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RobotertechnikFügen, testen, handeln

Intelligente Industrieroboter für die Metallindustrie. Automatisierungs-Experten stehen vor der Herausforderung Industrie 4.0. Dabei wird die metallbe- und verarbeitende Industrie die Pionierrolle übernehmen: Die Technologietreiber Automobilbau und dessen Zulieferer lassen mit Automatisierungs-Lösungen den bevorstehenden „Quantensprung“ in die Welt der cyber-physischen Systeme erkennen.

Roboter beim Schneiden mit der Trennscheibe

Beim Metallbearbeiten sind die von Robotern ausgeführten Tätigkeiten vielfältig: Handling von Werkstück und Werkzeug, Plasma-, Laser- oder Wasserstrahlschneiden, Brennen mit mechanischen Schneidverfahren, Entgasen von Gießformen, Entnehmen gegossener Teile sowie deren Entgraten und Putzen, weiter Bohren und Fräsen von Leichtmetall, Löten und Schweißen, Einpressen und Montieren.

Roboter

Konstante Streckenenergie bildet beim Lichtbogenschweißen die Basis für höchste Qualität. Bei komplexen Nahtgeometrien und hohen Schweißgeschwindigkeiten stellt das die Programme der Roboter- und Schweißsteuerung vor äußerst anspruchsvolle Aufgaben. In Bahnkurven verringert sich die Geschwindigkeit der robotergeführten Schweißdrahtelektroden beziehungsweise des TCP (Tool Center Point), und in Wendepunkten bei der Umorientierung des Roboters beträgt sie sogar kurze Zeit den Wert Null. Die Messgrößen Schweißstromstärke, -spannung und -geschwindigkeit stehen miteinander in einem komplexen wechselseitigen Zusammenhang. ABB Automation und SKS Welding Systems lösen diese Aufgabe: Das Daten-Kommunikationsprotokoll Speed Weld Pac übersetzt die Signale zwischen den Steuerungen des Roboters und des Schweißsystems in Echtzeit und schafft damit eine kommunikationstechnisch innige Verbindung zwischen beiden Systemen. In dem datentechnisch vereinten System „erfährt“ die Steuerung der Stromquelle zum Beispiel die Ist-Geschwindigkeit des TCP vom Roboter. Mit dieser Information regelt sie ihre Parameter. Trotz unterschiedlicher Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verzögerungen ergibt sich so stets eine konstante Streckenenergie.

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Die Craemer-Gruppe, Zulieferer internationaler Automobilunternehmen für Komponenten wie Sitzschienen und anderer Strukturbauteile, nutzt diese Technologie. Einige der Sitzstrukturteile fügen die Experten im MAG-Schweißverfahren zu Baugruppen. Mitte 2012 installierten sie eine vierte Roboter-Schweißzelle Flexarc zum Fügen von Sitzstrukturteilen. Die Zelle ist mit einem Industrieroboter IRB 1600 und einem drehbaren Werkstückpositionierer IRB R-600 ausgestattet. Je eine Haltevorrichtung für die Werkstücke befindet sich im Arbeitsraum der Zelle oder im von außen zugänglichen Be- und Entladebereich. So kann der Maschinenführer die zu schweißenden Teile in die Haltevorrichtung einlegen, während der IRB 1600 auf der anderen Seite innerhalb der Zelle schweißt. Ist er fertig, dreht der Maschinenführer den Positionierer um 180 Grad, entlädt die geschweißten Teile und befüllt die Vorrichtung erneut. Auf diese Weise entstehen kurze Nebenzeiten. In die Technik der neuen Zelle ist die Kommunikationsschnittstelle Speed Weld Pac integriert. Statt jede Bewegung des Roboters aufwändig zu programmieren, verbindet Speed Weld Pac nun die Schweißprozesssteuerung Q8 mit der Robotersteuerung IRC5 – und stellt damit die Verknüpfung zwischen Schweißanlage und Roboter her. Die Zelle, von ABB vormontiert und als Plug- and-Play-Version ausgeliefert, konnte innerhalb von nur drei Tagen in den Produktionsablauf integriert werden.

Roboter-Tester ersetzt menschliches „Gespür“
Bei mechanischen Arbeits- oder Testprozessen können Roboter jetzt auch solche Aufgaben übernehmen, die bisher menschlicher Intelligenz vorbehalten blieb: Sie antworten mit sinnvollem Handeln auf sich verändernde Gegebenheiten. Zum Beispiel passt der Roboter beim Testen von Schleif- oder Trennscheiben seine Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit von den Reaktionskräften an. Er reagiert bei veränderten Bedingungen ähnlich wie ein Mensch bei einer Handanwendung. Doch der Roboter übertrifft den menschlichen Tester in Bezug auf die Objektivität der Ergebnisse. Die robotergenerierten Testdaten sind frei von subjektiv bedingter Verfälschung.

Der Schleifmittelhersteller Klingspor Schleiftechnologie setzt in seinem Testfeld auf ABB-Roboter mit dem Funktionspaket Force Control. Sie prüfen Schleifmopteller, Fiber-, Schrupp- sowie Trennscheiben und Schleifblätter sowie -bänder. Damit sichern sie auch die Qualität dieser Produkte. Die gewonnenen Daten gelangen über eine Schnittstelle von der Robotersteuerung an den angeschlossenen PC. Er ist per SAP-Interface mit der Produktentwicklung von Klingspor verbunden.

Situativ angepasstes Roboterverhalten bringt in unterschiedlichen Anwendungen vielfältigen Nutzen: Beim spanenden Bearbeiten, bei Handling- und Montageprozessen, beim Testen oder Prüfen. Konventionell gesteuerte Roboter bewegen ihr Handgelenk beziehungsweise das daran befestigte angetriebene Werkzeug mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit auf dem programmierten Pfad – unabhängig von Widerständen, die ungeplant auftreten können: ein auf dem Werkstück anhaftender Fremdkörper, eine Werkstückpartie aus härterem Material oder dickeres Blech. Das kann zu Überlastungen des Werkzeugantriebes, des Werkzeugs oder des Werkstückes bis zum Crash des Systems führen. Bei Force Control (FC) hingegen detektiert ein Sensor zwischen Handgelenk und angetriebenem Werkzeug die Kräfte und Drehmomente in allen Koordinaten. Die Zeit zwischen dem Ermitteln des Wertes und der Reaktion darauf beträgt maximal vier Millisekunden. Force Control bietet unterschiedliche Strategien des „Erspürens“: FC Pressure oder FC Speed Change. Bei FC Pressure hält die Steuerung die Bearbeitungskraft konstant und ändert bei Bedarf die Bahn. So folgt das Werkzeug der Werkstückkontur mit konstanter Kraft und Geschwindigkeit. Es trägt Materialüberstände überall in derselben Tiefe ab und verlässt bei Bedarf die programmierte Bahn. FC Pressure erzielt bei Bearbeitungsprozessen wie Schleifen parallel zur Oberflächenkontur gute Ergebnisse. FC Speed Change hält sowohl die programmierte Bahn als auch die Kraft ein. Erhöhen sich die Widerstände, passt die Steuerung die Geschwindigkeit an. Dies verhindert ein Überlasten des Werkzeuges, des Werkstückes und der Vorrichtung. FC Speed Change erzeugt mit reduzierter Geschwindigkeit dann die vorgegebene Formkontur exakt. Beim Fräsen und Entgraten mit senkrechter Achse zur Oberfläche erzielt die Funktion gute Ergebnisse, ohne dass Schäden auftreten.

Gerd Trommer/bw

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