Wenn Sie sich jemals mit Robotertests beschäftigt haben, sind Sie wahrscheinlich auf das seltsame Problem gestoßen, dass ein Roboter, der in Ihrem Labor perfekt funktioniert, zufällig einen Fehler macht, wenn er in eine Fertigungshalle oder ein geschäftiges Lager transportiert wird. Lichter flackern, andere Maschinen summen und plötzlich verlegt der Greifer Ihres Roboters ein Teil oder sein Navigationssystem stürzt ohne ersichtlichen Grund ab. Das ist für Sie eine elektrische schnelle transiente/Burst-Interferenz (EFT/Burst) – und wenn Sie Robotik-Hardware testen, müssen Sie diese Art von Chaos simulieren, um sicherzustellen, dass Ihr Bot damit umgehen kann. Die Frage, die ich als Burst-Generator-Lieferant immer wieder bekomme, lautet: „Kann ein Burst-Generator überhaupt für Robotiktests verwendet werden?“ Kurze Antwort? Absolut. Aber lassen Sie uns aufschlüsseln, warum, wie und welche Werkzeuge den entscheidenden Unterschied machen.
Lassen Sie uns zunächst auf die gleiche Seite kommen, was ein Burst-Generator tut, denn viele Leute verwechseln ihn mit anderen EMV-Testgeräten (elektromagnetische Verträglichkeit). Burst-Generatoren erzeugen elektrische Hochspannungsimpulse von kurzer Dauer, die die schnellen Transienten nachahmen, die in realen Umgebungen auftreten. Denken Sie daran, wenn ein Relais ein- oder ausschaltet oder ein Motor anspringt – diese Ereignisse verursachen winzige, schnelle elektrische Störungen, die sich in die Stromleitungen, I/O-Ports oder Kommunikationskabel eines Roboters einschleichen und alle möglichen seltsamen Verhaltensweisen verursachen können. Im Gegensatz zu großen, langsamen Spannungsstößen sind diese Ausbrüche schnell, scharf und treten in Gruppen auf. Daher sind sie darauf ausgelegt, die winzige, empfindliche Elektronik im Inneren von Robotern anzugreifen, an die die meisten Menschen nicht einmal denken – wie die Mikrocontroller, die die Navigation steuern, die Sensoren, die Hindernisse erkennen, oder die Wi-Fi-Module, die es Robotern ermöglichen, mit ihren Steuerungssystemen zu kommunizieren.
Roboter, insbesondere industrielle kollaborative Roboter (Cobots) und mobile autonome Roboter (AMRs), sind voller empfindlicher Teile, die ungeplante elektrische Geräusche hassen. Ich habe so viele Robotikteams gesehen, die diesen Schritt übersprungen haben, weil sie denken: „Unser Roboter funktioniert im Labor gut, warum sollten wir das testen?“ Doch dann kommt es zu Ausfällen vor Ort, deren Behebung mehrere Wochen in Anspruch nimmt und Tausende an Ausfallzeiten kostet. Mit Burst-Generatoren können Sie genau diese vorübergehenden Ereignisse in einer kontrollierten Laborumgebung reproduzieren, sodass Sie Fehler im Design Ihres Roboters erkennen können, bevor er in Produktion geht. Wenn beispielsweise der Motortreiber Ihres Roboters blockiert, wenn ein Förderband in der Nähe anspringt, kann ein Burst-Generator diese Störung simulieren und Sie können Korrekturen testen, z. B. eine bessere Abschirmung hinzufügen oder die Filterung Ihres Netzteils verbessern.
Wenn Sie nun Roboter testen, haben Sie es nicht nur mit einphasigem Strom zu tun, wie Sie es in einem kleinen Laborgerät tun würden. Die meisten Industrieroboter sind dreiphasig, oder? Sie beziehen Strom aus drei separaten Leitungen, um ihre großen Motoren und schweren Maschinen anzutreiben. Das bedeutet, dass Sie einen Burst-Generator benötigen, der sowohl ein- als auch dreiphasige Konfigurationen bewältigen kann, da die Transienten jede Leitung unterschiedlich treffen. Lassen Sie uns hier über die Optionen sprechen. Wenn Sie kleinere Roboter testen – wie Tisch-Cobots für die leichte Montage – ist unser einphasiger 5-kV-EFT/Burst-Generator ein solider Ausgangspunkt. Es erzeugt Spannungsstöße von bis zu 5.000 Volt, was mehr als genug ist, um die Transienten von kleinen Relais, Sensoren und Motoren mit geringer Leistung zu simulieren, die diese Bots verwenden. Für etwas größere einphasige Roboter oder wenn Sie etwas mehr Schwung benötigen, steigert der einphasige 6-kV-EFT/Burst-Generator die Spannung auf bis zu 6.000 Volt, perfekt für die Simulation rauerer Umgebungen wie geschäftige Produktionslinien.
