Modularer Roboter mit Greiftechnik

Kaspar Lüther stand vor der Herausforderung, zwei aufeinanderfolgende CNC-Drehoperationen auf unterschiedlichen Durchmessern durchzuführen, wobei das Bauteil auf dem Bearbeitungsmaß und nicht auf dem Rohteilmaß übergeben werden musste. Das Rohteilmaß bezeichnet die Maße des Bauteils direkt nach der ersten Fertigung oder dem Guss, also bevor es bearbeitet wurde. Das Bearbeitungsmaß hingegen ist das Maß des Bauteils nach einer ersten Bearbeitung, das für die nächste Fertigungsschritte benötigt wird.

Die Übergabe des Bauteils auf dem Bearbeitungsmaß ermöglichte eine präzisere Weiterbearbeitung, da das Bauteil bereits die erforderlichen Toleranzen für den nächsten Bearbeitungsschritt aufwies. Darüber hinaus gab es keine Maschinenschnittstellen wie OPC UA oder SPS-Verbindungen, was die Integration erheblich erschwerte. Zudem war der Platz für konventionelle Roboterzellen stark begrenzt, was die Nutzung einer traditionellen Lösung unmöglich machte. Ein weiteres zentrales Element war das hohe Maß an die Anforderung für Prozesssicherheit: Späne, Öl und Maßtoleranzen mussten während des gesamten Prozesses robust gehandhabt werden, um eine fehlerfreie Produktion zu gewährleisten.

Diese Kombination stellte eine massive Herausforderung dar. Viele etablierte Automatisierungsanbieter arbeiten mit standardisierten Maschinenanbindungen oder setzen auf spezifische Schnittstellen. In diesem Fall musste Robco eine Lösung entwickeln, die eine nahtlose Integration der bestehenden Maschinen in die Automatisierung ermöglichte, ohne die Maschinen selbst zu verändern. Hinzu kamen komplexe mechanische Randbedingungen und der begrenzte Raum, der die Umsetzung einer konventionellen Roboterzelle erschwerte.

Zweistufiger Drehprozess

Robco entwickelte für den zweistufigen CNC-Drehprozess eine maßgeschneiderte vollautomatisierte Lösung, die sich nahtlos in die bestehende Maschinenumgebung integrierte. Die Lösung umfasst ein modulares Handlingsystem, das keine standardisierten Schnittstellen benötigt. Konkret besteht die Anlage aus einem modularen Roboter mit einer individuellen Greiftechnik, einer Ansteuerung zu den beiden CNC-Drehmaschinen direkt über die Robotersteuerung sowie einer eigens entwickelten Abblas- Station, die die Bauteile nach der Bearbeitung reinigt.

Ein wesentlicher Bestandteil der Lösung ist der gezielte Einsatz von Sensorik, Antriebs- und Steuerungstechnik. Das ermöglicht eine präzise und zuverlässige Automatisierung:

● Greifer- und Positionssensorik: Die Roboter sind mit individuell angepassten Greiferfingern ausgestattet, die über induktive Sensoren zur Teileerkennung verfügen. Diese Sensoren gewährleisten, dass nur korrekt übergebene Teile weiterverarbeitet werden. Fehlerhafte Übergaben werden automatisch erkannt.

● Tür- und Startsignalsteuerung: Da die Maschinen keine standardisierten Schnittstellen aufwiesen, wurde die Maschinenbedienung über pneumatisch angesteuerte Button-Pusher realisiert. Diese Button-Pusher aktivieren die Maschinen durch extern montierte Taster. Zusätzliche Sensoren überwachen die korrekte Ausführung der Befehle an der Maschine, um sicherzustellen, dass alle Prozesse reibungslos ablaufen.

● Spannüberwachung: Eine indirekte Prozessüberwachung erfolgt durch Logik- und Timing- Kontrollen. Sollte das Spannen der Bauteile nicht im erwarteten Zeitrahmen erfolgen, wird der Vorgang sofort abgebrochen, um Fehlfunktionen zu verhindern und die Qualität des Prozesses sicherzustellen.

● Roboterantriebe und Steuerung: Die eingesetzten Roboter sind modular skalierbar und nutzen integrierte Achsantriebe mit hohem Drehmoment bei niedriger Aufbauhöhe. Diese Antriebe sind besonders für beengte Zellenumgebungen geeignet, wie sie hier vorliegen. Die Steuerung der gesamten Zelle erfolgt über die Robco--Softwareplattform, die eine nahtlose Integration der Robotertechnik in die Gesamtsteuerung ermöglicht.

Durch die Kombination aus modularer Robotik, flexibler Softwarelösung und intelligentem mechanischem Zugangssystem kam eine kosteneffiziente Lösung zustande.

