Istzustand vor der Pressenautomatisierung mit Robotern:
In einer Schmiede wurden u.a. Schmiedeteile aus Stahl für diverse Baugruppen hergestellt. Eine vorhandene Schmiedelinie wurde weitestgehend manuell bedient.
Die Örtlichkeiten waren vorgegeben und konnten im Wesentlichen nicht geändert werden. Der Linienaufbau bestand aus Materialzuführung, Erwärmungsofen, Warmpresse, Abgratpresse sowie den entsprechenden Peripherievorrichtungen.
Es war bereits ein Roboter in der Linie vorhanden. Dieser führt den Transfer der Schmiederohlinge vom Induktionsofen zum Zuführförderband durch.
Aufgabenstellungen im Rahmen der Pressenautomation mit Robotern:
In dem Schmiedebetrieb sollte die Entnahme aus der Schmiedepresse sowie der Transfer und die Handhabung in der Abgratpresse automatisiert werden. Im Zuge der Modernisierung sollten auch die Steuerungen der Presse erneuert werden.
Die wesentlichen Aufgaben im Rahmen der Pressenautomation bestanden in der
- Anlagenkonzeption der Pressenautomation
- Auslegung,
- Fertigung,
- Lieferung und Installation,
- Inbetriebnahme und Schulung
Für die Handhabung wurden zwei 6-Achs-Roboter von Kuka in Foundry Ausführung eingesetzt.
Zusätzlich bekamen die Robotersteuerungen einen Wärmetauscher.
Ein Roboterschutzmantel wurde nicht vorgesehen.
Die Werkstückgreifer wurden robust und mit einem Wechselsystem ausgeführt.
Ein händischer Pressenbetrieb sollte weiter möglich sein, was besondere Anforderungen an die Aufstellung der Roboter und das Schutzkonzept stellte.
Prozessaufbau der Pressen-Automatisierung mit Robotern:
- Entnehmen aus der Schmiedepresse
- Notausschleusung in eine Ablagekiste
- Transfer zur Abgratpresse
- Entnahme vom Schmiedeteil und Pressgrat aus dem Abgratwerkzeug
- Separate Ablage von Schmiedeteil und Pressgrat
Folgende Handhabungen an den Pressen wurden automatisiert:
- Handhabung Schmiedepresse zur Abgratpresse inkl. Notausschleusung
- Handhabung Abgratpresse inkl. Notausschleusung
Es wird immer sortenrein auf der Pressenlinie gefertigt. Bei Produktumstellung wird die Pressenlinie leergefahren.
Anschließend wird manuell umgerüstet und die Roboterzellen erhalten über eine Bedienereingabe der Mastersteuerung die Anwahl des Bearbeitungsprogramms.
Alle umzurüstenden Fertigungseinheiten wie z.B. die Werkstückträger, Gesenke und Abgratwerkzeuge, werden wiederholgenau (reproduzierbar) positioniert.
Eine automatische Plausibilitätsprüfung zwischen Roboterprogramm und Greifer wurde nicht durchgeführt.
Die Überprüfung der eingebauten Werkzeuge auf eine vorgegebene Reproduzierbarkeit erfolgt vom Bediener und liegt in dessen Verantwortung.
Für geringfügige Korrekturen der Aufnahme- und Ablageposition ist ein Korrekturprogramm vorgesehen.
Eine Temperaturüberwachung ist nicht vorzusehen. Diese wird über die Materialzuführung durchgeführt,
Der Werkstücktransport wurde zeitlich überwacht. Die Schmiedeteile werden nach einer Zeitüberschreitung in einen Schrottbehälter oder über das Schrottband entsorgt.
Eine Gesenkreinigung war nicht Bestandteil dieser Pressenautomatisierung.
Folgende Betriebsarten wurden bei der Pressenautomatisierung umgesetzt:
BA 1: Einrichtbetrieb der Presse
BA 2: manueller Betrieb der Presse
BA 3: Automatikbetrieb der Presse
Zusammenfassung des Lieferumfangs der Pressenautomatisierung mit Robotern:
- KUKA Roboter inkl. Robotersteuerung und Roboterprpgrammierung
- modulare Greifersysteme inkl. manuelle Wechselvorrichtung für sechs Bauteilenummern
- Schutzanlagen für die Roboterabsicherung
- elektrische und mechanische Schnittstellenprüfung
- Anlagenmontage der genannten Lieferpositionen
- Inbetriebnahme und Einweisung der Automatisierung
- Fertigung der Niederspannungsschaltanlage
- Fertigung Klemmenkasten
- Dokumentation in Eplan P8
- SPS-Programmierung Automation und Verkettung
- Schnittstellen zur Presse, AGP, Einleger, Induktion und Roboter.
- CE Prüfung / EU Konformitätserklärung der Gesamtanlage
Automatisierungskonzept im Rahmen der Pressenautomation mit Robotern:
Die Pressen-Automatisierung wird für eine möglichst optimale Zykluszeit, schnelle Zugänglichkeit und Flexibilität in zwei Funktionsbereichen aufgebaut. Die beiden eingesetzten KUKA Roboter führen jeweils die zugeordneten Handhabungen aus.
Übersicht der Zellenfunktionen bei der Pressenautomation:
Schmiedepresse zur Abgratpresse Roboter 1
- Entnahme aus einem Übernahmepunkt der Schmiedepresse
- Transfer zur Entgratpresse
- Notausschleusung, Ablage in einen Behälter
- Ablage in die Abgratpresse
- Korrektur vom Aufnahmepunkt im Onlinebetrieb
- Korrektur vom Ablagepunkt im Onlinebetrieb
Abgratpresse zum Abkühlband Roboter 2
- Entnahme von Fertigteil und Grat aus der Abgratpresse
- Transfer zum Abkühlband
- Transfer zum Schrottband
- Korrektur vom Aufnahmepunkt im Onlinebetrieb
Für die Handhabung werden die 6-Achs-Roboter Type KUKA in Foundryausführung mit produktspezifischem Geifer ausgerüstet.
