Roboter schweißen, löten und montieren komplexe Baugruppen, lackieren, vermessen, prüfen oder handhaben Werkstücke. Sie sortieren in unregelmäßiger Folge auf Förderbändern ankommende Produkte und verpacken oder palettieren diese für den Versand. In der Qualitätskontrolle testen sie Produkte hinsichtlich Haltbarkeit und Verschleiß. Das alles können Roboter aber nur im Verbund mit ausgeklügelten Greifern sowie intelligenter Software, Sensortechnik und Vision-Systemen. Simulation steigert Effizienz und Prozess-Sicherheit Früher erforderte der Einsatz von Industrierobotern eine Vielzahl von Spezialisten mit profunden Kenntnissen diverser Roboter-Programmiersprachen. Das Bild änderte sich mit dem Aufkommen bedienerfreundlicher Simulationsprogramme. Heute verifizieren Anwender die Fertigungsfähigkeit neuer Teile sowie das reibungslose Zusammenspiel zwischen Robotern und peripheren Maschinen oder Anlagen bereits während der Konstruktionsphase am PC. Etwaige Kollisionsrisiken und andere Engpässe lassen sich so rechtzeitig erkennen und beseitigen, ohne auch nur eine reale Komponente fertigen zu müssen. Ein weiterer Vorteil ist das Erstellen und Testen neuer Applikationsprogramme im Offline-Modus. Unabhängig davon und zeitgleich kann der Roboter ohne Unterbrechung seine Tätigkeit fortsetzen. Weiter lassen sich neue Mitarbeiter schnell und ohne Risiko am virtuellen Modell in die Bedienung der Roboterzellen einarbeiten. ABB stellt hierfür das Programmpaket RobotStudio zur Verfügung. Es ermöglicht realitätsnahe Simulationen mit echten Roboter-Applikationsprogrammen anhand virtueller Arbeitsumgebungen. Das Programm basiert auf dem VirtualController des Roboterherstellers, einer exakten digitalen Kopie der realen ABB-Robotersteuerung IRC5 mit all ihren Funktionen für optimierte Roboterbewegungen. So können Anwender in RobotStudio beispielsweise die Funktion MultiMove realitätsnah simulieren, um die Bewegungen kooperierender Roboter zu optimieren. Mit dem Modul ScreenMaker können Anwender unterschiedliche Benutzeroberflächen für das Bediengerät FlexPendant erstellen. Die Funktionsbibliothek mit Smart Components vereinfacht dabei das Konfigurieren komplexer Anwendungen. Das schließt auch die Integration von Greifwerkzeugen und die Synchronisation des Roboters mit peripheren Fördereinrichtungen ein. Smart Components sind vorprogrammierte Komponenten wie Förderbänder, Positionierer oder Werkstücke. Sie lassen sich mit Eigenschaften belegen, die ihre Bewegungsmöglichkeiten definieren und zu komplexen Bau- oder Funktionsgruppen zusammensetzen. Weiter können Anwender auch eigene Smart Components entwickeln und in die Bibliothek einbinden. Neue Perspektiven der Automatisierung Da Industrieroboter immer komplexere Aufgaben übernehmen, steigen auch die Anforderungen an die Steuerungstechnik. Deshalb hat ABB seine Robotersteuerung IRC5 mit der flexiblen und skalierbaren speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) AC500 kombiniert. Beide Steuerungen können die Funktion \’Leading\‘ oder \’Trailing\‘ übernehmen und die Funktionen des jeweils anderen Systems aktivieren. Die Integration der SPS in die IRC5 erschließt letzterer die gesamte Vielzahl der SPS-gesteuerten Automation. Dazu zählen das zyklische Verarbeiten von digitalen Ein- und Ausgängen sowie die Ansteuerung weiterer Hilfsachsen und Antriebe. Umgekehrt kann die SPS in der Leading-Funktion Roboter Aufgaben ausführen lassen, die mit üblicher SPS-Technik nur schwer umzusetzen sind. Hierzu ein Blick in die Praxis: Seit Anfang 2011 ist bei Conergy ein Tape-Roboter von ABB zum Auftragen von doppelseitigem Klebeband im Pilotbetrieb. Die IRC5-Robotersteuerung mit integrierter SPS AC500 sichert dabei eine effektive Modulproduktion. Mit ihr ist es möglich, bei laufender Applikation ein Acrylatschaum-Klebeband vollautomatisch auch in den Ecken der Photovoltaiklaminate ohne große Überlappungen oder Spaltmaße aufzubringen. Die Roboterzelle enthält u.a. zwei Industrieroboter Modell IRB 6640 mit Sauggreifern und eine IRC5-Steuerung mit integrierter SPS AC500 zur Ansteuerung des Tape-Applikators der Roboterzelle. Die SPS AC500 steuert Komponenten des Tape-Applikators wie das Abspulgerät für das Klebeband, die Stanzeinheiten mit Servomotoren MU10, Umlenk- und Andrückrollen, die Ventile des Systems und die Benetzungseinheit. Die IRC5 wiederum steuert den Roboter, der das Laminat an dem Applikator entlang führt um das Klebeband umlaufend auf die vier Stirnseiten aufzubringen. Parallel dazu zieht ein sogenannter Splicer die Schutzfolie des Klebebands ab. An den Ecken des laminierten Moduls angelangt, stanzt eine Vorrichtung Material aus dem Band heraus, damit dieses sich passgenau ohne Lücken oder Überlappungen um die Ecke legen lässt. Die Robotersteuerung IRC5 übernimmt die Kontrolle über die Stanzmesser des Applikators für das Ausstanzen der Eckschlitze und zum Kappen des Klebebands. Die