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Roboter einfach handhaben

Eine Automatisierung von Anlagen ist ohne das flexible Handling von Werkstücken kaum noch denkbar. Maschinenbauer wie HB Systems integrieren daher vermehrt Roboter für Pick&Place-Anwendungen in ihren Anlagen. Mit mapp Technology und openROBOTICS ist das so einfach wie noch nie: Ohne separate Robotersteuerung oder spezielles Roboter-Know-how lassen sich Roboterfunktionen besonders schnell und einfach in SPS-Programme einbauen, wie das Beispiel einer Gewindeschneidanlage mit Werkstück-Handling von HB Systems zeigt.

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(Foto: B&R)

Die Pick&Place-Aufgabe, die der SCARA-Roboter in der Gewindeschneidanlage von HB Systems übernimmt, ist so oder so ähnlich in sehr vielen Bearbeitungs- und Montagelinien zu finden: die Position und der Drehwinkel eines zugeführten Werkstücks – wie hier in Form eines gepressten Sintermetallbauteils – wird von einer Kamera ermittelt und an einen Roboter übergeben. Dieser greift es auf und legt es lagerichtig in der Bearbeitungsstation ab.

Kein äußeres Merkmal weist bei der Gewindeschneidanlage darauf hin, dass hinter den Kulissen innovative Technik arbeitet, die die bisherige Herangehensweise von Maschinenbauern bei der Integration von Robotern revolutionieren könnte – mapp Technology und openROBOTICS von B&R.

„Bisher haben auch wir solche Pick&Place-Aufgaben ganz konventionell gelöst: Mit einem Roboter und einer zugeschnittenen Steuerungshardware aus der Hand eines entsprechenden Anbieters“, sagt Hans Bögelein, Gründer und Geschäftsführer der HB Systems GmbH. „Bei der Roboterprogrammierung griffen wir dabei auf externe Dienstleister zurück, um uns ganz auf unsere Kernkompetenz, die Konstruktion von Automatisierungslösungen und Prüfsystemen sowie deren Programmierung, zu konzentrieren.“

Eine nachvollziehbare Entscheidung, wie sie in der Vergangenheit viele Maschinenbauer getroffen haben. Schließlich setzt die Implementierung der Roboteranwendung umfangreiches Roboter-Know-how und geschultes Personal für die Bedienung der Entwicklungsumgebungen des entsprechenden Roboterherstellers voraus. Doch dies belastete in der Vergangenheit oft die finanziellen und personellen Ressourcen von kleinen und mittleren Maschinenbauunternehmen sehr. Die Verantwortlichen sahen sich deshalb mehr oder weniger dazu gezwungen, ein Outsourcing-Modell zu wählen.

Eine gemeinsame Hard- und Softwareplattform

B&R und der Roboterexperte COMAU haben nun mit openROBOTICS dafür gesorgt, dass die Karten neu gemischt werden: Roboter- und Maschinensteuerung lassen sich auf einer gemeinsamen Hard- und Softwareplattform erstmals vereinen.

„Der größte Pluspunkt ist aus unserer Sicht, dass wir als SPS-Profis die Roboteranwendung innerhalb unserer gewohnten Engineering-Umgebung Automation Studio mitentwickeln. So können wir bei Bedarf wesentlich schneller und flexibler Anpassungen der Roboterfunktionalität vornehmen“, begründet der Geschäftsführer von HB Systems den Einsatz von openROBOTICS.

B&R hat einen entsprechenden mapp-Baustein entwickelt, der dem Anwender Aufgaben abnimmt - wie die Konfiguration der Robotergeometrie, die Identifizierung der passenden Transformation, die Ankopplung der Achsen oder die Servoreglereinstellung. So lassen sich Handling-Aufgaben ohne Programmierung lösen.

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B&R mapp Technology revolutioniert die Entwicklung von Anwendersoftware in der Automatisierung. Modulare Softwarebausteine vereinfachen die Entwicklung neuer Programme und senken so die Entwicklungszeit für neue Maschinen und Anlagen um durchschnittlich 67%. (Foto: B&R)

Roboterintegration in wenigen Tagen

„Wir haben die erforderliche Roboterfunktionalität für unsere Gewindeschneidanlage in nur wenigen Tagen eigenständig implementiert“, bestätigt Bögelein. Von der Bestellung der Automatisierungskomponenten bis zur Inbetriebnahme der Anlage zum Jahreswechsel 2016/2017 vergingen gerade einmal sechs Wochen. Seitdem läuft sie als Inline-Anlage bei einem Automobilzulieferer im Serienbetrieb.

