Handhabungs- und Robotertechnik

• max. Achsgeschw. / -beschl.
• TCP Geschwindigkeit bei PTP / Bahninterpolation (linear, zirkular, spline, pendelnd)
• TCP Beschleunigung
• Interpolationsart
• Überschleifen
• Koordinatentransformation

für das Verrunden von Roboterbewegungsbahnen

wegabhängig oder geschwindigkeitsabhängig

vorwärts: Antrieb auf Abtrieb

rückwärts: Abtrieb auf Antrieb

Probleme der Rückwärtstranformation

• math. mehrdeutig
• Unstetigkeiten
• Kinematiken mit mehreren Lösungen (>360°)
• singuläre Stellungen --> unendlich Lösungen (2 Achsen in Flucht)
• Überschreiten von Achs- und Arbeitsbereichsgrenzen

- Gestaltung der Aufgabe aus fertigungstechnischer und organisatorischer Sicht

• Zielkriterien (Qualität, Zeit, Kosten)
• Verfahrensparameter
• org. Bedigungen

-Formulieren der Steueraufgabe

• Möglichkeiten der Programmiersprache
• Programmgestaltung (Pflege, Sicherheit)

- Eingeben des Programms: Programmiersystem /-umgebunng

- Testen und Modifizieren: unter realen geom., kin., anlagentechnische Bedigungen

- komplexes Wissen über Fertigungsprozess, Info-Verarbeitung, Automatisierungstechnik, Robotertechnik

- formale Aufgaben bei der Programmierung (teachin)

- Spezifik der versch. Sprachen

- untersch. Anforderungen durch Anwendungsbreite

• Online
  • Teach In
    • direkt: manuelles Bewegen des Roboters, Mitschreiben der Punktfolge
    • indirekt: Bewegen mit Antrieben per Joystick
  • textuell: Eingabe des Programmcodes mit allen Parametern
• Offline
  • explizit
    • algorithmische Beschreibung
    • gerätebezogen (Bewege die jeweilge Achse) oder raumbezogen (fahre an den bestimmten Ort)
  • implizit
    • algorithmische oder deskriptive Beschreibung
    • aufgabenbezogen (setze K2 auf K1) oder funktionsorientiert (hole Bauteil vom Tisch)

• Programmiersprache: Menge von Sprachelementen mit bestimmten Kombinationsregeln
• Syntax: Regeln für die zulässigen Konstruktionen von Sprachelementen
• Semantik: Bedeutung der Elemente und ihrer Kombinationen
• Pragmatik: praktische Umsetzung
• Memorik: Form der Darstellung der Elemente

3 Quellen von Programmiersprachen

NC- Befehle

Hochsprachen

roboterspezifische Sprachen

1. Aufnehmen, Wandeln, Umformen (--> Messsignal)
2. Signalvorverstärkung: Verstärken, Linearisieren, Logarithmisieren
3. Informationsverarbeitung: vergleichen, bewerten, umrechnen
4. Ausgeben: Wandeln, Umsetzen

Definition:

Sensoren sind Bauelementen, die physikalische oder chemische Zustände sowie deren Veränderungen erfassen und in ein verarbeitbares Signal umwandeln

Notwendigkeit:

• Überwachung von Prozessschritten
• Beherrschen unsicherer Prozesse
• Prüfung von Qualitätsmerkmalen
• Typwechsel
• Anlagenbedienung und Sicherheit
• ereignisgesteuerte oder zeitgesteuerte Prozessführung

• interne Weg- und Geschwindigkeitsmessungen
• Diagnose: Medienanschlüss, Antriebe
• Kollisionsschutz
• Zustandsüberwachung der Gesamtlage (Anwesenheit von Bauteilen, Öffnungszustand, Zählen...)
• sequentielle Sensorabfrage, quasiparallele Abarbeitung in SPS
• Abstands- und Längenmessungen (Positionskorrektur, Messung mit Lasertriangulation)
• Bildverarbeitung (Kontrolle auf Vollständigkeit, Werkstückerkennung, Lagebestimmung)
• Bahnverfolgung