Die Greifer wurden über ein manuelles Greiferwechselsystem von momac Robotics an den Roboter angebaut. Spezielle Wechsel- Lager- und Transportgestelle waren Lieferumfang.
Die Greifer bestehen aus einem pneumatischen Grundmodul zum Antrieb der Greiferfinger.
Je nach Produktfamilien und Kompatibilität können / sind die Greiferfinger oder die gesamte Greifereinheit bei Produktwechsel zu wechseln.
Pro Roboter sind zwei Greiferantriebsmodule im Einsatz. Für die Vorbereitung der Greifer bei Produktwechsel steht somit immer eine Greifereinheit zur Verfügung. Der Anbau der Greiferfinger erfolgt durch eine Schraubbefestigung. Für eine Erweiterung der Greifertechnologie sind zukünftig nur die Greiferfinger auf eine neue Geometrie zu erstellen.
Die Roboter wurden standardmäßig mit mehreren Pneumatikventilen ausgerüstet, die über ein Schnellkupplungssystem anzuschließen sind. Somit sind auch zukünftig komplexere Greiferansteuerungen möglich.
Es wurde eine Reproduzierbarkeit, kraftfreie Positionierung, Entnahme und eine kraftfreie Vereinzelung von Werkstück und Grat sowie die Zugänglichkeit der Werkstücke zur Roboteraufnahme in den Gesenken und Zwischenablagen vom Pressenbetreiber gewährleistet.
Über eine online Programmkorrektur hat der Werker die Möglichkeit, die Roboteraufnahme- und ablagepositionen in einem festgelegten Fenster zu korrigieren. Somit können Querkräfte die aus dem Prozess entstehen schnell und einfach kompensiert werden.
Es wird immer sortenrein auf der Linie gefertigt. Bei Produktumstellung wird die Pressenlinie leergefahren. Anschließend wird umgerüstet und die Roboterzelle erhält über eine Bedienereingabe die Anwahl des Bearbeitungsprogramms. Eine Plausibilitätsprüfung zwischen Pressendaten, Presswerkzeugen und Greifer wurde nicht integriert.
Für eine Notablage wurde ein Behälterstellplatz zwischen Schmiedepresse und Abgratpresse vorgesehen. Der Transfer zwischen Schmiedepresse und Abgratpresse wird zeitüberwacht. Bei einer Zeitüberschreitung wird das Schmiedeteil in den Behälter abgelegt.
Die Roboterzellen wurden mit einem Schutzzaunsystem abgesichert. Für den Bedienerzugang zu den Zellen wurden Doppeltflügeltüren vorgesehen. Um den Schutzbereich betreten zu können, muss der Bediener dies über die Betriebsart anwählen, dadurch wird die Wartungstür nach Erreichen einer sicheren Roboterposition freigegeben. Zusätzlich sind die Roboter mit einer SafeRobot-Steuerung ausgestattet. Über diese werden die Roboter im Bewegungsradius softwaretechnisch sicher begrenzt und überwacht.
Die Mastersteuerung verwaltet die Roboterzelle mit den Schutzkreisen, Zugangsfreigaben, Signalaustausch, sowie die Fehlermeldungen etc. Eine automatische Plausibilitätsprüfung zwischen Roboterprogrammauswahl, Greiferauswahl oder Greifereinstellung, Bauteiltype und Presse ist gewünscht worden. Die Konfiguration und Einstellung liegt in der Verantwortung des Bedieners.
Die Programmauswahl und die Eingabe der eingeschränkten Positionskorrekturen für die Roboter wird zentral am Eingabefeld des HMI durch den Werker vorgegeben.
Das Roboterpanel (Bedienpanel der Robotereinheit) bleibt permanent vor Ort am Schutzzaun an der Robotersteuerung angeschlossen. Damit können Roboterprogrammänderungen ausgeführt, Informationen abgerufen und der Roboter manuell verfahren werden. Zum Schutz wurde das Panel mit einem Passwort versehen.
Es ist kein Datentransfer zur Sicherung der Roboterprogramme zu externen Datenträgern gewünscht gewesen. Auch ein Fernzugriff auf die Robotersteuerung ist nicht möglich. Diese kann bei Bedarf aber nachgerüstet werden.
Sicherheitskonzept der Pressenautomation mit Robotern:
Not-Halt:
An mehreren Positionen sind in ausreichender Anzahl Nothalt-Taster an den Schutzzaunanlagen montiert. Die Betätigung eines dieser Taster führt zum Stillsetzen aller für den Bediener gefahrbringenden Anlagenteile, nach Stoppkategorie 0.
Zugangsabsicherung:
Die oben beschriebenen Zugangs- und Ladeöffungen der Schutzvorrichtungen wird mit Sicherheitsschaltern überwacht.
Die Auswertung der Zugangsabsicherung (Türüberwachung) erfolgt durch die Mastersteuerung.
Roboterarbeitsbereichs- und Bewegungsüberwachung:
Die Robotersteuerung KC4 wurde mit einer sicheren Steuerung nach der Sicherheitsrichtlinie ISO10218 ausgeführt. Die Software führt eine sicherheitsklassifizierte Überwachung der Roboterbewegungen, Geschwindigkeitsbegrenzungen, Stillstandsüberwachung, Werkzeugorientierung etc. durch.
Gefährdungsanalyse:
Eine Gefährdungsanalyse wurde für die im Lieferumfang gelisteten Funktionen, Komponenten und Anlagenaufbau erstellt.
