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Prozesse automatisiert

Bauteile flexibel entgraten

Das Entgraten war beim US-Unternehmen Greene Tweed aufgrund des eingesetzten Verbundstoffes sehr zeitaufwendig. Eine dafür entwickelte Roboterzelle konnte diesen Prozess nun automatisieren. Das Besondere: Die Zelle lässt sich je nach Bauteil anpassen.

Greene Tweed generiert komplexe Bewegungspfade mit ArtiMinds RPS. Da unterschiedliche Werkzeuge für das Abtragen von Material verwendet wurden, mussten die Pfade auch auf die jeweiligen Szenarien übertragbar sein. (Bild: ArtiMinds Robotics GmbH)

Greene Tweed generiert komplexe Bewegungspfade mit ArtiMinds RPS. Da unterschiedliche Werkzeuge für das Abtragen von Material verwendet wurden, mussten die Pfade auch auf die jeweiligen Szenarien übertragbar sein. (Bild: ArtiMinds Robotics GmbH)

Das US-amerikanische Unternehmen Greene Tweed produziert Thermoplast- und Verbundwerkstoffkomponenten in kleinen Chargen. Aufgrund der Variantenvielfalt setzt das Unternehmen auf Automatisierungslösungen, die unterschiedliche Oberflächenbearbeitungsaufgaben ermöglichen. Mit dem Ziel, die eigenen Herstellungsprozesse weiter zu verbessern, entstand die Idee, eine neue Roboterzelle zu entwickeln und zu integrieren. Dadurch sollte sich das Entgraten für Bauteile aus dem Verbundwerkstoff Xycomp flexibler und effizienter gestalten.

Robotergestütztes Entgraten

Xycomp ist ein haltbarer und leichter thermoplastischer Verbundwerkstoff. Er kann in eine Vielzahl komplexer Formen geformt werden. Daher kommt er vor allem in der Luft- und Raumfahrt als Ersatzstoff für Metall zum Einsatz. Seine Langlebigkeit und Formbarkeit macht den Stoff zwar zu einem idealen Material für den Zielmarkt, führt jedoch auch zu geometrisch komplexen Kanten mit scharfen Graten, die sich nur schwer gleichmäßig entfernen lassen. Bei kleinen Formteilen entfernt Greene Tweed die Grate daher zweistufig -sowohl in einem maschinellen als auch einem manuellen Schritt. Zunächst greift ein Cobot das Teil und entfernt die Grate durch das Anfahren an eine fest stationierte Drahtbürste. Anschließend wird das Werkstück in einem manuellen Entgratprozess fertiggestellt. Der erste Prozessschritt lässt sich nicht auf größeren Komponenten skalieren, sodass diese weiterhin manuell entgratet werden müssen. Dies führt zu uneinheitlichen Ergebnissen und ist sehr zeitintensiv – Je nach Bauteil und der Menge an Graten dauert das Entgraten 15 bis 25 Minuten. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach Xycomp-Teilen begann Greene Tweed zu überlegen, wie der Durchsatz erhöht werden könnte. Das interne Integrationsteam identifizierte dabei einige Schlüsselfaktoren und Herausforderungen und begann einen Partner zu suchen, der die Optimierungen umsetzen sollte.

Projekt auf räumlicher Distanz

Fündig wurde Greene Tweed beim Karlsruher Unternehmen ArtiMinds. Dabei stellte die räumliche Distanz kein Problem dar: per Fernzugriff unterstützte der Dienstleister den Hersteller beim Vorbereiten, Überprüfen und Optimieren der Roboterprogramme. „Die Partnerschaft mit ArtiMinds beruhte auf Gegenseitigkeit und auf einem intensiven Austausch. Das hat es uns ermöglicht, eine so komplexe Roboteranwendung mit unserem eigenen Team zu realisieren“, so Andrew Laich, Engineering Supervisor bei Greene Tweed. In den ersten Testläufen mit kleinen Komponenten hatte Greene Tweed versucht, die Teile mit individuell angepassten Werkzeugen und einfacher Roboterprogrammierung, also durch teachen einzelner Wegpunkte, zu entgraten. Aufgrund der geometrischen Komplexität der Produkte wurde jedoch schnell klar, dass langfristig eine individuellere Lösung benötigt wurde. Der Produzent nutzte daher die Roboterprogrammiersoftware ArtiMinds RPS zur Umsetzung und Integration ihrer Entgrat-Anwendung.

