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Raumportal: Mehr Reichweite für Cobots Raumportal Cobot

Roboterunterstütztes Handling- und Bearbeitungssystem
Raumportal: Mehr Reichweite für Cobots

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Ein Cobot-basiertes Handling- und Bearbeitungssystem entwickeln das Fraunhofer IEM und RK Rose+Krieger. Erste Praxisanwendung des Raumportals sind Schweißarbeiten an zylindrischen Behältern.

Cobots spielen bei der intelligenten Automatisierung eine große Rolle. Nachteil der kostengünstigen Leichtgewichte gegenüber klassischen Industrierobotern ist allerdings ihr geringer Aktionsradius. Eine gängige Lösung zur Reichweitenerweiterung ist der Einsatz von Lineartechnik. Je nach Applikation werden die Cobots auf horizontalen Achsen von einem Einsatzort zum nächsten und gegebenenfalls über eine Hubsäule in der Höhe bewegt.

Doch es geht noch komplexer. Das beweist ein Projekt des Mindener Spezialisten für Linear-, Verbindungs- und Profilmontage-Technik RK Rose+Krieger mit dem langjährigen Kooperationspartner Fraunhofer IEM. Gemeinsam entwickelte man ein Cobot-gestütztes Handling- und Bearbeitungssystem mit großer Reichweite in drei Dimensionen. Dabei übernahm das Fraunhofer IEM die Realisierung der Roboterapplikation inklusive der Programmierung sowie der Integration fortschrittlicher Regelungsansätze. RK Rose+Krieger entwickelte das Raumportal zur Erweiterung des Arbeitsbereiches des Cobots.

Drei zusätzliche Bewegungsachsen

Die Komponenten stammen aus dem Profil- und Lineartechnik-Baukasten von RK Rose+Krieger. So bilden Blocan-Aluminiumprofile unterschiedlicher Baugrößen das Grundgerüst, das auf zwei parallel angeordneten, zahnriemengetriebenen Linearachsen vom Typ RK Duoline Z 80 Protect über eine Strecke von 1500 mm in der Horizontalen verfahren werden kann. 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 1500 mm. An dieser Linearachse ist der UR-Cobot mit der Bearbeitungseinheit montiert.

Mit den drei Achsen erweitert das Raumportal den kugelförmigen Arbeitsbereich des Cobots um den ansonsten nicht erreichbaren zylinderförmigen Bereich über- und unterhalb seiner Basis. Damit kann der Cobot innerhalb der gesamten Portalstruktur ohne Einschränkung agieren. Die Baugröße von Portal und Achsen lässt sich individuell an die Größe des Cobots und die Anforderungen der Anwendung anpassen.

Alle Achsen verfahren synchron

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 Steuerung zusammen. Intelligente Sensoren und Algorithmen gewährleisten die reibungslose Kommunikation zwischen Cobot und Raumportal. Das Ergebnis sind synchronisierte Bewegungen von Raumportal und Cobot sowie die einfache Anpassung des Systems an sich ändernde Anwendungsszenarien ohne aufwendige Umbau- und Rüstarbeiten.

Zudem werden Abweichungen der Bauteile von der CAD-Konstruktion etwa aufgrund von Materialschwankungen oder Schweißverzug während des Prozesses sensorbasiert kompensiert. Zusätzliche positive Nebeneffekte ergeben sich aus den im Vergleich zu herkömmlichen Industrierobotern deutlich geringeren Kosten und aus der Steifigkeit des Raumportals, die eine hohe Präzision garantiert.

Automatisiertes Schweißen

Ein Anwender aus dem Behälterbau nutzt das Cobot-Raumportal zum Schweißen zylindrischer Stahltanks. „Beim Verschweißen der Tanks ist hochpräzises Arbeiten über einen langen Zeitraum gefordert. Denn die Schweißnaht, die den Zylinder mit der Basisplatte verbindet, ist bis zu 3,5 Meter lang“, erklärt Dr. Christian Henke, Abteilungsleiter Scientific Automation am Fraunhofer IEM. Beim Verschweißen der Bauteile wird zunächst eine Wurzelnaht gezogen, die anschließend mit einer Decknaht versehen wird. Selbst gut ausgebildete Schweißer ermüden bei solch anspruchsvollen Schweißarbeiten schnell.

Der Cobot dagegen zieht beliebig lange, akkurate Schweißnähte, ohne zwischendurch absetzen zu müssen. Dazu zieht ein Werker den Schweißkopf des Cobots an die zu bearbeitende Stelle. Anschließend werden Portal- und Cobot-Achsen so gesteuert, dass der Schweißkopf sich um den Zylinder bewegt. Dabei erfassen Abstandssensoren im Schweißkopf permanent die Lage der Naht.

Die Steuerung regelt Höhenversätze, Abweichungen von der idealen Kreisform oder andere Unebenheiten aus und verfährt den Roboter über die Achsen so, dass dennoch eine perfekte Schweißnaht entsteht. „Die zu bearbeitenden Werkstücke sind schnell und intuitiv eingerichtet. Das minimiert Rüstzeiten. Ein Cobot mit Raumportal rechnet sich daher bereits bei kleinen Stückzahlen und ist ideal für die flexible Fertigung geeignet“, erklärt Jörg Bargheer, Produktmanager Lineartechnik bei RK Rose+Krieger.

Einzigartige Anlagenkonfiguration

Wie jede vom Fraunhofer IEM und Rose+Krieger entwickelte Anlage, ist auch der Schweiß-Cobot mit Raumportal eine kundenspezifische Sonderanfertigung. „Es bedarf schon eines gewissen Knowhows, um beliebig viele Zusatzachsen mit den Roboterachsen zu vereinen und eine sensorgeführte Robotik zu realisieren. Das ist kein Industriestandard“, erklärt Dr. Christian Henke. Der Cobot mit Raumportal ist daher nicht auf das Schweißen beschränkt: Der Kunde kann die Anlage auch für andere Zwecke nutzen – vorausgesetzt der Roboter wird mit einem anderen Werkzeug bestückt und neu angelernt.

RK Rose+Krieger GmbH

www.rk-rose-krieger.com

Potsdamer Str. 9

32423 Minden

info@rk-rose-krieger.com


Bild: RK

Gekapselte Lineareinheiten

Die Lineareinheiten der RK Duoline Protect-Reihe erreicht mit ihrem gekapselten Führungssystem die Schutzart IP 40. Das über Magnetstreifen fixierte Edelstahlband schützt den Zahnriemen der Achse vor Verunreinigungen und Schäden. Das variable Anbaukonzept der zahnriemengetriebenen Einheit ist für fast alle gängigen Motoren zu verwenden. Der Anbau der RK Duoline kann über Klemmleisten oder nachträglich einlegbare Nutensteine aus dem hauseigenen Blocan-Programm erfolgen. Die Lineareinheiten der RK Duoline protect Baureihe sind in den Baugrößen 160/120/80/60 lieferbar. std


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