In seiner Produktion setzt der Automobilzulieferer ZF Friedrichshafen zahlreiche Industrieroboter ein, wobei gerade durch Firmenzukäufe immer wieder Modelle anderer Hersteller hinzukommen. Zudem setzt ZF vermehrt kollaborative Leichtbauroboter ein. Als Leiter des Production Tech Center Robotics and Vision in Schweinfurt unterstützt Uwe Wachter andere ZF-Abteilungen in Sachen Leichtbauroboter, Kamerasysteme oder Software-Lösungen wie Künstliche Intelligenz. „Im Prinzip kann jeder im ZF-Konzern zu uns kommen, der in diesen Bereichen Unterstützung braucht. Wir agieren als interner Dienstleister, indem wir beraten, entwickeln und trainieren.“
In seiner Rolle als Technologie-Scout ist Uwe Wachter immer auf der Suche nach neuen Lösungen, die die Arbeit bei ZF erleichtern. So wurde er auf die Software von Artiminds aufmerksam: „Die Robot Programming Suite ermöglicht uns eine universelle Roboterprogrammierung auf einer qualitativ höheren Ebene.“ Denn mit der Robot Programming Suite (RPS) kann man einmal eine Roboterapplikation in der RPS entwickeln – und dann jederzeit auf verschiedenen Robotersystemen laufen lassen.
Herstellerübergreifende Programme
Wachter: „Wenn wir beispielsweise in Schweinfurt eine Anwendung für Roboter des Herstellers A entwickeln, dann können wir anschließend aus diesem Quellcode auch das lauffähige Programm für Roboter des Herstellers B generieren und dieses Programm per E-Mail zu unserem Werk in Portugal schicken. Dann können die Kollegen in Portugal mit ihrem Robotersystem B die gleiche Produktion fahren wie wir in Schweinfurt mit dem Robotersystem A. Diese Flexibilität bietet uns nur die Software von Artiminds.“
Seitdem Wachter die Robot Programming Suite entdeckt hat, entwickelt er damit Lösungen für verschiedenste Aufgabenstellungen. Ein Projekt ist beispielsweise ein kollaborativer Roboter als flexibler Laborgehilfe. Für Materialprüfungen nutzt ZF in seinem Labor im Schweinfurter Werk nicht nur ein stationäres Röntgen-System, sondern auch ein mobiles Röntgengerät. Für eine gute Röntgenaufnahme muss man das mobile Röntgengerät an dem Werkstück, das untersucht werden soll, bei konstanter Geschwindigkeit und in einem gleichbleibenden Anstellwinkel entlangführen. Verbunden mit dem Schutz vor Röntgenstrahlung ist diese Aufgabe damit im Prinzip wie geschaffen für einen Leichtbauroboter.
Flexible Röntgenprüfungen mit Cobot
Das Problem sind jedoch die vielfältigen Werkstücke. Jonas Arnold, Ingenieur für kollaborative Roboter, erklärt: „Es sind täglich andere Teile zu prüfen. Heute sollen 300 Zahnräder geprüft werden. Morgen ist es eine Kolbenstange von der Losgröße 1. Der Roboter fungiert wie ein menschlicher Arm, aber kann die unterschiedlichen Geometrien viel exakter und flexibler abfahren. Für jede Bewegungsabfolge, muss der Roboter jedoch umprogrammiert werden.“ Das war bislang eine Aufgabe für Roboterexperten. Wachter: „Mit der Robot Programming Suite können wir nun den Kollegen im Labor vordefinierte Programmbausteine zur Verfügung stellen. Mit Hilfe von Wizards können die Laboranten sehr einfach die Bewegungsabläufe des Roboters konfigurieren.“
Bei einfachen Geometrien reicht eine lineare Bewegung zwischen zwei Punkten aus. Für komplexere Aufgaben kann sich der Roboter am CAD-Modell des jeweiligen Prüfteils orientieren. Hierbei helfe das CAD2Path Feature, mit dem sich ein Programm aus CAD-Daten, die in die Software geladen werden, erstellen lässt.
Wachter: „Die vereinfachte Konfiguration über die Robot Programming Suite hat diese Art der Anwendung im Laborumfeld überhaupt erst ermöglicht. So können auch Nicht-Fachleute Roboter programmieren und das Ergebnis in einer visuellen Simulation überprüfen.“
Erst simulieren, dann realisieren
Auch für Simulationen nutzt Arnold regelmäßig die Robot Programming Suite: „Oft sind wir mit der Aufgabe konfrontiert, abzuschätzen, ob ein Roboter in einer gegebenen Situation eine bestimmte Taktzeit erfüllen kann oder nicht. Bei komplexeren Projekten müssen wir dazu eine Machbarkeitsstudie erstellen.“ Statt diese aufwändig aufzubauen, kann er nun mit der Robot Programming Suite Anwendungen simulieren.
Arnold: „Durch die Visualisierung können wir bereits im Vorfeld mögliche Probleme erkennen. Das fängt schon mit den räumlichen Gegebenheiten an: Bietet der verfügbare Platz überhaupt ausreichend Bewegungsfreiheit?“ Zudem könne man via Simulation evaluieren, wo Kollisionen von Mensch und Roboter möglich sind. „Kann der Roboterarm bis in Kopfhöhe gelangen? Gibt es mögliche Klemmstellen?“
Auf der Grundlage einer solchen technischen Machbarkeitsstudie gelingt ZF dann auch die Abschätzung, ob sich der Robotereinsatz für die jeweilige Aufgabe finanziell lohnt. Dazu Wachter: „Letztlich geht es immer darum, ob wir eine bestimmte Zielgröße einhalten können. Mithilfe einer Simulation können wir frühzeitig und schnell abschätzen, ob wir diese Zielgröße einhalten können.“
Der Roboter wartet sich selbst
Aktuell evaluiert ZF das Artiminds Tool Learning & Analytics for Robots (LAR). Arnold: „Der Aufwand für die Wartung von Robotersystemen ist für uns ein großes Problem. Wir haben einige Applikationen, bei denen sich durch Verschleiß und Veränderung der Materialeigenschaften über die Zeit das gesamte System verändert. Die LAR könnte uns helfen, frühzeitig einzugreifen und mit wenigen Klicks Korrekturen vorzunehmen oder sogar ermöglichen, dass sich der Roboter autonom anpasst.“ Die LAR sammelt im laufenden Betrieb kontinuierlich Daten zu jeder ausgeführten Bewegung. Auf der Grundlage dieser Datensammlung kann die Software frühzeitig erkennen und warnen, wenn es z.B. zu Ungenauigkeiten in der Greifbewegung kommt. Aufwändige Wartungseinsätze werden vermieden.
Wachter resümiert: „Durch den Einsatz der Artiminds Robot Programming Suite konnten wir die Kosten für die Entwicklung von Roboterapplikationen senken. Mit Learning & Analytics for Robots werden wir künftig auch den Wartungsaufwand reduzieren können.“
Artiminds Robotics GmbH
Albert-Nestler-Str. 11
76131 Karlsruhe
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