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Roboter in der Blechverarbeitung

Roboter in der Blechverarbeitung

Produkte Automation/Steuerungen

Moderne Sechsachs-Knickarmroboter sind hochspezialisierte Handhabungs- und Bearbeitungsmaschinen. Grenzen der Anwendung sind kaum absehbar. Doch entscheidend ist nicht der Roboter allein, sondern das optimale Zusammenspiel von Robotern, Greifern, Sensoren und Software.

06. Juli 2009

Industrieroboter schneiden, schweißen, fräsen, kleben, polieren, dichten oder montieren, bestücken oder entladen Pressen und Press-Biege-Zentren. Sie sortieren, bemustern, überprüfen und verpacken. Ihren Siegeszug verdanken sie vor allem hoher Präzision, Geschwindigkeit und Wiederholgenauigkeit. Diese Eigenschaften ermöglichen ihnen neben hoher Produktivität eine konstante Fertigungsqualität. Ein weiteres Merkmal sind die außerordentlich hohe Prozesssicherheit und Verfügbarkeit. So liegt die MTBF (Mean Time Between Failure) heute je nach Anwendung bei über 80000 Stunden planmäßige Wartung vorausgesetzt. Damit sind sie ideale und vor allem kostengünstige Elemente für durchgängig automatisierte Prozessketten. Roboter lassen sich zudem sehr platzsparend in Prozessketten integrieren. Ihre volle Stärke spielen sie jedoch in aufgabenspezifischen Fertigungszellen aus. Hier bieten sie ein Höchstmaß an Funktionen auf engstem Raum.

Perfektes Handling,Anwenderfreundliche Programmierung

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Industrieroboter in Fertigung und Montage sind stets in komplexe Produktionsabläufe integriert. Eine wichtige Aufgabe ist dabei das Handling von Werkstücken und Baugruppen. Für das sichere Greifen, Bewegen oder Umsetzen der unterschiedlichen Teile benötigen die Roboter entweder speziell adaptierte Greifersysteme oder Multifunktionsgreifer. Sensoren stellen sicher, dass die Greifer die aufzunehmenden Teile nicht beschädigen. Vision-Systeme ermöglichen das Erkennen von Größe, Position und Orientierung per Förderband angelieferter Werkstücke. Das ermöglicht Robotern sicheres Aufnehmen unabhängig von der jeweiligen Ausrichtung der Teile. So können sie sie auch positionsgenau am Zielort absetzen und montieren. Das alles setzt das perfekte Zusammenspiel unterschiedlicher Systeme sowie ausgereifte Steuerungskonzepte und Software voraus. Je nach Komplexität einer Anwendung kann das konventionelle Programmieren eines Roboters sehr zeitaufwendig sein.

Deutlich schneller geht es mit ›RobotStudio‹, einem Programm von ABB zur Simulation und Offlineprogrammierung von Roboteranwendungen. Es ermöglicht kosteneffizientes Programmieren und Austesten von Roboterbewegungsbahnen am PC ohne Unterbrechung der laufenden Produktion. Mit seiner ›VirtualRobot‹-Technik stellt ›RobotStudio‹ eine exakte Kopie des realen Roboters inklusive der Robotersteuerung IRC5 in der virtuellen Umgebung des PCs dar. Das gilt auch im Zusammenspiel mit den Funktionen ›TrueMove‹ und ›QuickMove‹. Diese sorgen für höchstmögliche Präzision und Geschwindigkeit der Bahnbewegungen. ›TrueMove‹ stellt sicher, dass die vom Roboter ausgeführte Bewegungsbahn unabhängig von Geschwindigkeit und Lasteinfluss immer exakt dem programmierten Pfad entspricht. ›QuickMove‹ ist eine ›intelligente‹ Funktion zur Selbstoptimierung der Bewegungssteuerung. Sie sorgt bei unterschiedlichen Lastzuständen dafür, dass der Roboter stets die maximal möglichen Beschleunigungen oder Verzögerungen fahren kann. Daraus resultieren deutlich minimierte Zykluszeiten.