Wenn Sie jedoch auf Industrieroboter in Originalgröße, AMRs, die mit Dreiphasenstrom betrieben werden, oder Roboter, die an dreiphasige Versorgungsleitungen angeschlossen werden, umsteigen, benötigen Sie Geräte, die alle drei Leitungen gleichzeitig testen können. Ein einphasiger Generator kann nur eine Leitung treffen, sodass Ihnen die leitungsübergreifenden Interferenzen entgehen, die auftreten, wenn Bursts zwischen den Phasen springen – und die eine häufige Ursache für zufällige Störungen bei großen Robotern sind. Für dreiphasige Tests verfügen wir über den dreiphasigen 5-kV-EFT-/Burst-Generator und den dreiphasigen 6-kV-EFT-/Burst-Generator, die beide darauf ausgelegt sind, Bursts auf alle drei Leitungen (und bei Bedarf auch auf die Neutralleitung) anzuwenden, um reale Bedingungen genau nachzubilden. Das ist für das Testen schwerer Industrierobotik nicht verhandelbar, da ihr Stromverbrauch viel höher ist und die von ihnen erzeugten Transienten größer sind und eher dazu führen, dass Leitungen überschritten werden.
Moment, aber wie wendet man diese Ausbrüche eigentlich auf einen Roboter an? Man kann den Generator nicht einfach direkt an das Stromkabel des Roboters anschließen, oder? Hier kommt die kapazitive Kopplungsklemme ins Spiel. Dieses kleine Gerät verändert die Robotertests grundlegend, da Sie damit Bursts in Kabel injizieren können, ohne diese durchschneiden oder spleißen zu müssen. Die meisten Robotikkabel sind bereits abgeschirmt, und wenn Sie sie spleißen, wird die Abschirmung durcheinander gebracht – und das ist genau das, was Sie zunächst testen. Die Kupplungsklemme wird um die Außenseite eines Stromkabels, Sensorkabels oder Kommunikationskabels geklemmt und nutzt die Kapazität, um das Burst-Signal in das Kabel zu senden, ohne eine physische Verbindung herzustellen. Das bedeutet, dass Sie den Roboter als Ganzes testen können, so wie er im echten Leben funktionieren würde, und nicht als abgespeckte Version. Ich habe gesehen, dass Teams das vermasselt haben, indem sie versucht haben, eine direkte Verbindung zu internen Ports herzustellen und am Ende Testergebnisse erhalten haben, die nicht den Bedingungen vor Ort entsprechen – tun Sie das nicht. Mit der Kupplungsklemme erhalten Sie genaue, realitätsnahe Testdaten.
Lassen Sie uns über einen häufigen Anwendungsfall sprechen, um dies konkret zu machen. Letztes Jahr haben wir mit einem kleinen Robotik-Startup zusammengearbeitet, um eine Reihe von AMRs für die Lagerhäuser von Lebensmittelgeschäften zu entwickeln. Ihre Roboter hatten zufällige Navigationsfehler – sie blieben mitten in der Mission stehen, manchmal nur für eine Sekunde, manchmal für eine ganze Minute. Sie konnten den Grund nicht herausfinden, da alle ihre Sensoren überprüft wurden, ihre Batterie in Ordnung war und die Karte korrekt war. Als sie sie in unser Labor brachten, verwendeten wir den dreiphasigen 5-kV-EFT/Burst-Generator, um die Transienten der Hängeförderer des Lagers zu simulieren, die mit Dreiphasenstrom betrieben werden. Wir schlossen die kapazitive Kopplungsklemme an das Stromkabel ihres Navigationsmoduls an, begannen mit Burst-Clustern darauf zu reagieren und konnten innerhalb von 10 Minuten genau den Fehler nachbilden, den sie vor Ort sahen. Es stellte sich heraus, dass ihr Navigations-Mikrocontroller nicht über genügend Filter verfügte, um die Stöße vom Förderband zu bewältigen, und obwohl er im stillen Labor funktionierte, konnte er den elektrischen Lärm des Lagerhauses nicht bewältigen. Sie fügten dem Stromeingang einen einfachen Filter hinzu, testeten ihn erneut mit dem Burst-Generator und der Fehler verschwand. Sie ersparten sich einen großen Rückruf und monatelange Ausfallzeiten – alles nur, weil sie zum Testen einen Burst-Generator verwendeten.