Implementierung in drei Phasen

Die Implementierung der Lösung gliederte sich in drei zentrale Phasen:

1. Hardware-Integration: Die bestehenden Maschinen waren ursprünglich nicht für eine Automatisierung vorgesehen – sie verfügten weder über externe Steuerungsschnittstellen noch über automatisierte Türen. Dies wurde durch den Einsatz von Sicherheitstechnik und Aktorik gelöst: Die Türen werden heute über Robco-Systeme geöffnet und geschlossen, während Signale für die Maschinenprozesse über extern angebrachte Bedienelemente ausgelöst werden.

2. Software-Implementierung: Die Steuerung der gesamten Zelle erfolgt über das Robco- System. Dort wurde der gesamte Ablauf – vom Greifen des Rohlings über das Ablegen, Zwischenspannen, Reinigen bis zur Ablage – als sequenzieller Flow programmiert. Aufgrund der knappen Taktzeitanforderung wurden gezielt parallelisierbare Prozesse genutzt, zum Beispiel gleichzeitige Prozesssteuerung und Reinigung. Die Bedienoberfläche ist so gestaltet, dass künftig auch eigene Anpassungen und neue Formate durch den Kunden selbst vorgenommen werden können.

3. Inbetriebnahme: Die Anlage wurde vor Ort in mehreren Schritten in Betrieb genommen. Besonderes Augenmerk lag auf der präzisen Abstimmung zwischen Roboterbewegung, Greifkraft, Bauteiltoleranz und Spannverhalten der Maschinen. Die Inbetriebnahme umfasste umfangreiche Tests mit Bauteilen, inklusive Toleranzanalysen und Optimierungen zur Prozesssicherheit.

Maximale Ressourcennutzung

Seit der Implementierung der Lösung konnte das Unternehmen seine Produktion optimieren. Ein wesentlicher Vorteil ist die maximale Ressourcennutzung, da nun eine Arbeitskraft parallel für andere Tätigkeiten eingesetzt werden kann. Lediglich der regelmäßige Messvorgang muss noch manuell durchgeführt werden.

Darüber hinaus wurde die Produktionskapazität erweitert. Dank der Automatisierung ist es nun möglich, die Anlage im normalen Schichtbetrieb zu betreiben, ohne zusätzliches Personal einsetzen zu müssen. Ein weiterer positiver Effekt der Automatisierung ist die höhere Effizienz und die damit verbundenen Kosteneinsparungen. Durch die Implementierung der Lösung wurden nicht nur Engpässe eliminiert, sondern der gesamte Fertigungsprozess wurde stabiler und wirtschaftlicher gestaltet.

Service und Wartung

Ein wesentlicher Vorteil des Systems ist die Offenheit der RobCo-Softwareplattform. Sie ermöglicht es, einfache Anpassungen selbst vorzunehmen wie das Anlernen neuer Teile oder das Anpassen bestehender Formate, um flexibel auf Änderungen im Produktionsprozess zu reagieren. So können auch kleinere Anpassungen jederzeit ohne externe Unterstützung erfolgen. Bei umfangreicheren Änderungen oder spezifischen Prozessveränderungen können die Kunden auf Robco zurückgreifen, um Unterstützung zu erhalten.

Darüber hinaus bietet Robco standardmäßig einen Fernwartungszugang, über den sowohl Software- Updates als auch Diagnosen durchgeführt werden können. Kunden haben jederzeit die Möglichkeit, Log-Dateien zu exportieren oder Remote-Support-Anfragen zu stellen.

Das System ist so konzipiert, dass viele mechanische Komponenten leicht zugänglich sind, wodurch kleinere Eingriffe direkt vor Ort möglich werden. Ersatzteile wie Greiferfinger werden mitgeliefert und sind auch als Zeichnung zum Nachbau verfügbar. Für besonders kritische Prozesse empfiehlt sich ein Servicepaket, das regelmäßige Wartungschecks und Remote-Zugänge umfasst, um eine kontinuierliche Prozesssicherheit zu gewährleisten und den störungsfreien Betrieb zu sichern.

Jonas Lüther, Geschäftsleitung von Kaspar Lüther, berichtet: „Wir haben RobCo bewusst als Partner gewählt und sind begeistert von der Zusammenarbeit und der erfolgreichen Umsetzung. Wir haben eine Automatisierungslösung gesucht, die einen unkonventionellen aber maximal flexiblen Weg in die Automatisierung bietet. Das Konzept von RobCo ist darüber hinaus skalierbar und sorgt schon heute für eine spürbar bessere Produktionsauslastung.“