Liaison fürs (Roboter-) Leben

Robotik

Handhaben - Eine Kombination aus Roboterportalanlage und Bearbeitungszentrum führt Werkstücke aus Aluminium in der geforderten Taktzeit durch die mechanische Bearbeitungslinie.

08. Dezember 2011

Über 30 Druckgussmaschinen verarbeiten im Albert Handtmann Metallwerk in Biberach Aluminium und Magnesium zu Ölwannen oder Getriebe- und Kupplungsgehäuse. Anschließend durchlaufen die gegossenen Werkstücke die mechanische Bearbeitungslinie inklusive Endreinigung. Die laut Auftrag zu gießenden Aluminium-Gehäuse haben Handtmann in eine neue Bearbeitungslinie investieren lassen.

Kennzeichnend sind hohe, aber saisonal stark schwankende Stückzahlen, die Bauteilgröße von 650x600x250 Millimeter, das Gewicht von knapp 20 Kilo je Gehäuse und die große Zahl der Endbearbeitungsoperationen. Ein klassisches Fräs- oder Dreh-Bearbeitungszentrum (BAZ) hätte die Aufgaben nicht in der geforderten Taktzeit erfüllen können. Deshalb suchten die Projektverantwortlichen um Heiko Pfeiffer, Bereichsleiter Mechanische Fertigung bei Handtmann, nach einer Sonderlösung. Fündig wurden sie mit einer intelligenten Verknüpfung aus Roboterportalanlage und BAZ. Das Roboterportal mit einem sechsachsigen IRB 6620LX stammt von ABB. Indat hat die Anlage projektiert und schlüsselfertig realisiert, inklusive BDE-Anbindung.

In die Fertigungslinie sind ein Rundtaktzentrum, drei BAZ sowie zwei Waschanlagen integriert. Im Rundtaktzentrum mit drei Bearbeitungsstationen reduzieren die gleichzeitig spanenden Spindeln die Taktzeit deutlich. Der Portaroboter mit seinem Doppelgreifer hilft zudem, die pro Gehäuse vorgegebene Taktzeit einzuhalten.

Den Mittelpunkt der Fertigungslinie bildet eine 26 Meter lange Linearachse. Der an ihr hängend montierte Knickarmroboter hat eine Reichweite von 1,9 Metern und eine Handhabungskapazität von 150 Kilo. Zusätzlich kann er auf seinem Arm eine weitere Last von 50 Kilo handeln. Die Verfahrgeschwindigkeit in der Längsachse beträgt 3,3 m/s, die Positionier- und Wiederholgenauigkeit liegt unter 0,1 Millimeter.

Weil der Roboter an der Schiene über den Maschinen angeordnet ist, kommen die senkrechten Träger der Linearachse relativ zur gesamten Aufstellfläche mit nur geringem Platz aus. Der Roboter belädt die BAZ, das Rundtaktzentrum und die Waschstationen ausschließlich von oben und benötigt keine zusätzliche Hallenfläche. Bediener kommen ungehindert direkt an die Maschinen.

Bei freier Kapazität in der Gehäusefertigung stehen die BAZ für das Bearbeiten anderer Werkstücke zur Verfügung. Um die Flexibilität der Anlage zu gewährleisten, lassen sich die Greifer automatisiert wechseln. Bei Bedarf kann die Anlage mit zusätzlichen Bearbeitungsmaschinen erweitert werden.

Die Bearbeitung der Werkstücke funktioniert folgendermaßen: Zu Beginn entlädt ein Werker die Gehäuse manuell aus Transportboxen und setzt sie auf die Ladungsträger einer Förderstrecke. Von da an bestimmt der Roboter das Geschehen: Mit seinem Doppelgreifer entnimmt er zunächst von einem der Ladungsträger ein noch zu bearbeitendes Gehäuse und anschließen aus der Wechselstation des BAZ ein fertig bearbeitetes Gehäuse. Auf die so freigewordene Position setzt der Roboter dann das noch zu bearbeitende Gehäuse. Weil das Be- und Entladen hauptzeitparallel abläuft, geht dieser Vorgang praktisch nicht in die Taktzeit ein.

