Software

Digital-Prototyping-Konzept erleichtert Anlagenprogrammierung

Auf Basis des Zusammenspiels der Autodesk-Lösungen Inventor und 3ds Max entwickelte der Roboterspezialist Igm eine Offline-Teaching-Lösung, mit der sich die Anlagen für die Lichtbogenschweißung am Bildschirm programmieren lassen. Der Anwender kann auf diese Weise die Stillstandszeiten zur Programmierung der Steuerung um rund 90 Prozent senken. 3ds Max liefert auf der Grundlage der 3D-Inventor-Daten eine hinsichtlich Verfahrwegen, Bewegungsmöglichkeiten und Geschwindigkeiten der einzelnen Anlagenkomponenten exakte Visualisierung.
Mit dem Programmierhandgerät K5 lassen sich alle Funktionen des Roboters ohne zusätzliche Tastatur steuern. 3ds Max zeigt – basierend auf den 3D-Daten des CAD-Systems Inventor – die jeweilige Bewegung am Bildschirm an.

Die österreichische Igm Robotersysteme AG entwickelt Roboter speziell für die Lichtbogenschweißung. Das Unternehmen konstruiert die Systeme und sucht parallel dazu nach effizienten Wegen, die Roboter zu programmieren und zu steuern. Dabei setzt man auch auf das Digital-Prototyping-Konzept von Autodesk. „Die 3D-Konstruktionslösung Autodesk Inventor bietet uns alle Funktionen, die wir für die Entwicklung unserer Robotersysteme benötigen“, berichtet Martin Wihsbeck, Marketing Manager bei Igm. Man könne alle Aspekte – von der Konstruktion über die Mechatronik bis hin zu Analysen – mit der Software abdecken. „Zudem ermöglicht uns das 3D-Modell ein besseres Verständnis der Anlage, Fertigung und Montage können sich dann zu 100 Prozent daran orientieren.“

Gerade dieses Verständnis der Anlagen ist sehr wichtig, da der Spielraum für Fehler in der Konstruktion sehr gering ist und reale Prototypen finanziell nicht realisierbar sind. Denn Robotersysteme bestehen aus zahlreichen Modulen; Roboterarme, Manipulatoren, Vorrichtungen, Schlittensysteme, Fahrbahnen und Säulen müssen aufeinander abgestimmt werden. Und das bei Systemen, deren Fahrbahnen bis zu 100 m lang sind und deren Manipulatoren eine Tragkraft von bis zu 40 t besitzen.

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Die Konstrukteure arbeiten bereits seit mehreren Jahren mit Autodesk Inventor und wechseln immer auf die aktuellste Version. Als besonders hilfreich empfinden sie die Analyse- und Simulationsfunktionen in der aktuellen 2011er Version. Gerade angesichts der hohen Tragfähigkeit der Werkstückmanipulatoren werden vor allem statische und dynamische Berechnungen durchgeführt. „Die Produktsimulation ermöglicht uns die Optimierung und Validierung der Leistung noch vor der Fertigung“, fährt Martin Wihsbeck fort. „Dabei bietet der Inventor intuitive, eng integrierte Werkzeuge für Belastungs- und Spannungsanalysen sowie Bewegungssimulationen, mit denen wir die Funktionsweise der Robotersysteme unter realistischen Bedingungen testen können.“ Dadurch entstünden deutlich weniger Fehler. Da die Simulationswerkzeuge Bestandteil der 3D-Konstruktionsumgebung sind, lässt sich die Simulation praktisch und kosteneffektiv im gesamten Konstruktionsprozess einsetzen.

Effektive Anlagenprogrammierung und -steuerung

Doch das Digital-Prototyping-Konzept geht noch einen Schritt weiter. Die Roboteranlagen fahren vollautomatisch. Bevor dies der Fall ist, müssen die Schrittprogramme jedoch über das Programmierhandgerät erstellt und getestet werden. Dieser Prozess nimmt einige Zeit in Anspruch, und nicht immer ist der gefundene Programmablauf die beste Wahl, um das Potenzial der Anlagen auszuschöpfen. Deswegen haben die Igm-Ingenieure das Programmierhandgerät K5 entwickelt. Alle Funktionen des Roboters können ohne zusätzliche Tastatur durch das K5 gesteuert werden. Die Bewegungsabläufe werden einfach per Joystick und die jeweiligen Bedienelemente auf dem Handgerät programmiert, so dass die Anlage ihren Betrieb aufnehmen kann.

