Integration der Roboter in das Automatiserungssystem

Roboter deeply embedded: Nach der Zusammenlegung von B&R mit der Roboter-Sparte von ABB in eine Business Unit ist die Integration der Roboter in das Automatiserungssystem nur logisch. (Bild: B&R)

Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Roboter-Integration spart separaten Schaltschrank nebst Steuerung und Achscontroller
  • Aufwendige Programmierung reduziert sich auf Software-Parametrierung
  • µs-genaue Synchronisation steigert Effizienz und Präzision der Maschinen
  • Maschinensteuerung und
  • Roboter aus einer Hand

Der Druck auf Maschinenbauer wächst. Um auf dem Markt bestehen zu können, müssen ihre Maschinen flexibler, produktiver und kosteneffizienter werden. Was auf den ersten Blick widersprüchlich klingt, lässt sich mit Robotern verwirklichen. Der einzige Haken daran: Roboter erfordern bei der Programmierung üblicherweise viel Aufwand und sind schwierig in eine Maschinen­automatisierung zu integrieren – ganz zu schweigen vom Platzbedarf für die separate Steuerung und Antriebstechnik. Denn bisher waren Roboter völlig unabhängig von der restlichen Maschinenautomatisierung. Auch deswegen sind sie als integraler Bestandteil von Maschinen aktuell nur in Einzelfällen anzutreffen. In großen Produktionsstraßen in der Automobilindustrie gehören sie dagegen seit Jahrzehnten zum Alltag. Hier wird auch heute noch in Großserien gedacht, automatisiert und produziert, während die Kunden der Maschinenbauer immer kleinere Chargen und unterschiedliche Formate
effizient produzieren müssen.

Zwei bislang unabhängige Systeme…

Innovative Maschinenbauer haben daher schon vor einigen Jahren begonnen, ihre Maschinen flexibler zu machen, indem sie Roboter direkt in den Maschinenprozess integrieren – jedoch verbunden mit einem hohen Aufwand. Trotzdem war und ist die erreichbare Synchronisierung zwischen Prozess und Roboter nicht befriedigend. Die Ursache ist seit langem bekannt, wurde aber nie wirklich in Angriff genommen: Das Problem liegt in der separaten Steuerung und dem getrennten Schaltschrank für den Roboter. Wie bei komplett eigenständigen Systemen üblich, laufen dann Engineering, Diagnose und Wartung separat. Die Kommunikation mit der Maschinensteuerung muss über eine Schnittstelle erfolgen – häufig sogar hartverdrahtet. Die Konsequenz liegt auf der Hand: Eine sinnvolle Integration der Robotik in eine Maschine ist nur möglich, wenn diese beiden Systeme verschmelzen.

…werden zu einem

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Machine-Centric Robotics kombiniert unser Wissen mit ABB-Robotern

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Redaktion IEE

B&R läutet die nächste Produktivitäts- und Flexibilitätswelle im Maschinenbau ein. Nach Track-System und integrierter Bildverarbeitung sorgt die maschinen-integrierte Robotik für weiteren Schub. Über die Vorteile einer konzerneigenen Roboterfamilie für Maschinenbauer sprach die Redaktion mit Markus Sandhöfner, Geschäftsführer B&R Deutschland.

B&R und ABB haben die Disziplinen Robotik und Maschinenautomatisierung nun fusioniert, so dass die Roboter künftig als integraler Bestandteil des Automatisierungssystems zur Verfügung stehen. Die Roboter verhalten sich beim Engineering und im Betrieb genauso wie jede andere Automatisierungskomponente von B&R. Für den Maschinenentwickler macht es keinen Unterschied, ob er eine Einzel-Achse oder einen Roboter in seine Maschine implementiert – Tools und Engineeringumgebung sind die gleichen. Maschinenbauer können dabei aus Knickarm-, Scara-, Delta- und Palettierrobotern in unterschiedlichen Größen und Nutzlasten wählen.