Für eine kurze Projektlaufzeit sorgte unter anderem die mit mapp Technology realisierte Roboteranwendung, die sich nahtlos in die restliche Anwendungssoftware einfügt. Damit konnte der Maschinenbauer seinen über die Jahre gewachsenen Softwarebestand an Modulen aus strukturiertem Text weiterverwenden. Lange Latenzzeiten der Kommunikation über Feldbus oder Kabel zwischen der Ablauf- und der Robotersteuerung wurden so vermieden. Dies wiederum erleichtert die Synchronisation von Ablauf- und Robotersteuerung, wodurch sich höhere Positioniergenauigkeiten erreichen lassen.

Minimaler Engineering- und Hardwareaufwand

Genauso nahtlos fügt sich die Steuerungselektronik des openROBOTICS-Roboters von COMAU in die B&R-Welt ein: wie die restlichen Antriebe der Anlage werden die Motoren des SCARA-Roboterarms von ACOPOS-Servorreglern angesteuert, die einen gemeinsamen Zwischenkreis nutzen. Anfallende Bremsenergie lässt sich dadurch zurückspeisen und anlagenübergreifend anderen Motoren zur Verbesserung der CO2- und Kostenbilanz zur Verfügung stellen.

Der openROBOTICS-Ansatz wirkt sich auch günstig auf die Hardwarekosten aus. Ablauf- und Robotersteuerung sowie Visualisierungsanwendung laufen zusammen auf einer einzigen Hardwareplattform, sodass sowohl die separate Robotersteuerung als auch das zugehörige Anzeigegerät entfallen können.

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HB Systems hat als einer der ersten Maschinenbauer einen openROBOTICS-Roboter von COMAU für Pick&Place-Aufgaben in einer Anlage integriert. (Foto: HB Systems)

Durchgängige Automatisierungslösung

Für die Gewindeschneidanlage von HB Systems ist ein Automation PC 2100 für die Anwendungen und ein Power Panel T30 für die Visualisierung ausreichend. Die Anbindung des Bildverarbeitungssystems, die wie die Kamera von KEYENCE stammt, erfolgt über eine Ethernet/IP-Schnittstelle. Dafür nutzt der Maschinenbauer ein entsprechendes Schnittstellenmodul des X20-Systems. Weitere Module dieser Gerätefamilie verwendet HB Systems für die Kommunikation innerhalb der Produktionslinie. Komplettiert wird die durchgängige Automatisierungslösung durch X20-Module mit integrierten Sicherheitsfunktionen.

Aufgrund der engen Integration der entscheidenden Anlagenkomponenten vereinfacht sich jedoch nicht nur das Engineering der Steuerungs-, Visualisierungs- und Sicherheitsanwendungen, sondern auch deren Diagnose. Beispielsweise lässt sich – ohne Umwege über externe Systeme – unmittelbar auf Alarmmeldungen wie Achsfehler zugreifen, sodass sich der Maschinenbediener schneller einen Überblick über Ort und Ursache eines Problems verschaffen kann.

„Mit openROBOTICS und mapp Technology können wir erstmals Roboterfunktionalitäten in Eigenregie mit überschaubarem Aufwand in unsere Anlagensoftware integrieren, weiterentwickeln und auch warten, ohne unsere gewohnte Engineering-Umgebung verlassen zu müssen“, sagt Bögelein. „Damit machen wir uns noch unabhängiger von Dritten und erhalten zusätzliche Flexibilität bei der Ausgestaltung und Pflege unserer Anlagen.“

  • Hans Bögelein
    Dipl.-Ing. Hans Bögelein
    Gründer und Geschäftsführer, HB Systems GmbH
    „Mit openROBOTICS und mapp Technology können wir erstmals in Eigenregie Roboterfunktionalitäten mit überschaubaren Aufwand in unsere Anlagensoftware integrieren, weiterentwickeln und auch warten, ohne unsere gewohnte Engineering-Umgebung verlassen zu müssen. Damit machen wir uns noch unabhängiger von Dritten und erhalten zusätzliche Flexibilität bei der Ausgestaltung und Pflege unserer Anlagen.“
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