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Ein weiterer Vorteil von ›RobotStudio‹ ist, dass sich komplexe Roboterbewegungen und -programme unter Berücksichtigung peripherer Anlagen realitätsnah simulieren und als 3D-Animation darstellen lassen. Die Daten der gängigsten 3D-CAD-Formate lassen sich dazu in ›RobotStudio‹ importieren. Mit der Funktion Autopath kann man aus diesen 3D-CAD-Daten innerhalb weniger Minuten die erforderlichen Roboterpositionen zum Bearbeiten komplexer Werkstückkonturen generieren. Konventionell programmiert, benötigte man hierzu oft viele Stunden.

Um kostspielige Schäden an Robotern, Werkzeugen, peripheren Anlagen oder dem Produkt selber zu vermeiden, muss der Anwender wissen, wo es in einer Anlage zu Kollisionen kommen kann. Die ausgereifte Kollisionserkennung hilft ihm, potenzielle Schwachstellen bereits im Vorfeld zu identifizieren und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.

Integrierte Schweiß-Roboterzellen optimieren Fertigung

Die in Waiblingen ansässige JUD GmbH ist als Lohnfertiger auf das Herstellen und Bearbeiten komplexer Rohr- und Blechteile spezialisiert. Abnehmer sind Unternehmen aus der Medizintechnik, Elektrotechnik, Maschinenbauunternehmen sowie Hersteller von Baumaschinen, Kraftfahrzeugen und Landmaschinen. Die Rohrbearbeitung gehört seit Jahrzehnten zum zentralen Fertigungsbereich des Unternehmens. Zu den Fertigungsschritten zählen das Dornbiegen, Ringbiegen, Wendelbiegen, das Bearbeiten der Rohrenden und das Lasern. Dazu stehen moderne CNC-Maschinen und eine automatisierte Rohrlaseranlage zur Verfügung.

In der Blechverarbeitung reicht die Spanne vom Lohnbiegen über das Wasserstrahlschneiden und Stanzen bis hin zum Laserschneiden. Einer der wichtigsten Füge- und Fertigungsschritte ist das Schweißen. Hier komplettieren drei moderne Schweißroboter von ABB die hoch automatisierte Fertigung der JUD GmbH und sorgen für eine höhere Produktivität. Bei den Anlagen handelt es sich um zwei schnelle und leistungsstarke Roboterzellen der Reihe ›ABB Global FlexArc 250R Single‹ zum Pulsschweißen. Sie verfügen über je einen Positionierer zur Aufnahme von Teilen bis 1,6 m x 1,0 m mit maximal 250 kg. Das dritte System gehört zu einer MAG/MIG-Schweißanlage mit Verfahrachse und zwei Positionierern zur Aufnahme von Werkstücken bis 3,0 m x 2,0 m und maximal 750 kg.

Der optimierte Workflow sorgt für eine flexible und vor allem hocheffiziente Fertigung. So übernehmen vollautomatisiert Laser- und Stanzanlagen oder die Wasserstrahlanlage die Zuschnitte der eingehenden Rohmaterialien. Darauf folgen das Biegen und Abkanten, bevor die Einzelteile in die Schweißroboterzellen gelangen. Bei der großen Schweißanlage mit Verfahrachse zum Beispiel bestückt ein Kran die Positionierer mit großen und schweren Stahlteilen. Die Positionierer sind mit dem Roboter synchronisiert und bringen die Werkstücke für den Schweißroboter jeweils in die optimale Schweißposition. Beide sind wechselseitig im Einsatz. Während der Schweißroboter ein Bauteil auf einem Positionierer schweißt, lässt sich der andere entladen, erneut bestücken oder für eine andere Serie umrüsten.

