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Automatisiertes Bandschleifen

Die Erfolgsfaktoren Ihrer Roboterzelle.

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Bei Robotern sieht Schleifen und Finishen einfach aus. Aber es erfordert eine Menge Arbeit und sorgfältige Überlegung, damit eine Roboterzelle Spitzenresultate erzielt. Der Entwurf eines perfekt automatisierten Prozesses von Anfang an ist eine Herausforderung. Aber wenn Sie und Ihr Systemintegrator sich bei der Konzeption auf die unten stehenden Faktoren konzentrieren, verbessern sich Ihre Erfolgschancen. Die 3M Robotik-Experten haben diese Liste mit Erfolgsfaktoren für Roboterzellen zusammengestellt, die Sie während der Entwurfsphase beachten sollten.

  • Robotertraglast

    Die Traglast eines Roboters ergibt sich aus dem maximalen Gewicht, das er tragen kann, plus dem Maß der Kraft, die während des Arbeitsvorgangs ausgeübt wird. Das getragene Gewicht umfasst alles, was mit dem Roboterarm verbunden ist – Kraftregelungs- und Sichtsysteme, das Schleifmittel- oder Greifelement, das zu bearbeitende Werkstück und so weiter. Es ist wichtig, den Roboter für höhere Lasten als die erwartete Traglast auszulegen, denn der Einsatz bei maximaler Traglast kann die Geschwindigkeit und Beweglichkeit des Roboters einschränken. Bedenken Sie, dass die erforderliche Stellfläche der Roboterzelle bei einer höheren Traglast und Größe des Roboters ebenfalls größer wird. Behalten Sie also beim Entwurf Ihres Systems die verfügbare Bodenfläche im Blick.

  • Neben dem Roboter selbst enthält eine Roboterzelle zahlreiche Zusatzgeräte, die für den Arbeitsprozess notwendig sind. Hierzu gehören beispielsweise Schleifbandhalter, Ständerschleifmaschinen, Greifvorrichtungen, Mess- und Prüfvorrichtungen und Ständer für Werkstücke, um nur einige zu nennen. Das alles geht in die erforderliche Stellfläche und die Vorlaufkosten Ihrer Roboterzelle ein.

  • Genau wie bei der Robotertraglast ist es von zentraler Bedeutung, dass die Motoren Ihrer Zusatzgeräte über eine ausreichende Antriebskraft für die notwendigen Anwendungen verfügen. So benötigen Sie zum Beispiel zum Angussschleifen einen Motor mit mindestens 40,5 PS. Das Schleifen mit nur 10 PS führt zu einer bedeutend schlechteren Effizienz, zu höheren Kosten und einem geringeren Durchsatz. Außerdem muss die Einschaltdauer Ihrer Motoren beachtet werden, also die Zeitspanne des Dauerbetriebs, für die ein Motor konzipiert wurde.

    Wenn diese Faktoren vernachlässigt werden, kann dies dazu führen, dass Motoren häufig ausgetauscht werden müssen und dies erhöhte Kosten verursacht.

  • Jedes Schleifmittel ist je nach Anwendung für eine bestimmte Geschwindigkeit optimiert. Um bei Ihren Schleifarbeiten die besten Ergebnisse zu erzielen, ist es von entscheidender Bedeutung, dass Sie Schleifmittel mit der jeweils optimalen Geschwindigkeit einsetzen. So sollten Sie zum Beispiel eine Faserscheibe unter Belastung nicht zu langsam laufen lassen. Stellen Sie also sicher, dass bei Ihren Geräten Schleifmittel mit den passenden Geschwindigkeiten eingesetzt werden. Bei einem Einsatz mit zu geringer Geschwindigkeit wird die Abtragleistung beeinträchtigt.