Ein weiterer Anwendungsfall: Testen von Cobots, die mit menschlichen Arbeitern zusammenarbeiten. Diese Bots müssen äußerst zuverlässig sein und befinden sich oft in Räumen mit vielen anderen Geräten – wie Schweißmaschinen, Elektrowerkzeugen und Förderbändern –, die alle elektrische Geräusche erzeugen. Ein Burst-Generator kann die Bursts dieser Ausrüstung simulieren und sicherstellen, dass die Sicherheitssysteme des Cobots nicht ausfallen. Stellen Sie sich einen Cobot vor, der ein Metallteil aufnimmt und es zu einer Verpackungsstation transportiert – wenn ein Stromstoß von einem nahegelegenen Schweißgerät zu einer Fehlzündung seines Motorantriebs führt, könnte er das Teil fallen lassen oder, schlimmer noch, einen menschlichen Arbeiter treffen. Wenn Sie dies mit einem Burst-Generator testen, werden diese Sicherheitsprobleme vor dem Einsatz erkannt, was für Cobots, die strenge ISO-Sicherheitsstandards erfüllen müssen, von entscheidender Bedeutung ist.
Lassen Sie uns nun einigen Missverständnissen auf den Grund gehen. Einige Robotikingenieure, mit denen ich spreche, sagen: „Wir verwenden stattdessen ESD-Tester, oder?“ ESD (elektrostatische Entladung) bezeichnet statische Entladungen, beispielsweise wenn jemand einen Roboter berührt und ihm einen Elektroschock verpasst. Aber Ausbrüche sind völlig anders – es sind schnelle, wiederholte Impulse, kein einziger statischer Knall. ESD simuliert nicht die kontinuierlichen, schnellen Störungen durch Maschinen, die jeden Tag den ganzen Tag laufen. Burst-Generatoren sind genau auf diese Art von Umgebung zugeschnitten. Andere sagen: „Unser Testlabor verfügt nicht über eine industrielle Stromversorgung, daher können wir diese Werkzeuge nicht verwenden.“ Unabhängig von der Art der Stromversorgung können Sie mit einem Burst-Generator Bursts direkt in die Leitungen des Roboters injizieren, unabhängig von der Stromquelle. Sie benötigen kein dreiphasiges Industriepanel an Ihrem Prüfstand – Sie benötigen lediglich eine Möglichkeit, die Kupplungsklemme mit den Kabeln des Roboters zu verbinden, und der Generator erledigt den Rest.
Moment, aber was ist mit kleinen Hobbyrobotern oder akademischen Robotern? Brauchen sie auch Bersttests? Sicher, wenn Sie möchten, dass sie auch außerhalb eines ruhigen Klassenzimmers zuverlässig arbeiten. Ich habe mit Universitätsrobotikteams gesprochen, die Wettkampfroboter gebaut haben, nur um bei einem Wettkampf aufgrund des Soundsystems oder der Beleuchtung der nahegelegenen Arena eine Panne zu haben. Ein Burst-Generator, der für kleine, einphasige Roboter ausgelegt ist, würde es ihnen ermöglichen, ihre Bots vor dem großen Ereignis auf diese Art von Störungen zu testen. Es gilt nicht nur für die Industrierobotik, sondern für jeden Roboter, der außerhalb eines kontrollierten, ruhigen Raums eingesetzt wird.
Kommen wir nun zu den Einzelheiten der Einrichtung, denn ich weiß, dass viele Leute von der EMV-Testausrüstung überfordert sind. Finden Sie zunächst heraus, welche Art von Strom Ihr Roboter verbraucht: einphasig oder dreiphasig. Dadurch können Sie Ihre Auswahl an Generatoren eingrenzen – bleiben Sie beim richtigen Modell für Ihr Setup, um genaue Ergebnisse zu erhalten. Überlegen Sie als Nächstes, welche Kabel Sie testen möchten. Beginnen Sie bei den meisten Robotern mit dem Stromkabel, den Hauptsensorkabeln (wie LIDAR- oder Kamerakabeln) und den Kommunikationskabeln (wie Ethernet oder Wi-Fi). Verwenden Sie für jedes Kabel die kapazitive Kopplungsklemme – klemmen Sie sie einfach um das Kabel, normalerweise etwa einen Fuß vom Roboteranschluss entfernt, und stellen Sie sicher, dass sie ordnungsgemäß geerdet ist (befolgen Sie die Installationsanweisungen des Generators, dieser Teil ist für Sicherheit und Genauigkeit wichtig). Stellen Sie dann die Burst-Parameter ein: Bei den meisten Generatoren können Sie die Spannung, die Impulsdauer und die Wiederholungsrate anpassen. Beginnen Sie niedrig, etwa 1 kV, und arbeiten Sie sich nach oben, bis Sie Störungen oder Ausfälle bemerken – das zeigt Ihnen, wie robust das Design Ihres Roboters ist.
