Smarte Roboter Software für toleranzbehaftete Prozesse

Versucht man es über die herkömmliche Herangehensweise, toleranzbehaftete Prozesse zu automatisieren, ist das oftmals eine große Herausforderung. Mit der smarten Robotersoftware von Artiminds Robotics lassen sich hierfür zuverlässige Lösungen ganz unkompliziert erstellen. Verschiedene umgesetzte Beispiele verdeutlichen das breite Einsatzspektrum.

Inhalt

• Was zeichnet stark toleranz­behaftete Prozesse aus?
• Drei Fallbeispiele
  • Stecker-Montage bei Ebm-Papst
  • Kabel-Handling mit der Bausteinbibliothek
  • Kraftgeregelte Montage bei Primus Präzisionstechnik

Was zeichnet stark toleranz­behaftete Prozesse aus?

Zu den toleranzbehafteten Prozessen in der Industrie zählen zum Beispiel die Montage von Baugruppen mit sich aufeinander addierenden Toleranzen, das Handling biegeschlaffer Teile oder End-Of-Line-Tests kompletter Baugruppen.

Produktionsprozesse in den genannten Bereichen weisen Toleranzen meist in mehreren Dimensionen auf. Hier reicht der Einsatz einfacher Messverfahren oder mechanischer Systeme nicht aus, um solche Automatisierungs-Aufgaben zuverlässig umzusetzen. Häufig stehen auch keine Software Roboter Anbieter am Markt zur Verfügung, die sich mit der Entwicklung von Sonderlösungen mit aufwendigeren Messverfahren auskennen. Trotz sinnvollem ROI bleiben als Konsequenz oft Automatisierungspotentiale unerschlossen.

Mit den smarten Softwarelösungen von Artiminds lässt sich die Anforderung toleranzbehafteter Prozesse erfüllen. Weder mehrdimensionale Toleranzen sind dann ein Problem, noch fehlendes Expertenwissen.

Zwei Schritte führen hier zum Erfolg:

1. Die unkomplizierte Feststellung der relevanten Toleranzen: Zur Messung der Toleranzen kommen mit den Tools verschiedene Sensorik-Verfahren in Frage.
2. Die datengetriebene Verbesserung der Automatisierungsanlage steigert die Leistung, weil vermessene Toleranzen wiederverwendet werden.

Drei Fallbeispiele

Stecker-Montage bei EBM-Papst

EBM-Papst setzt in der Produktion von Gebläselüftern im Werk Landshut seit Mitte letzten Jahres drei Robotik-Lösungen mit der Software von Artiminds ein. Die Anwendung: Montageroboter stecken Leiterplatinen auf ein schwimmend gelagertes Gehäuse. Der prozesssichere und taktzeitkonforme Ablauf des stark toleranzbehafteten Prozesses erfolgt unter dem Einsatz der Features für den Toleranzausgleich mit Hilfe der Kraft-/Momenten-Sensorik.

Zur Inbetriebnahme konnten mit der automatischen Erfassung und Analyse der Prozessdaten die Ergebnisse vom Toleranzausgleich einzelnen Werkstückträgern zugeordnet und dann gezielt verbessert werden. Davon profitierten zudem weitere Prozessschritte in der Anlage.

Im Anschluss an die Montage führen zwei Roboter einen End-Of-Line-Test durch. Dabei werden mehrere Stecker automatisch auf der montierten, schwimmend gelagerten Platine kontaktiert. Der Toleranzausgleich erfolgt ebenfalls mit den Tools von Artiminds. Das erhöht die Prozesssicherheit. Die Steckerposition auf der Leiterplatine ist frei konfigurierbar. Daher müssen die Roboter neben verschiedenen Bauteilvarianten bis zu 360 Winkelstellungen vom Stecker abdecken.

Teach-Punkt-Optimierung für optimale Taktzeit

Über die Softwarefunktion Teach-Punkt-Optimierung (TPO ) können die Taktzeitanforderungen erfüllt werden. Auf Basis des zuvor durchgeführten Toleranzausgleichs pro Variante und Winkelstellung lässt sich der passende Anfahrpunkt ermitteln. Über eine SPS wird dieser dem Roboter übermittelt.

Der Prozess passt sich nach wenigen Durchläufen automatisch den Toleranzen der Varianten und Winkelstellungen an. Toleranzen von weiteren Chargen können während der Produktionsdauer in die Datenbank integriert werden. Dieser Lerneffekt macht die Produktion robuster und verhindert aufwändiges Nachteachen bei veränderten Bedingungen.

