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Metallbe-/verarbeitung

Sichern Sie sich das Wissen eines anerkannten Automatisierungsexperten
Metallbe-/verarbeitung

Robotergestützte Sägelinie RoboSaw

In der metallbearbeitenden Industrie werden heutzutage die meisten Fertigungsprozesse maschinell bzw. automatisiert durchgeführt. Betrachtet man die Fertigungsprozesse einmal genauer/aus der Sicht eines Automatisierungsexperten, so stellt man fest, dass es sich dabei in fast allen Fällen um Hybridsysteme aus Mensch und Maschine bzw. um eine Teilautomatisierung.

Beispielsweise erfolgt der Metallzuschnitt von Blechen und Blöcken maschinell. Dennoch müssen vor Fertigungsbeginn zahlreiche vor- und nachgelagerte Tätigkeiten von einem Werker/von einem Mensch durchgeführt werden: das benötigte Material muss im Lager gesucht, geprüft (Güte, Abmessungen), zusammengestellt und zum Arbeitsplatz gebracht werden. Der Maschinenführer richtet auf der Säge die Anschlag- und Spannmittel ein und stellt die material- und größenabhängigen Maschinen- bzw. Sägeparameter, wie Vorschub und Schnittgeschwindigkeit ein. Ist der erste Sägeschnitt getan, so muss der Maschinenführer den nicht benötigten Materialanteil (Restmaterial) mittels Hebehilfe (z.B. Kran) vom Sägetisch abnehmen und zur Seite legen. Das Halbfertigmaterial muss für den nächsten Bearbeitungsschritt um 90° gedreht/umorientiert und die erforderlichen Einstellarbeiten erneut durchgeführt werden. Der fertige Metallzuschnitt wird zu Fertigungsende auf eine Fertigteilpalette gestapelt und kann somit in den Versand gehen. Das im Weiteren nicht benötigte Material muss ins Lager zurückgebracht werden. Insbesondere bei kleinen Fertigungslosen finden sich ähnliche Abläufe auch bei anderen Metallbearbeitungsprozessen, wie beispielsweise dem Drehen und Fräsen, wieder.

In einem Sägecenter müssen eine Vielzahl an Aufträgen innerhalb kurzer Lieferzeiten und meist mit kleinsten Losgrößen (oft Losgröße 1) mit einer breiten Palette an Werkstoffen und den unterschiedlichsten Zuschnittgrößen bearbeitet werden.

Daher erschien bislang eine Automation im Bereich des Metallzuschnitts als technisch und/oder wirtschaftlich nicht möglich. Das dies auch anders sein kann hat der Augsburger Automatisierungsspezialist AROTEC Automation und Robotik mit seiner robotergestützten Sägelinie RoboSaw unter Beweis gestellt.

  • Ausricht-/Umorietierungsstation

  • Lagerturm

  • Lagerpalette

  • Lagerpalette

  • Transport-/Einlagerungsband

  • 3D-Vermessung

  • Leerpaletten-Stapel

  • Fertigpaletten

  • Roboter mit Endeffektor

  • Entgrat-/Bürststation

  • Vertikalband-Säge

 

Die robotergestützte Sägelinie/RoboSaw besteht im Wesentlichen aus zwei Turm-/Langgutlager (der Fa. Kasto), zwei Vertikalbandsägen (der Fa. Behringer) und einem (KUKA-)Industrieroboter samt Endeffektor, der zur Vergrößerung seines Arbeitsradius auf eine 16m lange Verfahrachse montiert ist. Innerhalb von RoboSaw übernimmt ein von AROTEC entwickelte Anlagenleitrechner die Auftragsverwaltung, die Auftragsreihenfolgeplanung, die Material- und Bestandverwaltung (des Lagers und der Sägen) sowie die gesamte Anlagensteuerung und -überwachung.

