Kollaborierende Roboter heben schwere Gegenstände oder übernehmen monotone, einseitig belastende Aufgaben, wie das wiederholgenaue Anreichen von Teilen. Damit entlasten sie den Werker und schonen seine Gesundheit. Auch für bahngesteuerte Tätigkeiten, die ein Mensch entweder nicht so präzise, dauerhaft oder schnell und sicher ausführen kann wie eine Maschine, bieten sie sich an. Dazu zählt beispielsweise das Eindrehen besonders filigraner Schrauben oder das Realisieren von Niet- oder Klebeverbindungen. Zudem leisten die kleinen Roboter wertvolle Dienste in Zeiten des Fachkräftemangels; fehlt es doch in vielen Bereichen an qualifizierten Mitarbeitern. So sind beispielsweise gut ausgebildete und erfahrene Schweißer, die präzise Schweißverbindungen herstellen können, nur noch schwer zu finden. Für Cobots ist das – einmal angelernt – kein Problem.
Lineartechnik und Hubsäulen für mehr Bewegungsspielraum
Damit ein kollaborierender Roboter erfolgreich arbeiten kann, sollten vor der Anschaffung einige grundlegende Fragen beantwortet werden. Dazu zählt neben der eigentlichen Aufgabenstellung auch die Frage nach dem Aktionsradius und – daraus resultierend – nach der erforderlichen Anzahl der Antriebsachsen. Dabei lässt sich der Bewegungsspielraum des Cobots auf einfachstem Weg mithilfe von Linearachsen und elektrischen Hubsäulen erreichen. Wie komplex dabei Installation und steuerungstechnische An- beziehungsweise Einbindung in das Produktionsumfeld sein werden, gibt die Aufgabe des Roboters vor. Zudem muss neben der Sicherheit des Cobots an sich auch die Sicherheit sämtlicher Achsen im Sinne der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG gewährleistet sein; schließlich haftet der Betreiber persönlich.
Zu den komplexeren Anwendungen von kollaborierenden Robotern, die hohe Anforderungen an zuverlässige Wiederholgenauigkeit und dauerhafte Präzision stellen, zählen unter anderem anspruchsvolle Schweißarbeiten. Eine solche Cobot-Lösung mit großer Reichweite in drei Dimensionen entwickelte das Fraunhofer IEM in Paderborn mit Unterstützung der RK Rose+Krieger GmbH aus Minden. Bei der Konzeption eines robotergestützten Handling- und Bearbeitungssystems zum Schweißen zylindrischer Stahltanks übernahm das Team des Fraunhofer IEM Konzeption und Realisierung der Roboterapplikation inklusive der Steuerungs- und Benutzerschnittstellen-Programmierung, der Integration fortschrittlicher Regelungsansätze und des elektrischen Aufbaus. Die Mindener entwickelte die Lösung zur kugelförmigen Erweiterung des Arbeitsbereichs des Schweiß-Cobots – das Raumportal – auf Basis seines Profil- und Lineartechnik-Baukastens.
Lineartechnik – Synchronisierte Bewegungsachsen erweitern den Arbeitsbereich
Das Grundgerüst des Raumportals besteht aus Blocan-Aluminiumprofilen unterschiedlicher Baugrößen. Es kann auf zwei parallel angeordneten, zahnriemengetriebenen Linearachsen vom Typ RK DuoLine Z 80 Protect über eine Strecke von 1.500 mm in der Horizontalen verfahren werden. Zwei weitere, ebenfalls parallel verlaufende RK DuoLine Z 80 Protect bilden die Z-Achse des Raumportals. Sie bewegen eine Rollenführungs-Linearachse vom Typ RK MonoLine Z120 vertikal über 1.500 mm. An dieser Linearachse ist der Cobot mit der Bearbeitungseinheit montiert. Das Raumportal erweitert den Arbeitsbereich des kollaborierenden Roboters (Durchmesser max. 2.650 mm) um den ansonsten nicht erreichbaren zylinderförmigen Bereich über- und unterhalb seiner Basis. Damit kann er innerhalb der gesamten Portalstruktur ohne jegliche Einschränkung agieren. Die Baugröße von Portal und Achsen lässt sich individuell an die Größe des Cobots und die Anforderungen der jeweiligen Anwendung anpassen.
