Die Integration von Robotern in Maschinen gilt als sehr komplex. Daher schrecken viele Maschinenbauer vor dem Thema Robotik zurück. Dafür gibt es nun keinen Grund mehr: B&R und ABB haben gemeinsam eine Lösung entwickelt, mit der ABB-Roboter integraler Bestandteil des B&R-Automatisierungssystems werden.

Der Druck auf Maschinenbauer wächst. Damit sie auf dem Markt bestehen können, müssen ihre Maschinen flexibler, produktiver und kosteneffizienter werden. Was auf den ersten Blick widersprüchlich klingt, lässt sich durch den Einsatz von Robotern verwirklichen. Der einzige Haken daran: Roboter erfordern üblicherweise bei der Programmierung viel Aufwand und sind schwierig in eine Maschinenautomatisierung zu integrieren.

«Die Robotik ist ein hochentwickeltes Gebiet», erklärt Sebastian Brandstetter, Produktmanager für integrierte Robotik bei B&R. «Allerdings war sie bisher völlig unabhängig von der restlichen Maschinenautomatisierung.» Während Roboter in grossen Produktionsstrassen in der Automobilindustrie seit Jahrzehnten zum Alltag gehören, sind sie als integraler Bestandteil von Maschinen bisher nur in Einzelfällen anzutreffen.

Zwei unabhängige Systeme müssen verschmelzen

Innovative Maschinenbauer haben vor einigen Jahren begonnen, ihre Maschinen flexibler zu machen, indem sie Roboter direkt in den Maschinenprozess integrieren. Der Aufwand ist jedoch hoch und die erreichbare Synchronisierung nicht befriedigend. «Ein Roboter ist ein komplett eigenständiges System», erklärt Brandstetter das Problem.

Es gibt eine eigene Steuerung und einen eigenen Schaltschrank. Engineering, Diagnose und Wartung laufen über eigenständige Systeme. Die Kommunikation mit der Maschinensteuerung erfolgt über eine Schnittstelle – häufig sogar hartverdrahtet.

Die Konsequenz liegt auf der Hand: Eine sinnvolle Integration der Robotik in eine Maschine ist nur möglich, wenn diese beiden Systeme zu einem verschmelzen. «Wir müssen eine gemeinsame und einheitliche Architektur haben», bringt es Brandstetter auf den Punkt.

«ABB-Roboter als integralen Bestandteil unseres Automatisierungssystems»

«Wir bieten ABB-Roboter als integralen Bestandteil unseres Automatisierungssystems an», erklärt Brandstetter. Die Roboter verhalten sich beim Engineering und im Betrieb genauso wie jede andere Automatisierungskomponente von B&R. «Für den Maschinenentwickler macht es keinen Unterschied, ob er eine Einzel-Achse oder einen Roboter in seine Maschine implementiert – Die Tools, die Engineeringumgebung und der Ansprechpartner bei B&R sind die gleichen.»

Komplexe und hochdynamische Applikationen einfach umsetzen

Durch die Integration entfällt die Notwendigkeit für eine eigenständige Robotersteuerung, einen eigenen Schaltschrank und einen Spezialisten, der eine spezifische Robotiksprache beherrscht. Dem Anwender stehen sämtliche Methoden zur Verfügung, die er von der Maschinenprogrammierung kennt, zum Beispiel Kontaktplan, Strukturierter Text und C/C++.
Um die Integration von ABB-Robotern in die Maschinenautomatisierung weiter zu erleichtern, stellt B&R zudem vorkonfigurierte Softwarebausteine zur Verfügung.

Mit diesen lassen sich Robotikapplikationen sehr einfach erstellen: mapp Robotics umfasst neben Standardfunktionen zur Steuerung und Inbetriebnahme auch fortgeschrittene Funktionen wie Feed Forward, Kompressor und Arbeitsbereichsüberwachung. So kann der Anwender komplexe und hochdynamische Applikationen umsetzen, ohne zahllose Zeilen Code zu schreiben. Die Entwicklungszeit wird deutlich verkürzt.

Exakte Synchronisierung

«Das einfachere Handling einer Robotikapplikation ist ein entscheidender Vorteil der Verschmelzung von Roboter und Maschine», sagt Brandstetter. «Ganz wesentlich ist jedoch auch die Möglichkeit, Roboter und restliche Maschine mit einer bisher unerreichten Präzision zu synchronisieren.» Das wird möglich, da es weder getrennte Hardware noch ein getrenntes Netzwerk noch getrennte Applikationen gibt.

Die Tatsache, dass sämtliche Achsen und Sensoren in einem gemeinsamen Netzwerk kommunizieren, erhöht die Genauigkeit auf bisher unvorstellbar kurze Zeiträume im Mikrosekundenbereich. «Dadurch eröffnen sich völlig neue Möglichkeiten», schwärmt Brandstetter.

Gleichzeitige Bearbeitung

Während es bisher üblich war, dass ein Werkstück – zum Beispiel auf einem Werkstücktisch – in Position gebracht wurde und erst nach dem Stillstand des Tisches der Roboter mit der Bearbeitung begonnen hat, sind nun ganz andere Vorgehensweisen möglich: Roboter und Werkstücktisch können sich während der Bearbeitung bewegen. Die Maschinenapplikation kann automatisch die optimalen Bewegungsprofile errechnen, wodurch die Bearbeitungszeit wesentlich verkürzt werden kann. Die Produktivität steigt.

«Das gleiche Prinzip gilt natürlich, wenn ein ABB-Roboter mit einem Track-System wie ACOPOStrak kombiniert wird», ergänzt Brandstetter. Der Roboter bearbeitet ein Werkstück, während es sich in hohem Tempo auf dem Track bewegt. Der Track ist einfach nur eine zusätzliche Achse, die bei der Berechnung des Bewegungsprofiles mit einbezogen wird.

Synchronisierung mit Sensoren

Auch die Synchronisierung zwischen Sensoren und Roboterbewegung wird einfacher. So kann das Ergebnis einer Qualitätsüberprüfung mit einer Vision-Kamera von B&R in weniger als einer Millisekunde in einen Steuerungsbefehl für den ABB-Roboter umgesetzt werden. Dieser entfernt gegebenenfalls ein fehlerhaftes Werkstück aus dem Produktionsprozess – ohne manuellen Eingriff oder Verlangsamung des Prozesses. «Dieses Vorgehen kann die Produktivität einer Maschine deutlich erhöhen», sagt Brandstetter.

Selbstverständlich stehen auch die umfassenden Simulationsmöglichkeiten des B&R-Systems für die Robotik zur Verfügung. So kann der Anwender den kompletten Bewegungsablauf einer Maschine inklusive Robotik anhand eines digitalen Zwillings simulieren und optimieren, bevor die Maschine überhaupt gebaut wurde. Entwicklungsdauer und -kosten sinken.