Admittanz: Roboter soll vorgegebene Kraft ohne Berücksichtigung der Lage einhalten (Bsp Schleifen); Ausgleichbewegungen jeweils orthogonal auf dem AufgabenKOS

Impedanz: nominale Bewegungsplanung bleibt unberührt, Kraftregelkreis erzeugt prozessspezifisch angepasste Positionsänderungen

• zur Handhabung von Werkstücken und Werkzeugen
• integraler Bestandteil des Produktionssystems
  • gesamten Material-, Informations-, Energiefluss planen
  • Anforderungen an das Gesamtsystem ableiten (QS, Verfügbarkeit, Flexibilität)
• grundlegende Zielrichtungen
  • technische Lösungen für autom. Erfüllung der Fertigungsaufgabe entwicklen
  • Befreiung des Menschen von physischer und psychischer Belastung, Mensch darf aber nicht Adapter zwischen Maschine und Umwelt werden
• Voregehensweise: entscheidend ist:
  • Aufgabe ist Teil langfristigen Entwicklungstrategie
  • ERzeugnisprogramm kritisch überprüft
  • Fertigungsvorbereitung ist auf IR-Einsatz angepasst
  • Einbeziehen von Alternativlösungen ohne IR
  • iteratives Vorgehen
  • bei steigender Detaillierung Variantenzahl einschränken
  • Mitarbeiter einbeziehen

• Ist-Zustands-Analyse
  • Festlegen der Systemgrenzen: Planungbereich und -aufgabe
  • Produkt- und Prozessanalyse: Stückzahlen, Verfahren, Handhabungseigenschaften...
  • Grobbewertung: Vergleichslösungen, techn. / wirtsch. Machbarkeit
• Konzeptphase
  • Funktionsanalyse: Einzelvorgänge, Zeitschätzung, Teillösungen
  • Ablauf: Materialfluss, Arbeitsinhalte, org. / techn. Steuerung
  • Systemgestaltung: Layout, Variantenbewertung
• Planungsphase
  • Betriebsmittelauswahl: Bereitstelleinrichtungen, Roboter, WZ
  • Ablaufplanung: Prozessablauf, Gesamtablauf
  • Layoutplanung: Feinplanung, Simulation, Bewertung

Beachten von:

• Orientierungszustand der Handhabungsorbjekte (geordnet, ungeordnet)
• Anzahl und Verschiedenartigkeit der Handhabungsobjekte
• Automatisierungsniveau der Verfahren
• notwendige Sekundärprozesse (Reinigen, Entgraten)
• notwendige Prüf- und Sensorfkt.
• Komplexität der Bewegungsabläufe
• Positioniergenauigkeit
• Traglast
• Umrüsthäufigkeit
• Einsatzdauer
• Schichtanzahl, Amortisationsdauer

- graphisches Modell: 3D

- kinematisches M.: alle aktiven Mechanismen --> Festlegung von Achsen, Bewegungsgrenzen, kin. Kette

- dynamische M.: Festlegen Beschl, Geschw.

- funktionales M.: Nachbilden der Steuerungsfkt., Peripherie, Prozessfkt.

Machbarkeits- / Konzeptstudien

Layoutplanung

Taktzeitbestimmung

Offlineprogrammierung

• rechtliche Aspekte
  • Arbeitsschutz ist öfftl. Recht, Erfüllung der Normen
• ethnische A.:
  • Interesse an körperlicher Unversehrtheit
• Gesellschaftsaspekte:
  • soziales Interesse der Unternehmer Mitarbeiter vor Schaden zu bewahren
• funktionale A.:
  • ungestörter Ablauf der Produktion und des Prozesses
• ökonomische A.:
  • Vermeiden von Folgekosten aufgrund von Personenschäden

• offene kinematische Kette: Arbeitsraum schwer erkennbar
• Bewegung auf nicht vorhersehrbaren Bahnen
• Reaktionszeiten, Bewegung bis Stopp des IR, hohe dynamische Kräfte
• Störungen: nicht programmierte Aktionen
• Bediener im Arbeitsraum

Betreten des Arbeitsraumes: Teach In, Kontrolle des Bahnverhaltens und der verfahrenstechn. Funktionen

• mechanische Gefährdungen:
  • Bewegen des Arms, herabfallende, fliegende Teile --> Quetschungen, Scheren, Erfassen,...
• elektrische
  • Kontakt mit spannungsführenden Teilen, Lichtbogemexpositionen --> Schlag, Schäden am Auge und Haut, Herzschrittmacher
• ergonomischer Kack
  • unzureichend gestaltetes Handgerät --> Ermüden, Fallenlassen, Augenschädigung (???)

