nur unterschiedlich und führen unterschiedlich dorthin. Wer den Zusammenhang einmal verstanden hat, findet sich in jedem der Systeme zurecht.

Kann ich die Werte einfach vom Nachbarroboter übernehmen?

Nur wenn Werkzeug und Aufnahme wirklich identisch sind — und auch dann bleibt die Drehprobe Pflicht. Zwei baugleiche Roboter sind mechanisch nicht dasselbe.

Wenn Sie es an Ihrer Anlage üben wollen

Im Praxis-Workshop in Mainburg justieren und vermessen Sie an echten Anlagen von ABB, KUKA, Mitsubishi und NACHI — an denselben Handgriffen, die Sie danach im eigenen Betrieb brauchen. Drei Tage als Basis, fünf Tage mit mehr Zeit für die Umsetzung.