    In diesem Zusammenhang müssen Sie auch bedenken, dass sich die Abtragleistung im Laufe der Verwendung des Schleifmittels ändern kann. Zum Beispiel verändert sich die Leistung eines Schleifbands im Laufe der Zeit, da das Schleifkorn abstumpft. Auch die Oberflächengeschwindigkeit einer Schleifscheibe nimmt ab, wenn sich ihr Durchmesser durch Abnutzung verringert. Die Verringerung der Oberflächengeschwindigkeit wirkt sich auf die Abtragleistung aus. Ein Motor, der unterschiedliche Geschwindigkeitseinstellungen ermöglicht, kann solche Veränderungen jedoch kompensieren.

  • Wie oben bemerkt, muss Ihr Roboter die Veränderungen in der Abtragleistung und im Scheibendurchmesser berücksichtigen, die auf die Abnutzung von Schleifmitteln zurückzuführen sind. Ein Roboter kann so programmiert werden, dass er bei einem sinkenden Abtrag zur Kompensation den Anpressdruck oder die Drehzahl erhöht.

    Außerdem müssen Sie an das Austauschen von abgenutzten Schleifmitteln gegen neue Produkte denken. In vielen Fällen kann dieser Prozess vollständig automatisiert werden – oder semi-automatisiert unter Beteiligung eines Bedieners. Wenn das Automatisieren des Schleifmittelaustauschs nicht möglich ist, kann die Zelle stillgelegt werden, und ein menschlicher Bediener kann das Schleifmittel manuell austauschen.

  • Falls Sie nicht nur einen einstufigen Schleifprozess entwerfen, müssen Sie und Ihr Systemintegrator eine Ablaufplanung für Ihre Roboterzelle vornehmen. Wird Ihr Roboter das Werkstück oder das Schleifmittel bewegen?

    Wenn Ihr Roboter das Werkstück bewegt (als „Werkstück in der Hand“ bezeichnet), könnte eine Abfolge von Schleifarbeiten darin bestehen, dass der Roboter das Werkstück zu mehreren Schleifmaschinen bewegt, von denen jede mit einem geeigneten Schleifmittel bestückt ist. Wenn Ihr Roboter das Schleifmittel bewegt (als „Schleifmittel in der Hand“ bezeichnet), können Sie Werkzeugwechsler verwenden, damit der Roboter für jeden einzelnen Schritt das geeignete Schleifmittel aufnehmen kann.

    Sie können sich auch dafür entscheiden, für jeden Schritt einen anderen Roboter zu verwenden. Aber dann müssen Sie auch die Werkstückübergabe planen (falls Werkstück in Hand) und die benötigte Stellfläche der Roboterzelle und Vorlaufkosten für den Kauf mehrerer Roboter berücksichtigen.

  • Genau wie bei manuellen Schleifarbeiten müssen Sie auch etwas gegen Staubablagerungen in Ihrer Roboterzelle tun. Ob Sie sich nun für eine feuchte oder eine trockene Entstaubungsmethode entscheiden, es ist von wesentlicher Bedeutung, dass Sie Staubablagerungen entgegenwirken, um eine Spitzenleistung Ihrer Motoren und die Sauberkeit Ihrer fertigen Werkstücke zu gewährleisten. Wenn Sie nichts gegen Staubablagerungen unternehmen, werden sich diese schneller bilden – und wenn Sie dann die Roboterzelle reinigen oder Wartungen an den Komponenten durchführen müssen, bedeutet das zusätzliche Ausfallzeit.

  • Im Gegensatz zu einem menschlichen Arbeiter kann ein Roboter seine Umgebung nicht wahrnehmen und seine Aktionen nicht seinem Urteilsvermögen entsprechend anpassen. Er muss darauf programmiert werden, eine bestimmte Distanz zu überbrücken und eine bestimmte Bewegung immer wieder zu wiederholen. Daher sind Sensortechnologien wie Kraftreglungs- und Sichtsysteme bei vielen Arbeitsvorgängen von zentraler Bedeutung.