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Maschinenbauer können aus Knickarm-, Scara-, Delta- und Palettierrobotern in unterschiedlichen Größen und mit unterschiedlichen Nutzlasten wählen B&R

Gewohnte Umgebung

Durch Machine Centric Robotics entfällt die Notwendigkeit einer eigenständigen Robotersteuerung, eines separaten Schaltschranks und eines Spezialisten, der eine der spezifischen Robotiksprachen beherrscht. Dem Anwender stehen sämtliche Methoden zur Verfügung, die er von der Maschinenprogrammierung kennt, zum Beispiel Kontaktplan, Strukturierter Text und C/C++.

Um die Integration von ABB-Robotern in die Maschinenautomatisierung weiter zu erleichtern, stehen vorkonfigurierte Softwarebausteine zur Verfügung. Mit diesen lassen sich Robotikapplikationen einfach erstellen: Die Anwendung mapp Robotics umfasst neben Standardfunktionen zur Steuerung und Inbetriebnahme auch fortgeschrittene Funktionen wie Feed-Forward, Kompressor und Arbeits­bereichsüberwachung. So kann der Anwender komplexe und hochdynamische Applikationen umsetzen, ohne zahllose Zeilen an Programmcode zu schreiben. Die Entwicklungszeit wird entsprechend deutlich verkürzt.

Warum sich Roboter und Werkstücktisch bereits während der Bearbeitung bewegen können, lesen Sie auf Seite 2.

Das einfachere Handling einer Robotikapplikation ist ein entscheidender Vorteil der Verschmelzung von Machine Centric Robotics. Wesentlich ist auch die Möglichkeit, Roboter mit den anderen Abläufen einer Maschine mit einer bisher unerreichten Präzision zu synchronisieren. Das wird erreicht, da es weder getrennte Hardware, noch ein getrenntes Netzwerk noch getrennte Applikationen gibt. Die Tatsache, dass sämtliche Achsen und Sensoren in einem gemeinsamen Netzwerk kommunizieren, erhöht die Genauigkeit auf Zeiträume im Mikrosekundenbereich.

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Wie jede andere Automatisierungskomponente sind die Roboter vollständig in das Automatisierungssystem integriert. B&R

Gleichzeitige Bearbeitung

Während es bisher üblich war, dass ein Werkstück – zum Beispiel auf einem Werkstücktisch – in Position gebracht wurde und erst nach dem Stillstand und Arretierung des Tisches der Roboter mit der Bearbeitung begonnen hat, sind nun ganz andere Vorgehensweisen möglich: Roboter und Werkstücktisch können sich bereits während der Bearbeitung bewegen. Denn die Maschinenapplikation kann die optimalen Bewegungsprofile des Tisches und des Tool Center Points errechnen, wodurch die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt werden kann. Dementsprechend steigt die Produktivität. Das gleiche Prinzip gilt, wenn ein Roboter mit einem Track-System kombiniert wird: Der Roboter bearbeitet ein Werkstück, während es sich auf dem Track bewegt. Der Track beziehungsweise der Shuttle ist in diesem Fall einfach nur eine zusätzliche Achse, die bei der Berechnung des Bewegungsprofils zu berücksichtigen ist.

Synchronisierung mit Sensoren

Auch die Synchronisierung zwischen Sensoren und Roboterbewegung vereinfacht sich. So kann das Ergebnis einer Qualitätsüberprüfung mit einer Vision-Kamera von B&R in unter einer Millisekunde in einen Befehl für den ABB-Roboter umgesetzt werden. Dieser entfernt gegebenenfalls ein fehlerhaftes Werkstück aus dem Produktionsprozess – ohne manuellen Eingriff oder eine Verlangsamung des Prozesses. Dieses synchronisierte Vorgehen kann die Produktivität einer Maschine nochmals deutlich erhöhen. Ebenso stehen auch die vielfältigen Simulationsmöglichkeiten des B&R-Systems für die Robotik zur Verfügung. So kann der Anwender den kompletten Bewegungsablauf einer Maschine inklusive Robotik anhand eines digitalen Zwillings simulieren und optimieren, bevor die Maschine überhaupt gebaut wurde. Dadurch sinken Entwicklungsdauer und -kosten nochmals.

Sebastian Brandstetter

Produktmanager für integrierte Robotik bei B&R in Eggelsberg

(sk)

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