Anschließend bedient der Roboter die für ihn freigegebene Station des Rundtaktzentrums auf ähnliche Weise, während die Arbeitsprozesse in der zweiten bis vierten Station ungestört weiterlaufen. Je nach Bedarf sind die beiden anderen BAZ in den Arbeitsablauf integriert.

Zum Abschluss des Produktionsprozesses belädt der Roboter die Waschanlagen mit den Gehäusen. Der Handhabungsvorgang entspricht dem des Maschinenbe- und -entladens. Die gereinigten Fertigteile setzt der Roboter wieder auf die Ladungsträger. Das Verkettungssystem, eine umlaufende Rollenbahn mit Werkstückpaletten, transportiert sie zur Ausblasstation, wo eventuell noch anhaftende Partikel wie Schneidöl, Wasser und Späne entfernt werden, und die Werkstücke trocknen. Danach transportieren die Werkzeugträger die Gehäuse zum manuellen Prüfplatz zur visuellen Kontrolle durch einen Werker, der die fertigen Gehäuse auf eine Palette setzt. Das Rollband befördert die leeren Werkstückträger wieder zur Waschstation an der Linearachse.

Software und Sicherheit

Damit die Anlage reibungslos läuft, spielt auch Software eine große Rolle: Die Experten von Indat wählten aus dem ABB-Programm die Softwaremodule Robot Studio, Torque Search, True Move, Quick Move und EPS aus.

Robot Studio erhöht die Wirtschaftlichkeit von Automationslösungen mit Robotern drastisch. Mit dieser Software kann der Projektierer im Vorfeld wie mit einem echten Roboter, allerdings virtuell auf seinem PC, den realen Betrieb simulieren. So ist er in der Lage, offline zu programmieren, dabei mit erheblichen Zeitvorteilen vorhandene Programmmodule zu übernehmen und eventuelle Kollisionen zwischen dem bewegten Roboter und seiner Umgebung zu erkennen und zu vermeiden. Die Softwarefunktionen True Move und Quick Move sorgen hingegen für perfekte Bewegungen bei hohen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen.

Die eingesetzte Sicherheitslösung von ABB basiert auf Elektronischen Positionsschaltern (EPS). Sie sind einfacher zu installieren als mechanische Schalter und unempfindlich gegen Schmutz. Die komplette elektronische Lösung arbeitet wartungsfrei und ist leicht zu konfigurieren. Der Anwender definiert die zulässigen Bewegungsräume des Roboters und stellt Grenzwerte ein.

Die sicherheitstechnische Verwaltung der Gesamtanlage mit acht Zugangstüren beziehungsweise Ladeluken, drei Robotern sowie vier Bearbeitungszentren übernimmt eine fehlersichere Zentralsteuerung. Sie erhält E/A-Signale des Roboters. Wenn der Roboter ein BAZ bedient, sorgt die Zentralsteuerung neben den redundanten EPS dafür, dass dem Bediener der Zugang zur Station versperrt oder dass bei entsprechenden Signalen der Roboter ausgeschaltet wird. Geschützte Räume im Zugriffsbereich des Roboters können über die EPS als sicherer Raum für andere Aktivitäten genutzt werden.

Armin Binder, Automatisierungsplaner und Programmierer beim Albert Handtmann Metallgusswerk, war an der Realisierung der Anlage maßgeblich beteiligt. Er fasst zusammen: »Die Roboteranlage verbindet die Vorteile eines Linearportals mit denen eines Knickarmroboters. Der bietet einen großen Arbeitsbereich entlang der X-Achse und eine große Flexibilität beim Be- und Entladen der Maschinen. Seine hängende Position ermöglicht zudem eine sehr gute Zugänglichkeit zu den Maschinen. Alle unsere Anforderungen in puncto Flexibilität, Zugänglichkeit, Taktzeit, E/A-Anpassung, Erweiterbarkeit und Positioniergenauigkeit werden voll erfüllt.«

Erschienen in Ausgabe: Industrie Handbuch/2011