Die in Florida/USA ansässige Arcadia Aerospace Industries (AAI) hat sich auf kundenspezifische Systeme für die zerstörungsfreie Inspektion von Bauteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie für andere Branchen mit sehr hohen Qualitätsanforderungen spezialisiert. Zu den Kernkompetenzen gehört die Entwicklung von automatisierten Systemen für die Prüfung von Strukturbauteilen aus Kohlefaserverbundwerkstoffen.
Vor einer großen Herausforderung stand AAI, als ein Kunde ein sehr komplexes roboterbasiertes zerstörungsfreies Prüfsystem wünschte. In diesem System mussten etwa 100 elektrische Gleichstromverbindungen, acht Datenverbindungen, drei Medienleitungen mit hohem Durchfluss und leistungsstarke Wechselstromanschlüsse bis zum Prüfwerkzeug am Roboterkopf geführt werden. Darüber hinaus mussten sämtliche Komponenten für das Verbinden und Lösen dieser Leitungen in einer einzigen kompakten und leichten Multikupplung untergebracht werden, die auch in feuchter und staubhaltiger Umgebung zuverlässig funktionieren musste.
Die erforderlichen elektrischen, fluidischen und datentechnischen Verbindungen erforderten ein hochflexibles Werkzeugwechselsystem, das auch mit ebenso flexiblen Robotern harmonieren sollte. Dabei hängt die Effizienz der gesamten Prüfanlage in hohem Maße von dem nahtlosen Zusammenspiel aller Komponenten mit den Stäubli TX200L Robotern ab, die AAI für diese Anlage vorgesehen hatte. Die Aufgabe bestand nun darin, eine Komplettlösung zu entwickeln, die alle Anforderungen des Kunden erfüllt.
Steuerungstechnische Integration mit uniVAL drive
Das automatisierte ZFP-System benötigte sehr präzise Antriebs- und Steuerungstechnik, um eine absolute Bahngenauigkeit während der Prüfungen zu gewährleisten. Daher lag es nahe, bei der Anlage auf uniVAL drive von Stäubli Robotics zu setzen. Dank dieser Echtzeitschnittstelle lassen sich Stäubli Roboter in bestehende Steuerungsplattformen integrieren und über die vorhandenen Mehrachssteuerungen betreiben. uniVAL drive wird an Echtzeit-Ethernet-basierte Feldbusse angeschlossen und unterstützt die gebräuchlichen Kommunikationsprotokolle, in diesem Fall CANopen over EtherCAT (CoE).
AAI setzt auf eine Mehrachssteuerung mit einem kundenspezifischen Front-End, das die beiden TX200L Sechsachsroboter mitsamt ihren zwei massiven Portalsystemen steuert. Das Prüfsystem muss in der Lage sein, die insgesamt 18 verschiedenen Achsen zu koordinieren und sicherzustellen. uniVAL drive kommuniziert dabei mit der Mehrachssteuerung. Der Anwender kann somit jede Achse einzeln steuern und alle gemeinsam koordinieren.
Werkzeugwechselzeiten um 98 Prozent verkürzt
Integraler Bestandteil der gesamten Prüfanlage ist ein automatisches Werkzeugwechselsystem von Stäubli Fluid Connectors. Dieses Tool ermöglicht es, eine Vielzahl von Prüfungen unter Verwendung von vierzehn verschiedenen Werkzeugen mit dem gleichen Roboter auszuführen.
Zum Programm dieses Geschäftsbereichs gehören die multifunktionalen automatischen MPS-Roboter-Werkzeugwechsler. Das AAI Team entschied sich für den MPS 260. Er ist extrem flexibel und erlaubt die Integration von mehreren Modulen für die Medien-, Energie- und Datenanbindung sowie von Werkzeugen. Auch in puncto Gewicht passte er ins Profil. Der Einsatz eines automatischen Werkzeugwechslers erwies sich hier als entscheidender Vorteil. Zuvor mussten die Anwender einer solchen ZFP-Anlage die Werkzeuge manuell wechseln, was jeweils 30 bis 60 Minuten dauerte. Mit dem automatischen Werkzeugwechsler beansprucht dieser Vorgang jetzt nur noch 30 bis 60 Sekunden. Die Zeit für den Wechselvorgang hat sich somit um den Faktor 60 verkürzt.
Flexible Verbindungen für eine optimale Lösung
Der automatische Roboter-Werkzeugwechsler ist in diesem Falle die perfekte Ergänzung für die Stäubli Roboter. Das Entwicklungsteam der ZFP-Anlage entschied sich dabei für das maßgeschneiderte CombiTac-System von Stäubli Electrical Connectors, das alle Strom- und Datenverbindungen verbindet und trennt, während die Fluidverbindungen über Standard-Werkzeugwechselmodule verbunden werden. Die CombiTac-Lösung ermöglicht die Verwendung eines kleineren Werkzeugwechslers, um Werkzeuge für Thermographie, Ultraschall, Röntgen, Impulsthermographie und Laserscannen auf kompaktem Raum zu nutzen.
Das multifunktionale Design des Systems bietet ein Höchstmaß an Flexibilität. Es ermöglicht den TX200L Sechsachsern, mit höchster Effizienz und voller Dynamik ans Werk zu gehen. Diese mussten nicht eigens an diese Bedingungen angepasst werden. Der Stäubli Roboter ist dank seiner wegweisenden Antriebstechnik vollständig gekapselt, wobei alle Leitungen innerhalb des Arms laufen. Sie sind mit der Option der inneren Druckbeaufschlagung ausgestattet, in Schutzart IP65, zum Schutz gegen Spritzwasser und dem Eindringen von Staub.
Wenn Stäubli-Geschäftsbereiche ihre Kräfte bündeln
Das Ergebnis der Zusammenarbeit ist eine maßgeschneiderte Lösung, die alle Anforderungen perfekt erfüllt und eine Flexibilität bietet, die die Ausführung verschiedenster Prüfverfahren ermöglicht. Die Synergieeffekte aus der Zusammenarbeit der drei Stäubli Geschäftsbereiche hat für AAI einen gewaltigen Nutzwert. Dazu zählen eine höhere Produktivität und Effizienz, sowie die Einhaltung höchster Qualitätsstandards bei gleichzeitig verringerten Kosten. Zudem trägt die innovative Lösung dazu bei, den sich schnell ändernden Anforderungen gerecht zu werden und die strengen Qualitätsanforderungen des Sektors zu erfüllen. Darüber hinaus erlaubt die Flexibilität der Anlage die Konfiguration mit unterschiedlichen zerstörungsfreien Prüftechnologien, so dass die spezifischen Wünsche der jeweiligen Kunden zukunftssicher erfüllt werden können.
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