Einen Tipp gebe ich den Teams immer: Testen Sie nicht nur auf einem Burst-Level. Roboter können mit geringen Interferenzen umgehen, aber wenn sie sich in einer rauen Umgebung befinden, sind sie stärkeren Ausbrüchen ausgesetzt. Testen Sie auf verschiedenen Ebenen, um die Fehlerstelle zu finden, und passen Sie dann Ihr Design an die Norm an – die meisten Industrieroboter müssen IEC 61000-4-4 erfüllen, die EFT-/Burst-Teststufen festlegt. Unsere Burst-Generatoren sind so kalibriert, dass sie genau diesem Standard entsprechen, sodass Ihre Testergebnisse konform sind. Dies ist von großer Bedeutung, wenn Sie Roboter an Kunden verkaufen, die eine EMV-Zertifizierung benötigen.
Ich weiß, ich weiß – EMV-Tests klingen mühsam. Es ist ein zusätzlicher Schritt, für viele Robotikteams neu und kann sich wie eine Ablenkung von der schnellen Markteinführung des Roboters anfühlen. Aber hier ist die Sache: Die Behebung eines Konstruktionsfehlers im Labor kostet einen Bruchteil der Behebung, nachdem Sie 1.000 Roboter ausgeliefert haben. Ein Burst-Generator ist nicht nur ein Testgerät – es ist ein Risikomanagement-Tool. Dadurch können Sie Probleme frühzeitig erkennen, sodass Sie am Ende nicht mit einem Haufen zurückgegebener Roboter, unzufriedenen Kunden und entgangenen Einnahmen rechnen müssen.
Lassen Sie mich zur ursprünglichen Frage zurückkehren: Kann ein Burst-Generator bei Robotiktests verwendet werden? Die Antwort ist ein klares Ja. Es ist nicht nur einfach zu verwenden, es ist auch eines der effektivsten Werkzeuge, die Sie haben, um sicherzustellen, dass Ihr Roboter in der realen Welt zuverlässig funktioniert, nicht nur in Ihrem stillen Labor. Egal, ob Sie einen kleinen Tisch-Cobot oder einen schweren industriellen AMR testen, es gibt einen Burst-Generator, der Ihren Anforderungen entspricht, und die kapazitive Kopplungsklemme macht den Testprozess einfach, da kein Spleißen erforderlich ist.
Wenn Sie bereit sind, Burst-Tests in Ihren Robotik-Workflow aufzunehmen, oder Fragen dazu haben, welcher Generator für Ihr Setup der richtige ist, wenden Sie sich an uns. Wir haben mit allen Arten von Robotikteams zusammengearbeitet, von Startups bis hin zu großen Herstellern, und wir können Ihnen bei der Auswahl des richtigen Werkzeugs helfen, Sie durch die Einrichtung begleiten oder Ihnen sogar bei der Behebung spezifischer Testherausforderungen helfen. Warten Sie nicht, bis es zu Ausfällen vor Ort kommt – testen Sie es jetzt, bauen Sie einen robusteren Roboter und ersparen Sie sich später die Kopfschmerzen.
Referenzen
- Internationale Elektrotechnische Kommission. (2012). IEC 61000-4-4: Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 4-4: Prüf- und Messtechniken – Prüfung der Immunität gegen schnelle elektrische Transienten/Burst. Genf, Schweiz: IEC.
- Verband der Roboterindustrie. (2021). EMV-Prüfrichtlinien für Industrie- und kollaborative Roboter. Arlington, VA: RIA.
- Texas Instruments. (2020). Entwicklung robuster Robotikelektronik: Abschwächung elektrischer transienter Störungen. Dallas, TX: Texas Instruments.
- Mouser Electronics. (2022). EMV-Prüfung 101: Elektrische schnelle transiente (EFT) und Burst-Prüfung für eingebettete Systeme. Mansfield, TX: Mouser Electronics.
