Wie Greifer in der Roboterfertigung an das IoT angebunden sind

Es liegt der Geruch von Metallspänen und Kühlschmierstoffen in der Luft: In der Zerspanung in Halle 10 des Augsburger Automatisierungsspezialisten Kuka werden Rohteile zerspant, entgratet und so für die Weiterverarbeitung in der Roboter-Produktion vorbereitet. Dort in der Produktion hat die Zukunft bereits Einzug gehalten: Mit der vollautomatisierten, vernetzten Roboterzelle, in die zwei Heller Bearbeitungszentren integriert sind, ist die analoge mit der digitalen Welt verbunden und das Internet der Dinge zum Leben erweckt.

Einer smarten Produktionszelle, vernetzt mit einer IoT-Plattform, in die zwei Bearbeitungszentren integriert sind und ein Roboter für hohe Traglasten aus der KR Fortec Familie in der Mitte auf der Lineareinheit KL 1500-3 montiert ist.

Der Sechsachser trägt zum Bau von seinesgleichen bei. Er nimmt gusseiserne Roboterbauteile mit Hilfe pneumatischer Greifer auf. Dabei bedient er sich aus einem großen Pool an vorrätigen Greifern, dem sogenannten Greiferbahnhof und wählt den jeweils für den entsprechenden Arbeitsschritt passenden Greifer aus. Anschließend führt er die Gussbauteile einem der zwei Bearbeitungszentren zum Zerspanen zu. Dort werden die Bauteile anschließend gebohrt und gefräst. In der Außenposition werden sie vom Roboter noch entgratet und dann entnommen bevor sie zur Qualitätsprüfung weitergeleitet werden. Um beide Bearbeitungszentren aus insgesamt vier Zuführstationen versorgen zu können, ist der Roboter auf der etwa zehn Meter langen Lineareinheit verbaut.

Der Roboter fährt seit Januar 2015 kurze Taktzeiten und bearbeitet seitdem täglich Grundkörper, Arme und Karusselle für den Bau neuer Industrieroboter. Um diese unterschiedlichen Aufgaben meistern zu können, greift der KR Fortec auf eine Spindel mit Werkzeugen und verschiedene Greifer der Rheinauer Zimmer Group zurück. Die Motive des Automatisierungsspezialisten, für Handlingsaufgaben in der eigenen Produktion diese Greifer einzusetzen, sind vielfältig: „Mit der Zimmer GmbH arbeiten wir schon seit mehreren Jahren in verschiedenen Projekten erfolgreich zusammen“, erzählt Harald Müller, Projektleiter im Bereich der Steuerungstechnik. „Bei der Planung zur Automatisierung zweier CNC-Bearbeitungszentren in unserer Zerspanung fiel die Entscheidung auf die Greifertechnologie von Zimmer, da uns in erster Linie der technische Lösungsansatz bei der Roboterbeladung für das automatische Werkzeughandling und die selbstzentrierenden Spannvorrichtungen überzeugt haben. Das Hineindenken in die komplette Anlage und das Einbringen von Kompetenzen waren weitere wesentliche Aspekte, die zu der Entscheidung geführt haben. Nicht zuletzt hat aber auch das Preis-Leistungsverhältnis gepasst“, fügt Müller an.

Die Mehrheit der Greifer in der Zelle sind mechanische Komponenten – pneumatisch angetrieben. Diese werden über eines der 5/2 Wegeventile in der Zentralhand angesteuert. Zusätzlich sind induktive Sensoren verbaut, die den aktuellen Zustand des Greifers erfassen: offen oder geschlossen. Des Weiteren wurde eine optische Bauteilkontrolle integriert, um feststellen zu können, ob der Roboter das Werkstück richtig aufgenommen hat.

Der Robotikspezialist Kuka geht nun einen Schritt weiter und verbindet die Greifer mit der digitalen Welt, indem er alle beteiligten Komponenten miteinander sowie der Cloud vernetzt hat. Das bedeutet, dass nicht nur die eigenen Produkte in die Smartproduction-Umgebung eingebunden sind, sondern ebenso alle aktiven Komponenten der Zelle. Die Daten werden in der Connectivity Box zusammengeführt und an die Cloud weitergereicht. Dort finden Authentifizierung, Datenverarbeitung, vorausschauende Wartung und Ereignisauswertung statt.

Die Infografik veranschaulicht als Beispiel, wie sämtliche Daten des Zimmer-Werkzeugwechslers in einem übersichtlichen Dashboard dargestellt werden. So haben Werker, Instandhaltung und Management immer und überall volle Übersicht und Kontrolle über diesen Teil des Produktionsprozesses. Die Status-Kachel (a) bietet dabei allgemeine Informationen über die Anlage und gibt einen Überblick über den Anlagenzustand. Die Betriebsdauer-Kachel (b) liefert eine Übersicht über den Servicestatus und präzise Wartungsinformationen für alle Greifer. Das Instrument zur vorbeugenden Wartung (c) zählt die exakten Zyklen für jedes Werkzeug. Das Wartungsinstrument (d) zeigt die Laufzeitservices an, die im technischen Handbuch angegeben sind. Die beiden letzten Kacheln zeigen, ob das Werkzeug gegriffen wurde und ob der Greifer noch aktiv ist.