• bestimmungsmäßiger Betrieb des IR mit Bediener, Instandhalter, ...
• unerwarteter Anlauf
• Zugang von Personen
• vorhersehrbare Fehlanwendungen des IR
• Auswirkungen bei Steuerungsausfall
• mit IR-Anwendung verbundene Gefahren

- mechanisch

• Kapselung der Gefahrstellen
• Vermeiden von Quetsch- und Scherstellen
• Transportösern verwenden
• trennende Schutzeinrichtungen (Kabinen)
• Zweihandbedienung
• Schleusen, Fenster für Zu- und Abführen von Bauteilen
• Lichtschranken

- Steuerungsaspekte:

• Watch-dog  (Hardwareüberwachung der Funktionen)
• Bewegungsüberwachung
• internes, externes Notaus
• Benutzung Programmierhandgerät --> Sperren Automatikmodus
• Tippschaltung für Bewegung
• v reduzieren beim Programmieren
• eindeutige Betriebsartwahl: manuell oder autom.
• nach Notaus: bewusster Wiederstart

manuelle Montage --> steigende Detaillierung notw. --> automatisierte Handhabung

- Variantenprinzip in früher Planungsphase anwenden

- höhere Planungsgenauigkeit durch Variantenbewertung

- Verkürzung der Planungszeit durch rechnergestützte MEthoden

Montagesystementwurf:

• Personalwesen
• Sicherheitswesen
• Vertrieb
• Fertigungssteuerung
• Betriebsmittelkonstruktion
• QS
• Materialwirtschaft
• Produktkonstruktion

- Montage: Ende des Auftragsdurchlaufes; Beseitigen Termin- und Qualitätsprobleme

- hohe Produktspezifik der Montageausrüstung --> Einrichtungen müssen verändert werden, wenn sich das Produkt ändert

- Komplexität der Montageausrüstungen

- Variantenvielfalt, geringer Seriencharakter

- Produkt ändert seine Handhabungsparameter

- Vollautomatisierung ab 1 Mio Produkten pro Jahr

- Teilautomatisierungsstufen:

• Automatisierung des Transfers der Montageeinheit
• Automatisierung der Zuführung, Orientierung, Vereinzelung
• Automatisierung der Fügeprozesse / -vorgänge
• Automatisierung der Prüf- und Kontrollvorgänge
• Automatisierung der Anbindung an vor- und nachgelagerte Prozesse

- starre (Einzwek) und flexible Automatisierung

- flexible Systeme ermöglichen:

• Produktmix und Variantenvielfalt
• Ausgleich von Stückzahlschwankungen
• Anpassung an Störungen (techn. und org.)
• Produktänderungen

- automatisch / manuell durchführbare Anpassung

- Anpassungsgeschwindigkeit

- Kosten je Anpassung

Siehe Skript

stationäre Zelle: Montagezelle mit IR, geringe Stückzahl, hohe Flexibilität

synchroner Ring: Rundtaktautomat, sehr hohe Stückzahl, geringe Flexibilität und Komplexität

synchrone Linie: Taktstraße: hohe Stückzahl, geringe Flexibilität

asynchrones Karee: Reihenmontage, mittelhohe Stückzahl, mittlere Flexibilität

kontinuierliche Linie: konti. Fließmontage, sehr hohe Stückzahl geringe Flexibilität

- Zubringen: Drehen, Bunkern, Wenden, Spannen, ...

- Kontrollierein: Messen und Prüfen

- Justieren: Einstellen und Abstimmen

- Hilfsfunktionen: Entgraten, Reinigen, Erwärmen

- Fügen: durch Umformen, Füllen, Urformen, Stoffverbinden, ...

