Laderoboter mit Lust auf Fräsen

Roboter, die faul rumhängen, weil sie auf Arbeit warten? Das gibt es tatsächlich. Zu ihnen gehört auch das Heer der Roboter, die in der Metallindustrie Fräsmaschinen be- und entladen. Sie haben abseits der Ladevorgänge oft nichts zu tun. „Wenn sie nebenbei zumindest grobe Fräsarbeiten übernehmen könnten, wäre die Gesamtanlage deutlich produktiver“, betont Sven Tauchmann, der in Chemnitz das Robotics Center of Competence des Siemens-Geschäftsfeldes Digital Factory leitet. Mit der letzten Herbst auf den Markt gebrachten Steuerungslösung „Sinumerik Run MyRobot /Direct Control“ können Laderoboter zwar schon Schleifarbeiten übernehmen. Für diese Aufgaben sind ihre Bewegungen genau genug. „Fräsen geht aber noch nicht“, bedauert Tauchmann. „Noch ist es nicht möglich, die Kräfte auszugleichen, die das Fräswerkzeug auf dem Weg durch das Werkstück von der Sollbahn abdrängen.“ Tauchmann, dessen Kompetenzzentrum darauf spezialisiert ist, die Bewegungsgenauigkeit von Robotern zu verbessern, arbeitet aber bereits an einer Lösung. Unterstützt wird er von der zentralen Siemens-Forschung Corporate Technology. Dort entwickelt Dirk Hartmann vom Technologiefeld Simulation & Digital Twin eine Fräskraftberechnung für ihn, mit der die Sinumerik die Abdrängung in Echtzeit ausgleichen kann.

Echtzeitkorrektur des Fräspfades

Für Hartmann ist das eine Herausforderung ganz nach seinem Geschmack. Echtzeitberechnungen und -simulationen sind genau sein Arbeitsgebiet. Für seine Lösungsidee hat ihm der Innovationsfonds, der 2016 von Siemens eingerichtet wurde, um findige Mitarbeiterideen zu fördern, Ende 2017 für anderthalb Jahre eine umfangreiche Finanzierung bewilligt. Bei der Umsetzung am echten Roboter hat er zudem Florian Schnös an seiner Seite, der am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München arbeitet. Er nimmt dort am Doktorandenprogramm des von Siemens initiierten Forschungsverbundes Campus Automatisierung & Digitalisierung teil und hat sich den fräsenden Roboter als Aufgabe für seine Doktorarbeit gewählt. Die Zusammenarbeit von Hartmann und Schnös trägt auch schon erste Früchte. Seit kurzem können sie einen fräsenden Laderoboter vorführen, dessen Fräspfade weniger als 100 Mikrometer vom Sollwert abweichen. „Für grobe Fräsarbeiten ist das schon vollkommen ausreichend“, zeigt sich Tauchmann zufrieden, der mit fünf weiteren Kollegen von Digital Factory nach München gereist ist, um zu sehen, was der Roboter von Hartmann und Schnös kann.

Echtzeitauskunft zum Werkzeug

Tauchmann würde die Fräskraftberechnung gerne so schnell wie möglich in die Sinumerik integrieren. „Das würde unsere Produktpalette, mit der wir die Metallbearbeitung durch Roboter unterstützen, angefangen von der Programmierung der Fräspfade mit NX CAM bis zu deren Steuerung durch die Sinumerik, sehr gut ergänzen“, freut sich Tauchmann. „Wir könnten dann ohne weiteren Aufwand aus einem Laderoboter einen Fräsroboter machen, der den Fräsmaschinen, die er bedient, grobe Vorarbeiten abnimmt und damit deren Durchsatz deutlich erhöht.“ Die Fräskraftberechnungen sind für Tauchmann und Hartmann aber nicht nur mit Blick auf künftige Fräsroboter interessant. „Bei herkömmlichen Fräsmaschinensteuerungen könnte man mit ihnen auch sehr bequem indirekt Auskunft über den Zustand des Werkzeugs erhalten, indem man die berechneten Fräskräfte mit den echten Fräskräften, die der Roboter über seine Sensorik gemeldet bekommt, abgleichen“, erklärt Hartmann. „Stumpfes Werkzeug, das unpassende Fräskräfte auslöst, ließe sich auf diese Weise schon erkennen, bevor Schäden an Werkstücken einen Werkzeugwechsel einfordern.“ (fk)