Für das synchrone Verfahren aller Achsen führten die Spezialisten des Fraunhofer IEM die sechs Achsen des Industrieroboters mit den drei Achsen des Raumportals in einer Industriesteuerung zusammen. Für eine reibungslose Kommunikation zwischen Cobot und Raumportal sorgen dabei intelligente Sensoren und Algorithmen. Das Ergebnis sind synchronisierte Bewegungen von Portal und Roboter sowie die einfache Anpassung des Systems an sich ändernde Anwendungsszenarien ohne aufwendige Umbau- und Rüstarbeiten. Zudem werden Abweichungen der Bauteile von der ursprünglichen CAD-Konstruktion etwa aufgrund von Materialschwankungen oder Schweißverzug während des Prozesses sensorbasiert kompensiert. Zusätzliche positive Nebeneffekte ergeben sich aus der Steifigkeit des Raumportals, die eine hohe Präzision beim Einsatz des Werkzeugs garantiert, und den im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern deutlich geringeren Kosten.
Lineartechnik – Optimierte Montage
Bei „einfacheren“ Cobot-Lösungen steht häufig die Arbeitsplatzergonomie im Vordergrund. Auch in diesen Fällen lässt sich der Aktionsradius der kleinen Roboter mit Lineartechnik aus dem Produktprogramm der Lineartechnik-Spezialisten erweitern. So können sie mithilfe von Hubsäulen wie dem Powerlift Z elektrisch in der Höhe verstellt werden (Y-Achse). Linearachsen aus der RK-MonoLine- oder RK-DuoLine-Baureihe verfahren sie zusätzlich auf der X- und Z-Achse und erweitern so ihre Reichweite im Raum, beispielsweise um mehrere Arbeits- oder Ablageplätze miteinander zu verknüpfen. Denkbar ist auch, den Cobot zusätzlich auf eine Drehvorrichtung zu montieren und ihn so um die Y-Achse rotieren und damit an verschiedenen Orten arbeiten zu lassen. In Verbindung mit höhenverstellbaren Arbeitsplätzen, wie dem RK Easywork, und Pick-to-light-Systemen eröffnet dies ganz neue Montagekonzepte.
Der RK-Easywork-Montagarbeitsplatz ist besonders attraktiv für Klein- und Mittelserien, deren Nutzung nicht dauerhaft festgesetzt ist. Ausgerüstet mit Multilift II-Hubsäulen für die elektrische Höhenverstellung ist der robuste Arbeitstisch dank seines Baukastensystems auch nach Jahren erweiterbar und in seiner Funktionalität veränderbar. Kombiniert man ihn in der Bauteilmontage mit einem per Linearachse und Hubsäule mobilisierten Cobot sowie einem Setago-Pick2Light-System, erhält man einen sicheren, kollaborativen, ergonomischen und 100% fehlerfreien Montagearbeitsplatz.
Die aus der Intralogistik und Kommissionierung stammende Pick2Light-Anwendung wird immer häufiger in produzierenden Unternehmen zur Unterstützung der Mitarbeitenden eingesetzt. Sie gibt dem Werker über ein grünes Licht vor, welches Teil er aus welchem Bereitstellungskasten nehmen und montieren muss und führt ihn so durch den Montageprozess. Bei Fehlgriffen leuchtet das Licht rot. Jeder Arbeitsschritt wird vorgegeben und nach Durchführung bestätigt. Dies erfolgt entweder über einen Sensor, der die Entnahme des richtigen Teils überwacht oder durch Bestätigung mittels Taste oder Fußschalter. Auf diese Weise können insbesondere bei hoher Variantenvielfalt Produktionsfehler in der Bauteilmontage vermieden werden.
Lineartechnik erweitert Aktionsradius von Cobots
Ob einfache Handlingunterstützung oder komplexe Bauteilbearbeitungen – kollaborierende Roboter übernehmen zuverlässig schwere oder monotone Arbeiten, die einen Menschen auf Dauer zu stark belasten. Sie arbeiten präzise und wiederholgenau ohne zu ermüden und tragen damit zu einer Fehlervermeidung bei. Die intelligente Verknüpfung mit Lineartechnik erweitert ihren Aktionsradius um ein Vielfaches. (jg)
Mehr Informationen zum Thema Lineartechnik von RK Rose+Krieger:
Kontakt:
RK Rose+Krieger GmbH
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Tel. +49 571 9335–0
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