MF:

• Fördern
• Lagern
• Handhaben
  • Speichern: (teil-)geordnet
  • Menge ändern: Zusammenführen, Teilen, Sortieren
  • Bewegen: Drehen, Verschieben, Positionieren
  • Sichern: Halten, Lösen, Spannen
  • Kontrollieren: Zählen, Messen, Prüfen

- Teilfunktion des Materialflusses für arbeitsplatzmnahe Vorgänge mit geom. bestimmten Körpern

- ist das Schaffen, definierte Verändern und vorübergehende Aufrechterhalten einer räumlichen Anordnung von geom. bestimmten Körpern in einem Bezugskoordinatensystem

1. Ordnung: zw. Werk und Lieferant

2. Ordnung: zw. Werkseinheiten

3. Ordnung: zw. Abteilungen

4. Ordnung: von, zu & innerhalb einzelner Arbeitsplätze

- Materialbereitstellungsart: Push, Pull

- Materialbereitstellungsform: komplett, montagesynchron

- Disposition: losweise (geordnet), kommissioniert

- Entnahme: sequentiell, wahlfrei

- Bauteile werden durch die Bereitstelleinrichtungen

• zum richtigen Zeitpunkt
• in der richtigen Qualität
• in der richtingen Menge
• in der richtigen Position und Orientierung

für den nachfolgenden Handhabungsprozess zur Verfügung gestellt.

Anforderungen:

a) Anlieferungszustand

b) Handhabbarkeit der Bauteile

c) Prozessanforderungen

- Schüttgut: Schrauben

- geordnet verpackt: Baugruppen, die als Schüttgut beschädigt werden würden (Kugellager)

- magaziniert (Behälter): bei standardisierten Verpackungen oder festen Lieferbeziehungen

- gegurtet (bandförmig): bei standardisierten Verpackungen oder festen Lieferbeziehungen

- Langteilausführung

Werkstückparameter:

• Eigenschaften
  • Form: Zylinder, Kegel, Block
  • geom. Daten: Abmessungen, Symmetrien, Seitenverhältnisse
  • kennzeichnende Formelemente: Nuten, Bohrungen, Absätze...
  • physikalische Eigenschaften: Werkstoff, Steifigkeit, Temperatur, Masse, Festigkeit...
• Verhalten
  • Ruheverhalten: Standsicherheit, Lagestabilität, Stapelbarkeit
  • Förderverhalten: Gleitfähigkeit, Rollfähigkeit, Richtungsstabilität

Handhabbarkeit der Werkstücktypen:

Typ: rund, eckig, unregelmäßig

Zustand:

• Verbund
  • geordnet
  • ungeordnet
• Einzeln
  • in Ruhe
  • im Fallen
  • Gleiten
  • Rollen

- Art des Werkstückflusses (kontinuierlich, diskontinuierlich)

- Bereitstellleistung

- verfügbarer Arbeitsraum

- Zugänglichkeit für nachfolgende Handhabung

- steuerungstechnische Koppelbarkeit

- Eingangsspeicher

- Ausgangsspeicher

- Störungsspeicher

- Ausgleichspeicher

Pufferarten:

Durchlaufpuffer

Rücklaufpuffer

Umlaufpuffer

Direktzugriffpuffer

Endeffektorsysteme: alle Wz, die am Flansch des Roboters angebracht werden

- Verbindungen Roboter - Handhabungsobjekt

beinhalten:

• Aufnehmen / Spannen
• Halten während des Bewegungsvorganges
• Ablegen & Entspannen

- durch Kraftschluss

• Reibschluss:
  • direktes Spannen durch mit Druckluft beaufschlagte Membran
  • infirektes Spannen durch aktives Anpressen
• Unterdruck
  • Haftsauger
  • Vakuumsauger mit Vakuumpumpe
• durch Magnetkräfte
  • Permanentmagnet
  • elektromagnetisch
• durch Molekularkräfte
  • Adhäsionsfolien
  • Gefriergreifer

- durch Formschluss

• Formelemente
  • starre FE, flexible Abformbacken
• Oberflächenverhakung
  • Einstechen mit Nadeln