Roboter entgratet große Turbinen- und Generatorwellen

Riesenwellen zackenfrei

Das manuelle Entgraten großer Wellen ist sehr zeitaufwändig, unter anderem auch, weil die Konturen teilweise mehrfach nachbearbeitet werden müssen. Von Indat kommt eine Entgratzelle mit individuell anpassbarem Softwarekonzept.

Mit der Roboterzelle erfolgt das automatisierte Entgraten von Generatorwellen. Die Zeitersparnis gegenüber der manuellen Bearbeitung ist erheblich. Der Roboter ist auf einer Schiene verfahrbar und bearbeitet die Konturen mit verschiedenen Entgratwerkzeugen. (Foto: Indat)

Natürlich kann ein Roboter das Entgraten großer Turbinen- und Generatorwellen schneller erledigen, als dies manuell möglich wäre. Aber der Zeitaufwand für das Teachen und Rüsten der Anlage sprach bisher gegen eine Automatisierung dieses Prozesses - ganz zu schweigen von möglichen Einschränkungen hinsichtlich der Flexibilität. Dem Roboteranlagenbauer Indat ist es nun gelungen, eine entsprechende Roboterzelle für das Entgraten von Großrotoren zu entwickeln und zu bauen. Das Besondere daran: das individuell angepasste Softwarekonzept, das die drei Standardkomponenten Offline-Programmierumgebung, Anlagenvisualisierung und Robotersteuerung miteinander verbindet.

An den bis zu 20 Meter langen und mehr als 60 Tonnen schweren Turbinen- und Generatorwellen, wie sie beispielsweise in Wasser- oder Braunkohlekraftwerken zum Einsatz kommen, gibt es viele gebohrte oder gefräste Konturen: Polschlitze, Wuchtbohrungen, Warmgasnuten, Längsnuten, radiale Zahnluftlöcher oder axiale Sicherungsbohrungen. Für das Entgraten dieser in Summe über einen Kilometer langen und unterschiedlichen Konturen von Hand bietet sich der Einsatz eines Roboters an. Bei der Anlage von Indat fährt ein Sechs-Achs-Industrieroboter von ABB auf einer Schiene an der Riesenwelle entlang; sie ist auf speziellen Rollenböcken abgelegt und kann während des Entgratprozesses gedreht werden. Der Roboter entgratet die Konturen mit verschiedenen pneumatisch angetriebenen Werkzeugen, zum Beispiel Feilen, Bürsten, Fräser, Senker oder Schaber. Diese Werkzeuge sind flexibel gelagert, um gegebenenfalls Lageabweichungen der zu entgratenden Kanten oder die unterschiedliche Gratbildung zu kompensieren. So wird außerdem erreicht, dass die Kontur nicht beschädigt wird, indem beispielsweise zu viel Material abgetragen wird. Um den Entgratprozess effizient durchführen zu können und den Programmieraufwand niedrigzuhalten, sind die Werkzeuge in alle Richtungen auslenkbar. Andernfalls müsste der Roboter bei einer Richtungsänderung die Orientierung des Entgratwerkzeugs auch ändern, was die Prozesszeiten wieder unnötig verlängert.

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Programm wird direkt an der Anlage optimiert

Da ein Prozess in dieser Komplexität mit einem Werkstück dieser Größenordnung und derart vielen Konturen auf herkömmliche Art nur mit großem Aufwand zu parametrieren, programmieren und teachen wäre, musste dazu eine spezielle Softwareumgebung entwickelt werden. Die Herausforderung bestand vor allem aus zwei Punkten: Das Teachen innerhalb der virtuellen Umgebung soll möglichst schnellgehen. Zudem war eine Möglichkeit zu schaffen, das Bearbeitungsprogramm direkt an der Anlage zu optimieren und dazu eine komfortable Mensch/Maschine-Schnittstelle zu schaffen. Als Ergebnis präsentiert Indat ein völlig neues Softwarekonzept, mit dem sich der Prozess wirtschaftlich automatisieren und flexibel gestalten lässt. Dabei werden Simulation, 3D-CAD, SPS, Roboter und Visualisierung über eine zentrale Datenbank miteinander verknüpft.

Das Bearbeitungsprogramm für den Roboter wird an einem 3D-Modell der Anlage und der jeweiligen Generatorwelle offline erstellt und simuliert. Dazu wurde eine Art Konfigurator entwickelt, um diesen Aufwand zu senken. Bereits bei der Offlineprogrammierung werden neben den erforderlichen Roboterpositionen und Fahrbewegungen auch die Werkzeugparameter, die unterschiedlichen Wellen-Bearbeitungswinkel sowie alle weiteren zur Entgratung erforderlichen Parameter ermittelt, simuliert und passend zur jeweiligen Kontur in der Datenbank gespeichert. Auf diese Informationen haben später der Roboter, die SPS und die Visualisierung jederzeit Zugriff. Auch die eigentliche Bearbeitungssequenz - also die Reihenfolge der Konturenbearbeitung - kann schon während der Offlineprogrammierung festgelegt werden. Der Bediener kann diesen Ablauf auch direkt an der Maschine jederzeit modifizieren und neu speichern, um den Prozess weiter zu optimieren. Außerdem besteht die Möglichkeit, wiederkehrende Teilsequenzen, sogenannte Konturengruppen, abzuspeichern und bei Bedarf in die Hauptsequenzen einzubauen. Der integrierte Teilautomatikbetrieb ermöglicht schließlich das Testen und Optimieren einzelner Teilabläufe.

Rüstzeiten bleiben kurz

In der zentralen Datenbank sind zu jedem Bearbeitungswerkzeug weitere Informationen hinterlegt, auf die der Anlagenführer über komfortable Bedienermasken zugreifen kann. Dazu zählen unter anderem maximale Standzeiten, Reinigungszyklen, Wechselzeiten oder die Position im Werkzeuglager. So können die Stillstand- und Rüstzeiten der Anlage weiter reduziert werden. Ist die Welle einmal abgelegt, ermittelt der Roboter während einer Messfahrt mittels Lasersensoren und digitaler Wasserwaage die exakte Lage der Welle im Raum; so wird das 3D-Modell mit der realen Position in Übereinstimmung gebracht. Mehr als 100 unterschiedliche Wellen werden auf der Anlage im Jahr bearbeitet - die Erfahrungen bestätigen das erhoffte Ergebnis: eine Zeitersparnis von 50 bis 80 Prozent gegenüber dem herkömmlichen Entgratprozess.   pb

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