Ab Losgröße 1

Brennschneid-Roboteranlage: für die Herstellung von Fasen, Fasenübergängen und Mehrfachfasen an Blechen sowie für 3D-Brennschneidaufgaben hat sich die Stürm AG für die Brennschneid-Roboterlösung von Reis Robotics entschieden.

11. Mai 2006

Die Stürm AG bietet in der Schweiz innovative Produkte und Dienstleistungen im Bereich Stahl und Metall an. Zur Gewinnung von Marktanteilen setzt die Stürm AG auf zukunftsorientierte und effizient arbeitende Fertigungsanlagen. Diese Gründe sowie eine umfassende und kompetente Betreuung durch das Haus Reis waren die maßgeblichen Kriterien für den Kauf eines Brennschneid-Roboters von Reis Robotics aus Obernburg. Dieser Typ von Brennschneidanlage, Roboterportal mit Parallelogramm-Kinematik, ist derzeit einzigartig in der Schweiz.

Aufgabenstellung

Für die Bearbeitung der kundenspezifischen Aufgabenstellungen muss die Stürm AG ein sehr flexibles Anlagenkonzept aufrechterhalten, um den Forderungen der Kunden gerecht zu werden. Die Aufgabenstellung kann vom einfachen Trennschnitt an Blechen bis zur aufwändigen 3D-Bearbeitung an Körpern und Einzelstücken bis zur Serie reichen. Zu den Anforderungen für die Anlagenauslegung gehört auch die Möglichkeit, CAD-Daten in einem auf die Anlage ausgelegten Offline-Programmiersystem einzulesen und verarbeiten zu können. Mit Hilfe dieses Offline-Programmiersystems können die Stillstandszeiten, die sich zwangsläufig für die Roboterprogrammierung per teach-in ergeben, stark reduziert werden. Außerdem sollte die Möglichkeit bestehen, mit Hilfe eines Kamerasystems den Bauteilverzug, der sich während der Bearbeitung ergibt, online zu korrigieren.

Zu den wichtigsten technischen Daten, die für die Auslegung berücksichtigt worden sind, gehört der Einsatzbereich. So sollen an Blechen und Profilen das Lochstechen sowie der Grad- und Fasenschnitt mit beliebigem Winkel bzw. Winkeländerungen möglich sein. Zudem sollte der Normal-Arbeitsbereich für eine maximale Länge von etwa 7.300 mm bzw. 3.000 mm, den Zwei-Stationen-Betrieb, eine Maximalbreite von ca. 2.000 mm, eine maximale Höhe von circa 750 mm (je nach Tischhöhe) und eine zu schneidende Blechdicke von etwa 6 bis 200 mm sowie eine maximale Fasenlänge von 150 mm ausgelegt sein.

Anlagenauslegung

Die Anlage besteht aus einem Roboterportal mit zwei Stationen und einer besonderen Parallelogramm-Kinematik. Für die Auslegung der Anlage wurden im Vorfeld umfangreiche Gespräche mit der Betriebslogistik sowie der Produktion geführt und ein entsprechendes Pflichtenheft erarbeitet. Die beschriebene Aufgabenstellung ist typisch für Brennschneidbetriebe und aufgrund der aufwändigen Herstellung sehr kostenintensiv. Entweder müssen die Fasen lohnintensiv manuell oder auf teuren Fräs- und Schleifmaschinen hergestellt werden. Für diese Aufgabenstellung wurde von Reis Robotics ein Anlagenkonzept entwickelt, das nicht nur die Bearbeitung von geraden Fasen, sondern auch von Fasenübergängen, Mehrfachfasen und sauberen Ecken ermöglicht. Die Bearbeitungsmöglichkeiten ergeben sich aus der speziell hierfür entwickelten Parallelogramm-Kinematik. Sie erlaubt eine Vielzahl an Brennerstellungen. Wenn die Bauteile auf dem Schneidtisch liegen, ergeben sich Bearbeitungsmöglichkeiten mit den Nahtformen v, y, x, k, Schneidwinkeln von 30 bis 90°, einem Oberschnitt von 30 bis 90°, einem Unterschnitt von 50 bis 90°, einem umgedrehten Oberschnitt sowie Schnitttiefen von 5 bis 150 mm.

Anlagenaufbau

Die Brennschneid-Roboteranlage besteht aus einem Roboterportal SRL130 mit vier Achsen und Parallelogramm-Kinematik als fünfter Achse. Alle fünf Achsen sind frei programmierbar und werden direkt von der Robotersteuerung überwacht und gesteuert. Die Achsen des Roboterportals sind wie folgt ausgeführt: Die Transferachse verfügt über einen Hub von 8.000 mm, die Querachse weist einen Hub von 2.000 mm auf und die Vertikalachse hat einen Hub von 1.000 mm. Die Drehachse kann 720°, die Schwenkachse 210° verfahren.