exakte Bahnplanung des Roboters stellt sicher, dass die Schnitte an der richtigen Stelle erfolgen. Bevor der IRB 6640 das Modul an die Rahmungsstation übergibt, fährt er noch eine Benetzungseinheit an, die das Band fest andrückt und befeuchtet. Sichere Mensch-Roboter-Kooperation Bisher gilt für den sicheren Umgang mit Robotern eine einfache Grundregel: Die Arbeitsräume von Mensch und Roboter sind durch Sicherheitswände (Sicherheitszäune, Rolltore, virtuelle überwachte Trennwände, Übergabeschleusen und dergleichen) verlässlich voneinander zu trennen. Werker dürfen nur für Umrüst- oder Wartungsarbeiten in die Roboterzelle. Dazu müssen die Roboter allerdings abgeschaltet sein bzw. sich im Handbetrieb befinden. Entsprechend sind die Eingangsbereiche über Sensoren, Endschalter und Lichtschranken abgesichert. Doch diese strikte Trennung genügt nicht mehr den Anforderungen, die der Markt heute an produzierende Unternehmen stellt. Hier sind flexiblere Arbeitsplätze mit variabler Aufgabenverteilung zwischen manueller und robotergestützter Arbeit gefragt, kurz MRK (Mensch-Roboter-Kooperation). Und dazu benötigt man intelligente Sicherheitskonzepte. Eine Lösung ist SafeMove von ABB: SafeMove ist ein integriertes Soft- und Hardwaresystem, das die internationalen Sicherheits-Standards erfüllt. Es bietet diverse Funktionen zur Realisierung von neuartigen Sicherheitskonzepten und ermöglicht so eine enge Zusammenarbeit von Anlagenbediener und Roboter. Dazu verwendet SafeMove u.a. geometrische Begrenzungen und Geschwindigkeitsbeschränkungen während des Betriebes. Die Begrenzung der Roboterbewegung auf das für die Applikation erforderliche Maß reduziert zudem den Platzbedarf von Roboterzellen. Weitere Sicherheitskonzepte, z.B. manuelle Übergabe- oder Bestückungsstationen, lassen sich durch Geschwindigkeitsbeschränkungen oder sicheren Stillstand erzielen. Weiter reduziert SafeMove aufgrund seiner intelligenten Funktionen den Aufwand an elektromechanischen Sicherheitskomponenten wie Sicherheitsrelais, Positionsschaltern oder Schutzgittern und dergleichen. Das spart Investitions-, Installations- und Instandhaltungskosten. Zu diesen Funktionen zählen \’sichere Werkzeugzone\‘, \’sicherer Achsbereich\‘, \’sichere Geschwindigkeit\‘ und \’sicherer Stillstand\‘. \’Sichere Werkzeugzone\‘ ist eine frei definierbare dreidimensionale Arbeitszone zum Begrenzen der Roboterbewegungen sowie der Orientierung der Werkzeuge. \’Sicherer Achsbereich\‘ wiederum ersetzt elektromechanische Positionsschalter und reduziert so den Aufwand für Installation und Instandhaltung. Die Funktion steuert zudem bis zu neun Achsen – sowohl Roboterachsen, als auch Zusatzachsen von beispielsweise Positionierern. \’Sichere Geschwindigkeit\‘ bzw. \’sichere Achsgeschwindigkeit\‘ überwachen die als sicher definierte vorgegebene Geschwindigkeit des Werkzeugarbeitspunktes und der Roboterachsen. Das ermöglicht Anlagenbedienern ein gefahrloses Arbeiten in unmittelbarer Nähe des Roboters. \’Sicherer Stillstand\‘ letztlich überwacht den Stillstand der Roboterachsen, ohne dass ein Abschalten der Roboterantriebe erforderlich ist, während der Werker am Roboter, anderen Zellenkomponenten oder Werkstücken arbeitet. Vorteile sind verkürzte Zykluszeiten und weniger Verschleiß von Schaltern und Bremsen. Ein Forschungsprojekt für MRK ist das Schweißen schwerer Baugruppen, wobei der Mensch die Schweißarbeiten ausführt und der Roboter die Rolle des Positionierers übernimmt. Die von ABB entwickelte Software SafeMove unterstützt das Steuern des Roboters. Während der Mensch schweißt, hat er jedoch ein eingeengtes Sichtfeld. Wenn der Roboter in dieser Zeit das Teil bewegt um es in die bestmögliche Position zu drehen, ist ein Kontakt mit dem Schweißer nicht auszuschließen. Damit das wiederum gefahrenfrei erfolgt, muss die Steuerung des Roboters Leistung und Kraft situationsspezifisch und in Echtzeit begrenzen können. Damit steigen die Anforderungen an die sensorische Erfassung der Arbeitsbereiche, an die sicherheitsgerichtete Logik und an intelligente Software. Ausblick: Hand in Hand arbeiten mit dem ABB Konzeptroboter Der mit dem Red Dot Award ausgezeichnete zweiarmige Konzeptroboter von ABB zur Montage von Kleinteilen ist mit seinen 14 Achsen äußerst beweglich. Er lässt sich mit flexiblen Greifern, kamerabasierter Teilelokalisierung und der neuesten Robotersteuerung ausstatten. Seine Leichtbauweise und intelligente Sensortechnik ermöglichen es ihm, mit Menschen Hand in Hand zu arbeiten. In Sachen Flexibilität verspricht er neue Anwendungen. So lassen sich die Roboter-Prototypen als tragbare Einheiten bequem transportieren und mit geringem Installationsaufwand an unterschiedlichen Arbeitsplätzen installieren, um dort neue Montageaufgaben zu übernehmen. Der Konzeptroboter und die mit ihm realisierten Technologien zeigen Perspektiven auf, welche Lösungen zukünftig realisierbar sind.
ABB Automation GmbH