Das Rohmaterial (Bleche und Blöcke, 80 verschiedene Güten, magnetische und nichtmagnetische Werkstoffe, maximale Abmessungen 1000 x 500 x 150 mm, maximales Gewicht 200 kg) wird nach Eingabe der Güte sowie der Lage der Walzkanten auf einer grafischen Benutzeroberfläche (GUI) mittels eines Transportbands der Sägelinie zugeführt. Am Ende der Transportstrecke wird das Rohmaterial von einem 3D-Sensor erfasst und millimetergenau vermessen. Die Informationen werden an den Anlagenleitrechner übertragen. Der sucht mit Hilfe des integrierten und von AROTEC entwickelten Stapelalgorithmus PALGO auf allen Lagerpaletten im Turmlager den hierfür geeignetsten Lagerplatz aus bzw. sucht sich den Lagerort, bei dem der geringste Flächenverschnitt entsteht und somit das Lager optimal belegt wird. Der Leitrechner veranlasst daraufhin die Auslagerung der gewünschten Lagerpalette. Sobald die Lagerpalette bereitgestellt ist, fährt der Roboter zum Transportband, greift sich den Materialquader und setzt ihn an der vorbestimmten Stelle auf der Lagerpalette ab. Das Ein- als auch das Auslagern von Material in bzw. aus dem Lager kann jederzeit und parallel zur Zuschnittbearbeitung in der RoboSaw stattfinden.

Weist das Lager einem Mindestbestand an Material auf, so können die Kunden- bzw. Sägeaufträge abgearbeitet bzw. bearbeitet werden. Das kundenseitige ERP überträgt hierzu die Kundenaufträge direkt in die Datenbank des Anlagenleitrechners. Die Auftragsdaten enthalten u.a. Angaben über den Kunden, den vereinbarten Liefertermin, die Zuschnittabmessung, die Materialgüte und die Menge.

Robotergestützte Sägelinie - AROTEC Automation und Robotik GmbH

 

In periodischen Intervallen überprüft der Anlagenleitrechner die in der Datenbank vorhandenen Aufträge. Als erstes wird geprüft, ob im Lager genügend Material für den Fertigungsauftrag/ die Auftragsbearbeitung vorhanden ist. Im Allgemeinen sind im Lager mehrere, unterschiedlich große Materialquader einer Güte vorhanden. Daher prüft der Leitrechner mit dem darin integrierten Verschnittoptimierungs-Algorithmus, welchen bzw. welche Materialquader am besten für die Auftragsbearbeitung verwendet werden sollen.

Unter Berücksichtigung des Lieferdatums und weiteren Kriterien bestimmt der Anlagenleitrechner daraufhin die Reihenfolge, in der die Aufträge bearbeitet werden. Im nächsten Schritt bestimmt der Anlagenleitrechner alle für die Auftragsbearbeitung erforderlichen Einzelschritte/-befehle des Roboters (,wie hole einen bestimmten Materialquader aus dem Lager und setze ihn auf eine Säge ab, oder initiiere den ersten Sägeschnitt, oder lege den Zuschnitt auf eine Fertigteil-Palette ab, oder bring das Restmaterial zurück ins Lager, etc.) und bestimmt anhand von hinterlegten Prozess- und Handlingszeiten die voraussichtliche Bearbeitungsdauer bzw. den voraussichtlichen Fertigstellungstermin.

Bei Abweichungen zwischen dem zugesagten Liefertermin und dem voraussichtlichen Fertigstellungstermin kann der Auftragsplaner den Kunden über einen späteren Liefertermin informieren oder aber durch Änderung der Auftragspriorität Einfluss auf den Fertigstellungstermin nehmen.

Diese Auftragsprüfung und ‑planung findet automatisch nach Eingang neuer Aufträge aus dem ERP oder nach der Einlagerung von neuem Material statt. Die gesamte Schrittkette wird in der Datenbank gespeichert. Kann ein Auftrag mit dem aktuellen Materialbestand nicht bearbeitet werden, so wird dies dem Auftragsplaner und dem Anlagenbediener auf der webbasierten Anlagenvisualisierung sofort angezeigt.

Ein weiterer Hintergrunddienst greift auf die in der Datenbank definierten Einzelschritte zu und überträgt sie mit allen hierzu erforderlichen Parametern an die einzelnen Maschinensteuerungen (Roboter, Lager, Säge).

