Der Roboter übernimmt die Teileentnahme und managt deren Nachbearbeitung. Im Endausbau führt der Mehrachser sieben Arbeitsschritte im Takt der Spritzgießmaschine aus.

Der Roboter übernimmt die Teileentnahme und managt deren Nachbearbeitung. Im Endausbau führt der Mehrachser sieben Arbeitsschritte im Takt der Spritzgießmaschine aus.Engel Austria

Parallel zum Integrations- und Automatisierungsgrad steigen die Anforderungen an das Bedienpersonal in Spritzgießbetrieben: Der Maschinenbediener ist nicht mehr nur für die Spritzgießmaschine allein verantwortlich, sondern für alle Arbeitsschritte, für die er unter Umständen weder eine Ausbildung noch ausreichend Erfahrung hat. Beispielsweise kombiniert das ‚inject2blow‘-Verfahren den Spritzgieß- mit dem Blasformprozess. Und mit zunehmendem Automatisierungsgrad muss der Maschinenbediener auch Verantwortung für die Roboter übernehmen, da nicht immer ein Programmierer zur Verfügung steht. Hersteller von vollautomatisierten Spritzgießanlagen werden deshalb immer häufiger mit dem Wunsch nach einfacher Bedienung konfrontiert: Maschine und Roboter sollen nur die Funktionen bereitstellen, die für die aktuell anstehende Aufgabenstellung benötigt werden. Die Funktionalität auf das absolut Notwendige zu reduzieren, läuft aber einem anderen Trend entgegen: der Flexibilisierung von Maschinen und Anlagen. Den Spagat zwischen einfacher Handhabung und Flexibilität schaffen die Entwickler bei Engel mit einer verbesserten Mensch-Maschine-Schnittstelle.

Die vollständige Integration in die Steuerungstechnik erleichtert den Einsatz von Linearrobotern und Mehrachs-Industrierobotern an Spritzgießmaschinen.

Die vollständige Integration in die Steuerungstechnik erleichtert den Einsatz von Linearrobotern und Mehrachs-Industrierobotern an Spritzgießmaschinen.Engel Austria

Da sowohl die Spritzgießmaschinen als auch die Roboter für das Teilehandling aus einer Hand kommen, ist eine Integration der beiden Steuerungswelten gewährleistet, ohne Euromap-67-Schnittstelle zwischen Spritzgießmaschinensteuerung und Roboter. Viele andere Lösungen spiegeln lediglich die Bedienoberfläche des Roboters auf den Monitor der Spritzgießmaschine. Dies erspart dem Anwender aber nicht, sich in zwei unterschiedliche Bedienphilosophien einzuarbeiten.

Eine Steuerung, die alle Sprachen spricht

In der Steuerungsphilosophie ist die Robotersteuerung RC 200 als ein Teilsystem in die Spritzgießmaschinensteuerung CC 200 integriert. Um trotz des komplexen Gesamtsystems bei vollem Funktionsumfang eine einfache und schnelle Programmierung und Bedienung zu ermöglichen, sind in der Steuerung unterschiedliche Bedienhierarchien implementiert, von der einfachen Ansicht bis zur vollen objektorientierten grafischen Ablaufdarstellung. Damit spricht die Steuerung sowohl die Sprache des Anlagenbedieners, als auch des Maschineneinrichters und des Programmierers.

Die Programmierung der Industrieroboter wird mit einfachen Befehlen der RC 200-Steuerung durchgeführt, die dem Anwender unterschiedliche Userlevels anbietet. In der einfachen Ansicht ist der Bewegungsablauf des Roboters als Kreis dargestellt.

Die Programmierung der Industrieroboter wird mit einfachen Befehlen der RC 200-Steuerung durchgeführt, die dem Anwender unterschiedliche Userlevels anbietet. In der einfachen Ansicht ist der Bewegungsablauf des Roboters als Kreis dargestellt.Engel Austria

In der sogenannten ‚einfachen Ansicht‘ wird der Roboterablauf in Form eines Kreises dargestellt. Die Sequenzen des Ablaufs werden in ihrer zeitlichen Abfolge auf einem Kreis visualisiert. Dadurch entsteht ein einfaches und übersichtliches Bild des Roboterablaufs. Darüber hinaus wird dem Bediener angezeigt, in welcher Sequenz der Roboter aktuell arbeitet. Durch Anwahl eines Sequenz-Icons kann der Einrichter dessen Funktion an den gewünschten Ablauf anpassen oder einen komplett neuen Ablauf wählen. Zudem sind viele Standardabläufe für unterschiedliche Anwendungsfälle in der Steuerung hinterlegt. Der Maschinenführer benötigt keine Programmierkenntnisse, er wählt nur einen Ablauf aus und kann die enthaltenen Ablaufsequenzen durch das Tauschen von Varianten anpassen. Alle für eine ausgewählte Sequenz notwendigen Einstellungen (Positionen, Geschwindigkeiten und Wartezeiten) sind in einer übersichtlichen Einstellseite dargestellt, die sich über die Sequenz-Icons öffnen lassen.