Einer der wichtigsten Aspekte beim automatisierten Roboterschweißen ist das benutzerfreundliche Programmieren der Anlage. Dazu bietet ABB den Kunden die Möglichkeit, an einer Schulung im Schulungszentrum in Friedberg teilzunehmen. Laut Marcel Schmorl, Fertigungsleiter Metallbearbeitung bei JUD, konnten er und sein Vorarbeiter bereits nach drei Tagen eigene Schweißprogramme schreiben, obwohl sie beide keine größeren Vorkenntnisse im Programmieren besaßen. Mit den Ergebnissen der robotergestützten Automation ist er ebenfalls sehr zufrieden. So kalkuliert Schmorl jetzt nur noch mit einem Drittel der sonst üblichen Schweißzeit pro Durchlauf – und das bei bis zu 100 Schweißnähten pro Bauteil. Ein weiterer Vorteil resultiert aus der deutlich höheren Wiederholgenauigkeit der Roboterzellen. So erzielt das Unternehmen neben einer höheren Produktivität vor allem auch eine höhere Qualität der gefertigten Baugruppen.

Durchgängige Automation

Ein automatisiertes Roboter-Biegesystem produziert beim Hygiene-Spezialisten Meiko mannlos über 120 verschiedene Teile im Dreischichtbetrieb. Mit hoher Kontinuität und Reproduzierbarkeit setzt die komplexe Anlage neue Standards in der robotergestützten Automatisierung von Biegeprozessen.

Mit ihren rund 1.200 Mitarbeitern zählt die Meiko Maschinenbau GmbH aus dem badischen Offenburg weltweit zu den ersten Adressen in der gewerblichen Geschirrspültechnik sowie der Reinigungs- und Desinfektionstechnik für den Pflegebereich. Im Stammwerk Offenburg verarbeitet sie pro Jahr rund 2.300 t Edelstahlblech. Meiko setzt konsequent auf Rationalisierung der Produktion bei gleichzeitiger Qualitätssteigerung. Eine wichtige Rolle spielt dabei die vollautomatisierte Roboterbiegezelle auf Basis der Dreipunkt-Biegetechnik. Vor allem beim Biegen spielt die Präzision eine zentrale Rolle. Hintergrund dieser Entwicklung ist der zunehmende Funktionsumfang der Werkstücke, die immer mehr Biegungen aufweisen, damit anschließend möglichst wenig zu schweißen ist. Die Anforderungen an die Genauigkeit erhöhen sich mit jeder weiteren Biegung zwangsläufig.

Die Qualitätsanforderungen bewegen sich bei Meiko fertigungstechnisch im Grenzbereich: Sie realisieren bei Biegelängen von über 2.000 mm Biegegenauigkeiten von unter 0,1 mm. Auch hier spielt die Vernetzung der Software eine wesentliche Rolle. So fordert die Biegezelle eigenständig eine Palette aus dem Hochregallager an und übermittelt gleichzeitig die Position der Bleche am Bereitstellungsplatz an die Steuerung der Biegezelle. Damit weiß der ABB-Roboter genau, wo er bei der Blechaufnahme zugreifen muss. Es folgen automatisch die Schritte Doppelblechkontrolle, Positionieren der Bleche sowie die verschiedenen Biegefolgen inklusive eventueller Umgreifoperationen. Den Abschluss bildet das kontrollierte Ablegen der fertig gebogenen Werkstücke auf Euro-Paletten.

Erfahrung bewährt sich

Das robotergestützte Be- und Verarbeiten von Blechen bietet enorme Produktivitätspotenziale. Doch um alle Vorteile der auf Robotern basierenden Automation voll auszuschöpfen, sind neben leistungsstarken Industrierobotern vor allem optimal an die Prozesse angepasste Software-Tools erforderlich. Hier hat ABB aufgrund seiner langjährigen Erfahrung hochperformante Software-Werkzeuge entwickelt, die das Programmieren der Roboter und die Gesamtanlagensteuerung signifikant vereinfachen.

Hans P. Fritsche

RGT Redaktionsbüro

Gerd Trommer

ABB Automation GmbH Unternehmensbereich Robotics

Grüner Weg 6

61169 Friedberg

Tel.: 06031/85-104

Fax: 06031/85-113

Erschienen in Ausgabe: 04/2009