Roboterprogramme schnell erstellen

Die Software unterstützt, Roboterprogramme zu erstellen und zu implementieren. Die Programme können offline vorbereitet werden und die Kommunikation zwischen Peripheriegräten lässt sich ohne großen Aufwand einrichten. Logische Bedingungen können integriert und die Programme durch Simulation validieren werden, bevor sie auf das reale Robotersystem gelangen. Mit Blick auf komplexe Geometrien ermöglicht es die Software zudem, anhand von CAD-Modellen der Bauteile die Roboterbahnen exakter sowie automatisiert zu generieren. „Da wir unterschiedliche Werkzeuge für das Abtragen von Material verwenden, war es wichtig, dass die Pfade auf die unterschiedlichen Szenarien übertragbar sind. Außerdem vereinfacht die Software die Kommunikation zwischen Roboter, SPS und HMI“, sagt Laich. Im nächsten Schritt wurde für das Abtragen des Materials nach einem neuen Werkzeug gesucht. Greene Tweed entschied sich schließlich für zwei Tools von ATI Industrial Automation, die das manuelle Entgraten einzelner Teilprozesse vollständig überflüssig machen sollten. Die beiden Werkzeuge (CRT und RC151) verfügen über eine integrierte radiale Ausgleichsfunktion, um die Kontaktkräfte trotz Variation der Teile beizubehalten. Das CRT erzeugt eine Feilbewegung, geeignet für Innenecken und tiefe Nuten, während das RC151 eine Drehspindel ist, die Grate entfernen kann.

Werkzeugwechsel automatisch

Komplex geformte Verbundwerkstoffteile aus Xycomp weisen typischerweise Grate auf, die mechanisch widerstandsfähig und in der Form komplex sind. Daher lassen sie sich nur schwer entfernen. Die Nachgiebigkeit der ATI-Werkzeuge in Kombination mit ArtiMinds RPS machte es einfacher, dieses Problem zu lösen. Um einen nahtlosen, automatischen Werkzeugwechsel zu ermöglichen, integrierte Greene Tweed auch den ATI Robotic Tool Changer in die Zelle. Zur Konfiguration der Prozessparameter für den Roboter und die Endeffektoren nutzten die Beschäftigten die Wizards und Schritt-für-Schritt-Anleitungen der Software.

Bearbeitungszeit halbiert

Mit der Roboter-Entgratzelle gelang es, die Gesamtbearbeitungszeit der Teile mehr als zu halbieren und Nachbearbeitungen per Hand überflüssig zu machen. Die Bediener der alten Entgratzelle werden an Stelle weiterhin gebraucht. Auch wurde die Gesamtproduktionskapazität gesteigert. Der größte Vorteil der Roboterzelle ist, dass sie sich für weitere Prozesse anpassen lässt. Denn auf der einen Seite vereinfacht die Software durch automatische Bahnplanung die Bearbeitung unterschiedlicher Bauteile und die Konfiguration der Programmparameter. Auf der anderen Seite arbeiten die Werkzeuge von ATI mit einer pneumatischen, anpassbaren Nachgiebigkeit, die je nach Anwendungen eingestellt werden kann. So kann das produzierende Unternehmen die Zelle umprogrammieren und die Werkzeuge für unterschiedliche Oberflächen oder die Bearbeitung verschiedener Teile umfunktionieren.

Knowhow für die Zukunft

Das Team von Andrew Laich ist nun selbst in der Lage, Roboterprogramme für die Zelle zu erstellen, die auch für künftige Projekte anpassbar sind. Da die neue Entgratzelle selbst entwickelt wurde, bleibt das Unternehmen unabhängig und die Mitarbeiter konnten ihre Kompetenzen weiterzuentwickeln. „Unser Integrationsteam ist nun in der Lage, das gewonnene Knowhow auf zukünftige Cobot-gesteuerte Fertigungslösungen anzuwenden, wodurch wir noch innovativer und flexibler agieren können“, sagt Laich.


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