Als weitere Möglichkeit bietet die ‚erweiterte Ansicht‘ dem Programmierer sämtliche Funktionen, um auch anspruchsvolle Steuerungsaufgaben umsetzten zu können. Hier ist der Roboter- oder Automatisierungsablauf mit grafischen Symbolen dargestellt. Für eine bessere Übersichtlichkeit lassen sich diese Befehlsgruppen zu Sequenzen zusammenfassen und bei Bedarf per Zoom-In-Funktion aufklappen, anzeigen und aus einer umfangreichen Funktionsliste ergänzen. Die Einstellung der Parameter erfolgt direkt in der grafischen Ansicht durch Drücken der Befehlsgrafik im Ablaufdiagramm.

Die Parameter werden direkt in der grafischen Ansicht eingegeben, so dass sich auch sehr komplexe Abläufe in kürzester Zeit konfigurieren lassen.

Die Parameter werden direkt in der grafischen Ansicht eingegeben, so dass sich auch sehr komplexe Abläufe in kürzester Zeit konfigurieren lassen.Engel Austria

Das Softwaremodul ‚Wizard‘ erleichtert die Programmierung. Es führt den Einrichter bequem durch die Erstellung eines Roboterablaufs und die Parametereinstellungen. Der Bediener trifft nur noch Ja/Nein-Entscheidungen. Schritt für Schritt geht er durch den Ablauf, beantwortet alle Fragen und macht alle notwendigen Einstellungen. Damit niemand den Überblick verliert, wird im laufenden Prozess angezeigt, an welcher Stelle des Gesamtprozesses sich Maschine und Roboter aktuell befinden. Sollten Änderungen oder Anpassungen von Ablaufparametern notwendig sein, kann die jeweilige Funktion auch über die angezeigten Sequenzen angewählt werden.

Roboter und Maschine synchron im Duett

Der integrierte Roboter hat de facto Zugriff auf alle Maschinenparameter. Dies ermöglicht es, das Zusammenspiel zwischen Spritzgießmaschine und Roboter zu verbessern. Beispielsweise kann der Roboter mit der Entnahme von Spritzteilen bereits starten, bevor das Spritzgießwerkzeug die Grundstellung erreicht hat. Mit Abschluss der Öffnungsbewegung ist der Roboter bereits an der Entnahmeposition. Mit der Synchronisation der Auswerfer-Bewegung lassen sich Spritzteile zeitoptimiert entnehmen – bis hin zur fliegenden Teilentnahme. Positionsabhängige Übergabepositionen erlauben einen zeitgleichen Auswerfer-Rückzug mit der Bewegung des Roboters aus dem Spritzgießwerkzeug. Diese synchronisierten Bewegungsabläufe verringern die Taktzeiten und steigern nochmals die Produktivität der Anlage.

Kommt es auf eine hohe Präzision an, weil die Teile nach dem Spritzguss weiterbearbeitet oder Metallkomponenten in die Form eingelegt werden, bringt die Entnahme-Korrektur Vorteile. Werkzeugöffnungswege können im Millimeterbereich variieren. Ist der Roboter in die Steuerung der Spritzgießmaschine integriert, kennt er die aktuelle Werkzeugposition und kann eigenständig online die Entnahme- oder Einlegeposition korrigieren. Damit sichert der Roboter die Reproduzierbarkeit zur Erreichung der Qualitätsanforderungen seiner Kunden.

Roboteranbau in Eigenregie – wer haftet?

Werden Spritzgießmaschine und Automation unabhängig voneinander beschafft und erst vom Anwender verbunden, ergeben sich nicht nur steuerungstechnisch Nachteile. Nach geltendem EU-Recht ist der Anwender in diesem Fall der Inverkehrbringer der Gesamtanlage und trägt als solcher die Verantwortung für deren Sicherheit und Konformität. Die CE-Plakette einer Spritzgießmaschine verliert ihre Gültigkeit, sobald ein Roboter auf die Maschine gesetzt, die Maschine also modifiziert wird. Dann muss die gesamte Anlage neu geprüft und zertifiziert werden – eine gesetzliche Vorgabe, die viele Anwender nicht kennen, unterschätzen oder sogar ignorieren. Wird die Maschine dagegen inklusive Automation aus einer Hand geliefert, ist der Lieferant der Inverkehrbringer. Er übernimmt die Prüfung und Konformitätserklärung der Gesamtanlage und trägt damit auch die Verantwortung.

Das Softwaremodul Wizard führt den Anlagenbediener. Dabei muss er lediglich Ja/Nein-Entscheidungen treffen. Sind alle Fragen beantwortet, wird er durch die Positionen geführt.

