Automatica 2004: Große Flächen Bahn für Bahn

Die wirtschaftliche Bearbeitung großflächiger Werkstücke erfordert Methoden, mit denen die Werkzeugbahnen einfach und schnell erzeugt und in Roboterprogramme umgesetzt werden können.

Automatisch Turbinenschaufeln schleifen, Mehrlagenschweißen, Sandgussformen modellieren, Feinblech inkrementell umformen: „Wir hatten im Laufe der letzten Jahre immer wieder Projekte, bei denen es darum ging, 3-D-Bahnen zur robotergestützten Bearbeitung großflächiger Freiformgeometrien bereitzustellen.“, berichtet Walter Schaaf vom Fraunhofer IPA. Schaaf und sein Team haben dazu Software-Tools und Methoden entwickelt, die den Industrierobotereinsatz auch in der Einzel- und Kleinserienfertigung wirtschaftlich machen. Die Tools zur 3-D-Bahngenerierung haben sich bereits beim robotergestützten Schleifen großflächiger Bauteile, beim Modellieren von Sandgussformen und bei der inkrementellen Blechumformung bewährt. Ausgangsinformationen für die Bahngenerierung sind Geometriedaten des großflächigen Werkstücks, die als CAD- oder Sensordaten vorliegen: „Wir sind in der Lage, durch den Einsatz robuster Sensorik großflächige Freiformgeometrien zu erfassen und sofort zur Bahngenerierung zu verwenden“, sagt Schaaf. Der insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen investitionsintensive Umweg über Offline-Programmiersysteme bzw. die zeitintensive und für die Einzel- und Kleinserienfertigung oft unwirtschaftliche „Teach-In“-Programmierung entfällt dabei.

Die Strategien, nach denen diese Bahnen festzulegen sind, müssen neben der Werkstück- und Werkzeuggeometrie, der geforderten Genauigkeit und der Qualität oft auch das Materialverhalten mitberücksichtigen. Solch „implizites“ Prozesswissen kann der Benutzer intuitiv am Bildschirm eingeben oder für eine vollautomatische 3-D-Bahngenerierung in Form von Regeln hinterlegen. Im ersten Fall kann der Benutzer beispielsweise auf einer optisch erfassten Werkstückkontur beliebige Bearbeitungsbereiche am Bildschirm einrahmen und mit Hilfe definierter Eingabeparameter wie Bahnrichtung oder -abstand die Bahnen innerhalb dieses Bereichs erzeugen. Bei der vollautomatischen 3-D-Bahngenerierung berechnet ein Software-Tool die Bearbeitungsbahnen nach vordefinierten Regeln bzw. Strategien. Die 3-D-Bahngenerierung liefert zunächst geometrische Bahndaten in einem von der Industrierobotersteuerung unabhängigen Format. Spezielle „Processoren“ übersetzen dieses Format danach automatisch in die Programmiersprache der jeweiligen Steuerung und erstellen das Roboterprogramm. Die Tools eignen sich für eine ganze Reihe von Formgebungs- und Bearbeitungsprozessen für großflächige Freiformgeometrien: von der inkrementellen Blechumformung über das Modellieren plastischer Materialien wie Formstoff oder Beton bis hin zum Oberflächen- und Formschleifen oder Polieren. „Uns ist es wichtig, den Robotereinsatz in der Einzel- und Kleinserienfertigung durch den pragmatischen Einsatz robuster Technik bei beherrschbaren Schnittstellen wirtschaftlich zu gestalten“, betont Walter Schaaf.

Für einen wirtschaftlichen Robotereinsatz zur 3-D-Bearbeitung in der Einzel- und Kleinserienfertigung müssen die prozessspezifischen Roboterwerkzeuge oft neu entwickelt oder bestehende handgeführte Werkzeuge auf den teil- bzw. vollautomatisierten Prozess angepasst werden. „Bei der Entwicklung entsprechender Roboterwerkzeuge gehen wir iterativ und ganzheitlich vor: Wir können mit unserer Ausstattung sehr schnell erste Funktionsmuster aufbauen, testen und praxisorientiert schrittweise optimieren“, erklärt Schaaf.

3-D-Bahngenerierung auf der Automatica von 15. bis 18. Juni in München:
Halle A2, Stand 429