Beginnt die operative Auftragsbearbeitung in der Sägelinie, so veranlasst der Anlagenleitrechner zunächst das Auslagern einer entsprechenden Lagerpalette. Ist die Lagerpalette bereitgestellt, so greift der Roboter mit Hilfe seines motorisch gesteuerten 2-Backen-Zentrischgreifers den Rohmaterialquader und legt ihn zunächst in eine spezielle Ausrichtstation ein. Hierdurch ist der Rohmaterialquader parallel zur Schnittrichtung ausgerichtet, so dass eine hohe Zuschnittgenauigkeit erzielt wird. Anschließend nimmt der Roboter den Rohmaterialquader auf und setzt ihn positionsgenau auf die Säge bzw. den Sägetisch ab.

Der Anlagenleitrechner überträgt an die Steuerung der Säge die Güte und die Abmessungen des Rohmaterialquaders, die optimale Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit unter Berücksichtigung des aktuell verwendeten Sägebandtyps sowie Vorgaben, wie der Rohmaterialquader zu fixieren ist. Die Säge kann daraufhin den ersten Hauptschnitt durchführen. Da die Sägezeit im Vergleich zu den einzelnen Handhabungszeiten des Roboters im Allgemeinen viel größer ist, kann der Roboter in der Zwischenzeit andere Aufgaben, beispielsweise das Rücklagern von Restmaterial oder das Einlagern von Rohmaterial, übernehmen.

Ist der erste Hauptschnitt auf der Säge durchgeführt, so holt sich der Roboter zunächst das Restmaterial vom Sägetisch und legt es auf einem Materialpuffer innerhalb der Sägezelle ab. Danach holt er sich den Halbfertigzuschnitt von der Säge, fährt damit zu einer Entgrat-/Bürststation und entgratet die Sägefläche. Der entgratete Halbfertigzuschnitt wird entsprechend dem nächsten, zweiten Hauptschnitt zum Sägetisch zurückgebracht. Die Sägen-Steuerung erhält von der Anlagen-SPS wieder alle hierfür erforderlichen Informationen. Ist der zweite Hauptschnitt durchgeführt, so wird das neu entstandene Restmaterial wieder auf den Materialpuffer abgelegt und der Fertigzuschnitt nach dem Entgraten/Bürsten auf eine Fertigpalette abgelegt.

 

Auch die Stapelung der Fertigzuschnitte weist eine Besonderheit auf. Die Absetzpositionen der Fertigzuschnitte werden ebenfalls von dem zuvor erwähnten Stapelalgorithmus PALGO bestimmt. Unabhängig von den Zuschnittgrößen und deren Mengen übernimmt PALGO die Aufgabe, die Fertigzuschnitte eines Auftrags volumen- bzw. füllgradoptimiert auf eine Fertigpalette abzusetzen. Können nicht alle Zuschnitte eines Auftrags auf eine Fertigpalette abgesetzt werden, so wird automatisch eine zweite Fertigpalette verwendet.

Auch die Bereitstellung von Fertigpaletten erfolgt innerhalb der Sägelinie automatisch. Hierzu gibt es innerhalb der Sägelinie einen Leerpaletten-Speicher, der aus bis zu 15 übereinandergestapelten Paletten besteht. Wird eine neue Fertigpalette benötigt, so fährt der Roboter zum Leerpaletten-Speicher und bestimmt mittels eines in den Endeffektor integrierten Laserabstandssensor die genaue Pose der obersten Palette. Die Palette wird über den Endeffektor vom Stapel abgegriffen und an einen von 10 Stellplätzen abgesetzt. Die Fertigteil-Paletten werden in der Sägelinie durch einen Werker aus der Sägelinie entnommen - eine der wenigen manuell zu erledigenden Arbeiten in der Sägelinie. Dennoch ist die Stellplatzanzahl groß genug, damit die Sägelinie eine Autonomierzeit von mehreren Stunden bis zu einer Schicht aufweist.

Die von AROTEC entwickelte und realisierte vollautomatische Sägelinie sucht weltweit seines Gleichen und ist ein Musterbeispiel im Zeitalter von Industrie 4.0. Die Sägelinie zeigt auf, was heutzutage technisch möglich ist und welche Potentiale im Bereich der Metallbearbeitung, gerade in Hochlohnländern wie Deutschland, ausgeschöpft werden können.

Copyright 2021 AROTEC Automation und Robotik GmbH