Das Softwaremodul Wizard führt den Anlagenbediener. Dabei muss er lediglich Ja/Nein-Entscheidungen treffen. Sind alle Fragen beantwortet, wird er durch die Positionen geführt.Engel Austria

Nicht nur Linearroboter lassen sich in der Systemphilosophie vollständig integrieren. Dass dies auch mit Mehrachs-Industrierobotern möglich ist, belegt Engel mit der Roboter-Baureihe Easix. Für die RC 200- beziehungsweise CC 200-Steuerung macht es keinen Unterschied, ob sie die x-, y- und z-Achsen von Lineareinheiten oder die sechs Drehachsen eines Industrieroboters ansteuern. Auch die Programmierung erfolgt in der grafischen Umgebung der CC 200-Steuerung. Die zusätzlichen Bewegungsbefehle für den Roboter fügen sich in die Oberfläche der ‚erweiterten Ansicht‘ ein. Somit kann ein Bediener, der Abläufe für Linearroboter erstellt, in kurzer Zeit auch die Programmierung eines Knickarmrobotern erlernen. Optional sind die Roboter auch mit eigener Steuerung lieferbar. Sie können dann über die Euromap-67-Schnittstelle mit Spritzgießmaschinen anderer Hersteller arbeiten.

Technik im Einsatz

Flexibel automatisiert

Die Firma Ensinger bündelt die Fertigung von sechs verschiedenen Spritzgussteilen mit ähnlichen Anforderungen und Werkzeugen auf einer Anlage. Für die notwendige Flexibilität der Spritzgießmaschine sorgt ein Mehrachsroboter. Die Fertigungszelle kombiniert das Spritzgießen mit einem Fräsprozess, im Endausbau inklusive Kamerasystem zur Inline-Qualitätskontrolle und einer Verpackungsstation. Sie ist ausgelegt für die Herstellung von Gehäusen aus glasfasergefülltem Polyamid, die im Antriebsstrang von Fahrzeugen zum Einsatz kommen. „Uns war schnell klar, dass wir dieses Produkt mit seiner komplexen Geometrie und seinen hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit nicht konventionell, das heißt mit nacheinander geschalteten Fertigungsschritten wirtschaftlich würden realisieren können“, betont Reimar Olderog, Spartenleiter Spritzguss von Ensinger. Gemeinsam mit dem Automobilzulieferer, hat Ensinger einen hochautomatisierten Fertigungsprozess entwickelt. Einziger Haken: Die Losgrößen des Bauteils waren zu klein, um damit eine vollautomatisierte Anlage auszulasten und damit wettbewerbsfähige Stückkosten zu erzielen. Daher wurde der Auftrag vom Ensinger-Kunden aufgestockt: Hinzugekommen ist die Fertigung von fünf weiteren Komponenten mit ähnlichen Anforderungen. Die Stückzahlen der sechs Produkte variieren zwischen 20.000 und 400.000. In der Fertigungszelle sind kombiniert: die Spritzgießmaschine mit 200 t Schließkraft, Abkühlstation, CNC-Fräse, Teile-Reinigungsanlage, Etagenförderband und der Mehrachsroboter Easix. Letzterer übernimmt das komplette Handling der Bauteile zwischen Spritzgießmaschine, den Nachbearbeitungsstationen und dem Austaktband und passt sich dabei exakt an die Zykluszeit des Spritzgießprozesses an. Da der Mehrachsroboter ohne Euromap-67-Schnittstelle in die CC 200-Steuerung der Spritzgießmaschine integriert ist, muss sich der Anwender nicht länger in zwei unterschiedliche Bedienphilosophien einarbeiten, sondern kann mit den gewohnten Befehlen der Spritzgießmaschine auch den Roboter programmieren und steuern. Mit den steigenden Anforderungen an die Effizienz sowie der zunehmenden Integration von Prozessschritten werden weitere Mehrachsroboter folgen, ist man sich bei Ensinger sicher.

Technik im Detail

Roboterintegration mit Bewegungsfreiheit

Ein wesentlicher Aspekt bei der Integration der Linearachsen ‚Viper‘ und Industrieroboter Easix in die Steuerung der Spritzgießmaschinen war die Wahl der Kommunikationsschnittstelle zwischen den Systemen, die ähnlich den Profilen für Servoantriebe gewählt wurde. Die zyklische Vorgabe von Achswinkeln in Echtzeit durch die Steuerung bietet Flexibilität in Bezug auf künftige Erweiterungen. Es gibt keinerlei Limitierungen in Form von teachbaren Positionen, definierbaren Arbeitsbereichen oder Koordinatensystemen. Eine Überwachung des Online-Arbeitsraums und des Greifers runden das Paket in puncto Sicherheit ab. Ein einstellbares Roboterkoordinatensystem, die Definition der Lastdaten und die Parametrierung dynamischer Grenzwerte sind ebenso möglich. Basis für die Engel-spezifische Implementierung ist das KeMotion System der Firma Keba.

Die Möglichkeit, eine intelligente Fahrt in die Grundstellung zu implementieren, ist ein weiteres Feature, das bei Industrierobotern keineswegs üblich ist, aber bei Spritzgießanlagen ein absolutes Muss darstellt. Da über die Schnittstelle auch azyklische Daten über standardisierte Antriebsprofile ausgetauscht werden, war es möglich, sämtliche für das Setup notwendigen Parameter in das HMI zu integrieren. Schlussendlich ist ein System entstanden, das ohne ein zusätzliches OEM-Teachpanel über das HMI der Spritzgießmaschine den Zugang zu einem Industrieroboter bietet, ohne den Bediener mit unnötigen Informationen zu belasten.