    Ohne Kraftregelung wären einheitliche Ergebnisse bei Schleifarbeiten nur schwer zu gewährleisten. Die meisten Schleifmittel wurden so entwickelt, dass sie dann die optimale Leistung bringen, wenn der Anpressdruck innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Eine Kraftregelung ermöglicht es dem Roboter, die Andruckkraft feiner zu regulieren, als es allein mit der Positionskontrolle des Roboterarms möglich wäre. Es gibt verschiedene Kraftregelungstechnologien, die sich für unterschiedliche Arten von Werkstücken und Schleifmitteln eignen. Eine passive Kraftregelung ist die einfachste und kostengünstigste Lösung. Aber sie berücksichtigt nicht besonders gut Änderungen in der Werkstückgeometrie oder die Auswirkungen der Schwerkraft, wenn sich der Roboter um komplexe Werkstücke herumbewegt. Eine aktive Kraftregelung bezieht bei der Kraftsteuerung Sensor-Feedback mit ein, denn kritische Variablen, wie zum Beispiel die Schwerkraft, wirken sich auch auf die Anpresskraft aus. Mit einem geeigneten System ist es außerdem möglich, Änderungen der Anpresskraft in Abhängigkeit davon zu programmieren, wo sich die Schleifmittel-/Werkstückschnittstelle befindet.

    In ähnlicher Weise ermöglichen es Sichtsysteme einem Roboter, Abläufe anzupassen, falls externe Faktoren dies erforderlich machen. Diese Systeme können die Ausrichtung eines ankommenden Werkstücks erkennen und die Greifvorrichtung am Ende des Roboterarms so justieren, dass das Werkstück korrekt aufgenommen wird. Zudem können sie nach dem Schleifen die Größe von fertigen Werkstücken oder vom Anguss messen, um eine sichere Aufnahme zu gewährleisten.

    Eine weniger übliche Sensortechnologie, die aber in bestimmten Situationen durchaus eine wichtige Rolle spielt, sind Geräte zur Temperaturmessung. Sie kommen meistens bei temperaturempfindlichen Substraten zum Einsatz. Dabei wird die Temperatur des Werkstücks gemessen, um einem Überhitzen vorzubeugen.

  • Wenn verschiedene Oberflächen eines Werkstücks auf ein Schleifmittel hin ausgerichtet werden müssen, ist es ggf. erforderlich, das Werkstück mehrfach abzulegen und wieder aufzunehmen (Wiederaufnehmen). Bei Arbeitsabläufen, bei denen das Werkstück an das Schleifmittel herangeführt wird – im Gegensatz zu denen, bei denen der Roboter das Schleifmittel an das Werkstück heranführt – kann das Wiederaufnehmen einen wesentlichen Einfluss auf die Zykluszeit haben. Je häufiger Ihr Roboter dabei jedes Werkstück wieder aufnehmen muss, desto mehr schlägt sich dies in einer höheren Zykluszeit nieder.

    Sie müssen auch auf die Greifkraft achten. Die Greifvorrichtung am Ende des Roboterarms muss ausreichend stark sein, um den Kräften, die bei der Anwendung auftreten, standzuhalten. Eine zu schwache Greifvorrichtung wird zum Beispiel ein Werkstück bei einer Anwendung mit hohem Anpressdruck – wie etwa beim Angussschleifen – nicht sicher halten können.

  • Ihre Mitarbeiter werden gelegentlich Arbeiten am Roboter ausführen müssen, etwa den Austausch von Schleifmitteln, das Entfernen von Schleifabrieb oder andere gelegentliche Tätigkeiten. Dabei muss natürlich ihre Sicherheit gewährleistet sein. Beim Entwurf der Roboterzelle sollten Sie Lockout-Tagout-Prozeduren, Schutzvorrichtungen in der Zelle und andere Sicherungsmethoden wie Zugriffssperren und Näherungsschalter miteinbeziehen.

    Sehen Sie sich die von der Robotic Industries Association (englische Seite) herausgegebenen Materialien zur Sicherheit in der Robotik an.


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