Kabel-Handling mit der Bausteinbibliothek

Das automatische Abgreifen von Kabeln verdeutlicht als anschauliches Beispiel, welche Herausforderungen biegeschlaffe Teile mit sich bringen. Über die Bausteinbibliothek von Artiminds lassen sich Griffpunkt und Ausrichtung des Greifers relativ zum Kabel schnell und prozesssicher bestimmen. Dazu wird das Kabelende gescannt.

Ein breites Spektrum an Zuführungsarten ist so realisierbar. Zur möglichst leichten Umsetzung so einer Anwendung erlaubt die Software Robotern die einfache Verwendung von Standardsensoren. Das können 2D- und 3D-Kameras oder Profil-Laserscanner sein, die Toleranzen automatisch bestimmen und ausgleichen.

Mehrere Messungen gleichzeitig verrechnen

Bei stark toleranzbehafteten Prozessen wie dem Kabel-Handling müssen allerdings häufig nicht nur eine, sondern gleich mehrere Messungen verrechnet werden, um alle Toleranzenzu zu bestimmen. Vergleichsweise einfach einrichtbare Profil-Laserscanner vermessen den Vorgang dreidimensional schnell, hochgenau und kostengünstig entlang einer Linie.

Mithilfe der Bibliothek lassen sich die Ergebnisse von Profil-Laserscannern direkt auf der Robotersteuerung weiterverarbeiten ohne zusätzlichen Auswertungsrechner. Die Bibliothek unterstützt neben dem Datenbezug (Auslösen von Detektoren, Ergebnisbezug und mehrfache Ergebnisspeicherung) ebenfalls die Datenverarbeitung. Diese umfasst viele Möglichkeiten für neuartige Automatisierungslösungen – von einfachen Operatoren wie Sicherheitschecks bis hin zu komplexeren Operatoren wie der Erstellung eines Scans aus vielen Messungen.

Kraftgeregelte Montage bei Primus Präzisionstechnik

Die Analysesoftware LAR ist ein Tool, mit dem sich Prozessdaten von der Robotersteuerung im laufenden Betrieb beziehen und abspeichern lassen. Zeitlich den programmierten Teilprozessen zugeordnet ist deren Analyse und Überwachung unkompliziert möglich. Bei stark toleranzbehafteten Prozessen lohnt es sich zudem, noch einen Schritt weiter zu gehen:

Mit der automatischen TPO ist die Datenverarbeitung aufgrund der verwendeten Schnittstellen standardisiert und der Zugriff einfach möglich. Eine Vielfalt an Filterungsmöglichkeiten steht zur Verfügung. Der Anwender entscheidet nur, wie er optimieren möchte: pro Werkstückträger, Werkstückvariante oder Charge.

Automatisierte Zahnrad-Montage

Die automatische Montage von Zahnrädern bei Primus Präzisionstechnik ist ein anschauliches Beispiel: Aus mehreren Einzelteilen werden Kleingetriebe hergestellt. Es sind drei Wellen und fünf Zahnräder in ein Getriebegehäuse einzubauen. Vor der Platzierung werden alle Teile noch gefettet. Die Applikation ist komplex, benötigt viele Prozessschritte und verschiedene Komponenten, woraus sich eine hohe Variantenzahl ergibt.

Primus ging es bei der Automatisierung um die Steigerung der Prozess- und Wiederholgenauigkeit. LAR liefert detaillierte Auswertungen und Daten über den Produktionsprozess, die auf den Bewegungen von Roboter, Kraft/Momenten-Messungen, Bildverarbeitungsergebnissen oder Fehlercodes basieren. Das Verbesserungspotenzial lässt sich mit bloßem Auge nicht erkennen, ist so aber einfach objektivierbar. Als Ergebnis kann die Präzision der Anwendung bis in den 100stel-Bereich nachjustiert werden. Nach einigen Durchläufen kann erneut ausgewertet werden, ob die Änderungen den gewünschten positiven Effekt erzielt haben.

Fazit

Die drei Anwendungen zeigen, dass sich mit den Tools von Artiminds ohne Expertenwissen des Menschen und ohne großen Programmieraufwand selbst stark toleranzbehaftete Prozesse ökonomisch sinnvoll automatisieren laasen. Aufgrund des zentralen Einsatzes der Tools und der Standardkomponenten sind die entstehenden Anlagenkonzepte sehr flexibel und leicht an neue Anforderungen adaptierbar.

Artiminds Robotics stellt auf folgenden Frühjahrsmessen aus: All about Automation, Stand B2-150 und Hannover Messe, Halle 5, Stand B28-11 aus.