Die Programmierung wird durch erfahrene Schweißer vorgenommen, die einerseits für den Umgang mit der Roboterbedienung geschult werden und andererseits schweißtechnisches Know-how besitzen, das in die Erstellung der Arbeitsprogramme einfließt. Zudem hat Igm über die Jahre Softwaretools in der Robotersteuerung entwickelt, die die Programmierung beschleunigen. Doch das war den Konstrukteuren noch nicht genug. „Wir haben nach einem Weg gesucht, die Anlagen einfach und schnell – auf Basis der Robotersteuerung – offline zu programmieren, um unseren Kunden einen größeren Nutzen bieten zu können“, erläutert Wihsbeck. Denn um die Anlage für neue Werkstücke zu programmieren, muss die Produktion unterbrochen werden – und jeder Ausfalltag verursacht Kosten. Die Lösung brachte hier die Autodesk-Software 3ds Max.

Durch das Zusammenspiel von Inventor und 3ds Max konnte das Unternehmen eine Offline-Teaching-Lösung entwickeln. Dafür werden die 3D-Daten aus Inventor in 3ds Max importiert und im Sinne einer flüssigen Bewegungsdarstellung am Bildschirm zum Teil stark vereinfacht. Ergebnis ist eine hinsichtlich Verfahrwegen, Bewegungsmöglichkeiten und Geschwindigkeiten der einzelnen Anlagenkomponenten exakte Visualisierung. Der Fokus der Detaildarstellung liegt auf den Robotern, den Vorrichtungen und dem Werkstück selbst. Säulen, Fahrbahnen und andere, für die Bewegung und Kollisionbetrachtung irrelevante Teile, werden nur rudimentär dargestellt. Durch eine Schnittstelle zur originalen Robotersteuerung, die auf dem Offline-PC läuft, bedient der Programmierer die Roboter am Bildschirm mit dem Roboter-Programmierhandgerät K5 wie an der realen Anlage.

„3ds Max kam uns dabei sehr entgegen, da es schnelle Renderings in einer sehr guten Qualität erstellt“, fährt Martin Wihsbeck fort. „Der Programmierer hat daher das Gefühl, die reale Anlage zu bedienen.“ Zudem ermögliche es die Architektur von 3ds Max, die Software leicht zu modifizieren und an die jeweiligen Bedürfnisse anzupassen. Während die Produktion weiter läuft, haben die Programmierer also genügend Zeit, neue Abläufe zu testen und festzulegen. Kollisionsüberprüfungen und Zugänglichkeitstests können durchgeführt werden. Dadurch wird die Anlage optimal auf zukünftige Anforderungen abgestimmt. Zudem muss die Produktion während dieser Phase nicht angehalten werden.

Intuitive Bedienung war mit kaufentscheidend

Auch in punkto Sicherheit bietet die Offline-Programmierung Vorteile, da die Arbeiten direkt an der Anlage auf ein Minimum reduziert werden und somit weniger Unfälle passieren. Nachdem die Programmierung in 3ds Max abgeschlossen ist, werden die Daten gesichert und auf die Robotersteuerung übertragen. „In der Regel müssen die Programme an der Anlage dann nur noch minimal optimiert werden, so dass wir rund 90 Prozent der früheren Stillstandszeit einsparen.“

Igm hat sich auch deshalb für 3ds Max entschieden, da es leicht zu erlernen und zu bedienen ist. Denn im Offline-Teaching-Paket verkaufen die Österreicher die modifizierte Version von 3ds Max direkt an ihre Kunden weiter, damit diese ihre Anlagen selbst offline programmieren können. „3ds Max ist sehr intuitiv und unsere Kunden müssen für den Zweck der Offline-Programmierung mit dem Programmierhandgerät nur die Basics von 3ds Max erlernen“, so Wihsbeck abschließend. „Die hervorragende Dokumentation und der sehr professionelle Autodesk-Support helfen schnell, sollten dennoch Probleme auftreten.“ Zudem sei die Arbeit in einer 3D-Umgebung heute Standard. „Das sah vor zehn Jahren noch ganz anders aus. Letztendlich konnten wir dieses Angebot nur entwickeln, weil sich 3D immer mehr etabliert hat und Autodesk erschwingliche Lösungen mit sehr viel Funktionalität auf den Markt gebracht hat.“ Das hat auch die Kunden von Igm überzeugt. Bereits über 100 Robotersysteme wurden zusammen mit der Offline- Teaching-Lösung weltweit verkauft – Tendenz steigend. -co-

Autodesk GmbH, München Tel. 0180/5225959, http://www.autodesk.de

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