Arbeitsüberwachung von ­Gelenkarmrobotern

Erfolgreiche ­Annäherungsversuche

SCOPE: Bei ihrer auf der diesjährigen Fakuma vorgestellten Safe-Robot-Technologie übernimmt an Stelle einer Sicherheits-SPS die Robotersteuerung die sicherheitsrelevanten Steuerungsfunktionen selbst. Bedeutet dies, dass durch die somit verkürzten Reaktionszeiten die - vereinfacht ausgedrückt - „Hülle“ aus Sicherheitssensoren nun enger um den Roboter gelegt werden kann?

Klüger: Richtig! Durch die direkte Verarbeitung der sicherheitsrelevanten Informationen kann die Reaktionszeit im Fehlerfall deutlich reduziert und damit die Nachlaufwege verkürzt werden. Im Fehlerfall, zum Beispiel dem Überfahren einer Arbeitsbereichs-Grenze, erfolgt die Bremsaktion bereits nach ungefähr fünf Millisekunden.

SCOPE: Wird dabei auch durch eine permanente Brems- und Positionsüberwachung festgestellt, dass sich der Roboter stets und vor allem verlässlich an der vorgegebenen Stelle befindet?

Klüger: Nicht ganz. Die Überprüfung der Bremsen und der korrekten Justage des Roboters erfolgt nicht permanent sondern zyklisch. Dabei wird der Bremsentest ungefähr alle acht Stunden ein Mal durchgeführt, also ein Mal pro Schicht, und der Justagetest nur nach einem Bootvorgang der Robotersteuerung oder nach einem externen Justagevorgang.

SCOPE: Wie wurde die Arbeitsbereich­überwachung bisher gehandhabt?

Klüger: Bisher wurden zur Überwachung des Arbeitsbereiches eines Roboters mechanische Hardware-Endschalter eingesetzt. Aufgrund der Einbaumaße und fehlender Befestigungsmöglichkeiten konnten mit dieser Lösung nur die Achsen 1-2-3 überwacht werden. Die elektronische Lösung ermöglicht es jetzt alle sechs Achsen des Roboters inklusive zweier Zusatzachsen zu überwachen. Darüber hinaus kann jetzt jede Achse auf bis zu neun Bereiche überprüft werden. Mit der Hardware-Lösung waren bislang nur drei Bereiche in Achse 1, zwei Bereiche in Achse 2 und ein Bereich in Achse 3 möglich. Zudem war es nicht möglich, einzelne Achsbereiche logisch miteinander zu verknüpfen, also zum Beispiel „wenn sich der Roboter in Achse 1 in einem definierten Bereich befindet, dann dürfen andere Achsen bestimmte Bereiche nicht verlassen.“

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Im Fall einer Bereichsüberschreitung sprach früher der Endschalter an. Dieses Signal wurde über Sicherheits-Bussysteme an eine Sicherheits-SPS übertragen. Diese veranlasste daraufhin die Brems-Aktion, deren Signal wiederum über das Sicherheits-Bussystem an den Roboter übertragen wurde. Nach Empfang des Signals leitete der Roboter die Stop-Aktion ein. Der gesamte Vorgang vom Auftreten des Fehlers bis zum Einleiten der Stop-Aktion im Roboter dauerte in den meisten Fällen zirka 150 Millisekunden. Während dieser Zeit bewegte sich der Roboter noch bis zu 300 Millimeter in den Schutzbereich hinein, bevor die Stop-Aktion eingeleitet wurde. Diese Nachlaufwege gingen in die Anlagenplanung mit ein und erhöhten den Platzbedarf.

SCOPE: Welche Vorteile ergeben sich jetzt mit der Safe-Robot-Technologie?

Klüger: Am bedeutsamsten ist die deutliche Reduzierung der Nachlaufwege durch eine verkürzte Reaktionszeit und der damit verringerte Platzbedarf. Hinzu kommt die einfache logische Verknüpfung einzelner Achsbereiche ohne Sicherheits-SPS und die Erweiterung der Überwachung auf die Handachsen des Roboters (Achsen 4–6) und auf Zusatzachsen (z.B. Linear-Achsen). Weitere Vorteile sind der Wegfall störanfälliger Mechanik und Endschalter und die deutliche Verkürzung der Ausfallzeiten bei Robotertausch, da Arbeitsbereiche per Software definiert werden und nicht mehr mühsam von Hand eingestellt werden müssen.

SCOPE: Was bedeutet das für die Mensch-Maschine Zusammenarbeit?

Klüger: Unsere Technologie ermöglicht den Einsatz des Roboters als „intelligenter Manipulator“. Die zweikanalig, sicher überwachte kartesische Geschwindigkeit des Roboters am Flansch und die Überwachung der Einzelachs-Geschwindigkeiten und -Beschleunigungen erlauben ein Führen des Roboters durch den Werker. Über einen Joystick direkt am Roboterwerkzeug, beispielsweise einem Greifer, kann der Werker ohne Kraftaufwand schwere Bauteile bewegen und komplexe Fügevorgänge durchführen. Damit ist es möglich, Fertigungsabläufe, die bisher rein manuell durchgeführt wurden, zu einem großen Teil zu automatisieren. Dieser angepasste, gleitende Automatisierungsgrad ermöglicht bisher nicht realisierbare Lösungen.

SCOPE: Gibt es bereits Anwendungsbeispiele?

Klüger: Wir sind mit vielen Kunden im Gespräch und einer Abklärungsphase bezüglich der Anwendungsgebiete dieser neuen Technologie. Konkrete Projekte sind der Einbau von Federbeinen, Motorhauben und Faltdächern bei Cabrios, die prozess-optimale Positionierung von Bauteilen bei erforderlicher, manueller Nacharbeit und das Teachen von Prozessbahnen und Prozesspunkten durch manuelle Positionierung des Roboters.Das Interview führte SCOPE-Redakteur Matthias Meier meier@hopp.de

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