Die eingesetzte Parallelogramm-Kinematik ist von der Antriebstechnik so ausgeführt, dass der obere und untere Arm immer parallel zueinander stehen, entsprechend dem mathematischen Modell eines offenen Parallelogramms. Der Antrieb erfolgt über einen Servomotor mit Regler, Spezialgetriebe und Riemenantrieb. Die Ansteuerung und Überwachung übernimmt die Robotersteuerung. Der untere Arm nimmt über den Kollisionsschutz und die Halterung den Autogen-Brenner auf. Die Bearbeitung der Fasen ist zum Teil nur mit der Parallelogramm-Kinematik und dem dahinter stehenden mechanischen Modell möglich.

Steuerung

Zur Steuerung und Überwachung der Brennschneid-Roboteranlage kommt die Reis Robotersteuerung RobotstarV zum Einsatz. Diese universelle Robotersteuerung ist besonderes für Schneid- und Schweißanwendungen geeignet und zeichnet sich durch hohen Bedienkomfort aus. Diese Steuerung arbeitet mit einem redundant aufgebauten Sicherheits-Controller, der es ermöglicht, Sicherheitsbereiche frei festzulegen und Spezialfunktionen wie Safe-Production zu realisieren. Für die Kontrolle der Bearbeitung während des Automatikbetriebs ist der Schneidroboter mit der Funktion Safe-Production ausgerüstet. Bei dieser Technik werden die Verfahrgeschwindigkeiten so reduziert und überwacht, dass sich der autorisierte Bediener für die Prozessüberwachung in der Roboteranlage aufhalten kann. Die Geschwindigkeitsreduzierung ist so ausgelegt, dass der Schneidprozess ungestört ablaufen kann.

Brennschneidausrüstung

Die Autogen-Brennschneidausrüstung besteht aus dem Maschinenbrenner, den Anschlussschläuchen sowie der Medientafel mit Manometern sowie Absperr- und Proportionalventil. Die Brennschneidflamme wird mit Hilfe der stationären Zündeinrichtung gezündet und über die Ringleitung der Fa. Stürm mit Sauerstoff und Azethylengas versorgt. Die Schläuche der Brenngasversorgungen sind im Parallelogramm innenliegend verlegt und über Kabelschlepp zur Medientafel geführt. Zum Schutz der Anlage vor Flammrückschlag sind Sicherheitsventile eingebaut.

Die Brennschneidtische sind kundenseitig beigestellt und im Hause Stürm in die Schneidroboteranlage integriert worden. Die Brennschneidtische haben die Maße 3.200 x 2.000 mm. Die Bauteile werden auf den Brennschneidtischen mit Hilfe von Anschlägen positioniert, die absteckbar sind und entsprechend variabel angeordnet werden können. Das Anlagenkonzept ermöglicht nach dem Entfernen der Schutzgitter zwischen den Schneidtischen den Einstationsbetrieb, so dass der gesamte Arbeitsbereich des Roboters für große Bauteile genutzt werden kann. Der eingesetzte optische Sensor zur Bahnverfolgung gleicht Toleranzen aus, die sich aus dem Wärmeverzug und fehlerhaften Rohrteil­abmessungen ergeben. Bei dem Sensor handelt es sich um einen Lasersensor der Fa. Servo Robot vom Typ Jupiter, der zur Online-Bauteilverfolgung eingesetzt wird. Die Abtastung der Bauteiloberfläche erfolgt mit einem Infrarot-Laserstrich, der das Bauteil bei laufendem Prozess und unter einem definierten Winkel und Abstand aufnimmt. Der Lasersensor ist in ein gekühltes Gehäuse zum Schutz vor dem Brennschneidprozess eingebaut. Die Optik des Sensors wird durch einen während der Bearbeitung ständig vorhandenen Luftstrom vor Spritzern aus dem Schneidprozess geschützt.

Für die optimale Nutzung der Brennschneid-Roboteranlage und zur Minimierung von Stillstandszeiten bei der Programmierung, ist die Anlage mit dem Offline-Programmiersystem Moses der Fa. Autocam, Dortmund ausgerüstet. Mit Hilfe dieser Software lässt sich das für die Bearbeitung notwendige Roboterprogramm offline erstellen. Die Software ist speziell für Anforderungen ausgelegt, die bei der Bearbeitung von Schneidaufgaben und der Schweißkantenvorbereitung notwendig sind. Hierzu zählen charakteristische Roboterbewegungen und spezielle Bewegungsstrategien. Durch den Einsatz des Moses-Systems wird auch die Bearbeitung von Bauteilen mit der Losgröße 1 effizient und kostengünstig möglich, da die Anlage während der Bauteilprogrammierung für die Produktion zur Verfügung steht.

Fazit

Das Beispiel der Firma Stürm AG zeigt, wie moderne Robotertechnik von Reis Robotics Einzug in die Fertigung und Bearbeitung von Einzelstücken, Kleinserien und Serien hält. Die für Brennschneidbetriebe typischen Bearbeitungsaufgaben wie Trenn- und Fasenschnitte werden durch die Möglichkeit aufwändige 3D-Teile zu bearbeiten ergänzt und lassen die klassischen Brennschneidmaschinen schnell an die Grenzen ihrer Möglichkeiten stoßen. Durch den Einsatz des Brennschneid-Roboters SRL130 lassen sich arbeits- und kostenintensive Aufgabenstellungen auch in Ländern mit hohen Lohnkosten günstig herstellen.

Erschienen in Ausgabe: 04/2006