Robotik

Keine einsamen Kämpfer mehr

Bisher wirken Roboter in der Fertigung und Montage als einsame Kämpfer. Ihre Vorteile bestehen darin, unermüdlich, exakt und zuverlässig bei hohen Arbeitsgeschwindigkeiten wiederholende Tätigkeiten auszuführen. Dafür gibt es vom japanischen Maschinenbaukonzern Nachi ein breites Spektrum an Robotern mit unterschiedlichen Traglasten und Arbeitsbereichen.

05. Dezember 2018
Bild: Nachi Europe GmbH
Bild 1: Keine einsamen Kämpfer mehr (Bild: Nachi Europe GmbH)

Abhängig vom Einsatz variieren die Forderungen an die Funktion und die kinematische Ausführung von Robotern. Deshalb hat Nachi drei grundsätzlich unterschiedliche Bauarten verwirklicht. Dazu gehören die klassischen sechsachsigen Industrieroboter der Baureihe MZ, die in Scarabauart ausgeführten Roboter der Baureihe EZ und die jüngst vorgestellten kollaborativen Roboter CZ. Darüber hinaus bietet das Unternehmen auch spezielle Industrieroboter für große Traglasten bis über 1.000 Kilogramm sowie zum Führen von Punktschweißzangen und zum Bahnschweißen. Letztere werden ausschließlich in der Automobilindustrie in Asien eingesetzt.

Roboter der klassischen sechsachsigen Bauart nutzt man vorteilhaft zum Automatisieren von Werkzeugmaschinen und – abhängig von der Baugröße – auch zum Transportieren und Stapeln von Bauteilen, Produkten und Verpackungen. Beim Automatisieren von Werkzeugmaschinen erwarten Fertigungsbetriebe von Robotern eine geschickte Kombination aus hoher Tragfähigkeit, kompakter, schlanker Bauweise und zuverlässigem Schutz gegen widrige Bedingungen.

Diese Forderungen erfüllen die Roboter der Baureihe MZ. Sie tragen je nach Variante dreieinhalb, vier, sieben oder zwölf Kilogramm schwere Greifer, Vorrichtungen und Werkstücke bei 723 bis 1.102 Millimeter Reichweite. Aufgrund ihrer dynamischen Antriebe und sorgfältig abgestimmten Kinematik erreichen sie sehr hohe Bahngeschwindigkeiten. Die Ausführung MZ07 gilt eigenen Angaben zufolge derzeit als der schnellste Industrieroboter in der Kompaktklasse bis sieben Kilogramm Traglast. Er bewältigt den 12-Inch-Zyklus – der weltweit als Benchmark für die Geschwindigkeit von Industrierobotern dient – in nur 0,31 Sekunden. Somit ist er deutlich schneller als Industrieroboter vergleichbarer Ausführungen. Er trägt Lasten bei 723 Millimeter, in der Variante MZ07L bis 912 Millimetern Reichweite. Er kann seine Hand auf +/-0,03 Millimeter genau positionieren (gemessen entsprechend Spezifikation JIS B-8432).

Dank des gleichen Bauprinzips verfügen sämtliche Industrieroboter der Baureihe MZ von Nachi über hohle Handgelenke. Durch sie werden Energie- und Medienleitungen kollisionsfrei zum Flansch für Greifer und Vorrichtungen geführt. Besonders vorteilhaft ist, dass das Drehgelenk an der Hand volle Umdrehungen ausführen kann. Somit lässt sich beispielsweise das Umgreifen und Wenden von Werkstücken mit Doppelgreifern wesentlich einfacher programmieren.

Sämtliche Leitungen für Energie und Datenübertragung sind im Inneren der Arme und Gelenke geführt. Damit entfallen schwierig zu kontrollierende Störkonturen. Das vereinfacht es, geeignete, störungsfreie Verfahrwege zu programmieren. Bei völlig glatten Oberflächen sind die Antriebe und die Gelenke der Roboter MZ nach Schutzart IP44 beziehungsweise IP67 gegen Flüssigkeiten, Staub, Schmutz und Späne geschützt. Deshalb können diese Sechsachsroboter problemlos in den Arbeitsräumen von Werkzeugmaschinen bei beengten Platzverhältnissen Werkstücke zuführen und entnehmen – das betrifft beispielsweise kleine Dreh- und Fräszentren.

Schleifen, polieren, anfasen, entgraten oder montieren

Da die Roboter unabhängig von ihrer Einbaulage– stehend, an einer Wand oder an der Decke hängend – arbeiten, können sie direkt im Arbeitsraum eingesetzt oder vor und neben den Maschinen in separaten Umhausungen aufgestellt werden. Als Option steht ein Kraftsensor für das Handgelenk zur Verfügung. Das ermöglicht, die Industrieroboter der Baureihe MZ zum Bearbeiten und zum Montieren einzusetzen.

Derart ausgerüstet können sie unter anderem schleifen, polieren, anfasen und entgraten oder Werkstücke montieren, zum Beispiel Stifte in Buchsen einpressen oder Lager und Dichtungen in Gehäusebohrungen einlegen. Durch ihre universelle Ausführung eignen sie sich auch zum Palettieren von Verpackungen und Bauteilen, beispielsweise in der Pharma- und der Nahrungsmittelindustrie, sowie zum Messen mit Kameras und Sensoren und zum Auftragen von Dichtungen (In-Situ-Technik).

In der Elektronikfertigung fordern die Anlagenbetreiber vor allem höchste Geschwindigkeit und Präzision beim Platzieren und Montieren elektronischer Bauteile auf den Leiterplatten. Dem entsprechen die Roboter EZ von Nachi. Sie sind in Scarabauart ausgeführt. Als besonders vorteilhaft erweist sich der Scararoboter EZ03. Verglichen mit bisherigen Scararobotern besticht er insbesondere durch seine hängende Anordnung. Die Grundeinheit befindet sich über Kopf. Die vertikale Bewegung führt der EZ03 mit der ersten Achse aus, die sich komplett in der kompakten Antriebs- und Steuerungseinheit befindet. Die Störkonturen durch die bisher üblich an der Hand angeordnete Vertikalachse entfallen. Zudem sind die dritte und die vierte Achse wesentlich schlanker und filigraner ausgeführt als bei vergleichbaren Scararobotern des Wettbewerbs, so der Hersteller.

Sämtliche Achsen sind hohl. Die für den Greifer erforderlichen Steuer- und Energieleitungen verlaufen im Inneren, die Störkonturen entfallen. Somit kann der Scararoboter EZ03 von Nachi problemlos Bauteile auch in beengten Einbauräumen platzieren und montieren. Darüber hinaus beansprucht dieser Scararoboter mit seiner über Kopf angeordneten Grundeinheit keine Stellfläche an den Transport- und Montagebändern. Deshalb können deutlich mehr Roboter dieser Bauart auf den verfügbaren Grundflächen aufgebaut werden als bisher bei üblicher Achsanordnung. Das ermöglicht eine deutlich dichtere Gruppierung von Montagestationen und verringert signifikant den Bedarf an kostenintensiver Produktionsfläche.

Besonders vorteilhaft ist, dass bis zu vier Scararoboter EZ03 mit nur einer CNC-Steuerung programmiert und betrieben werden können. Anwender profitieren von niedrigeren Investitionen und kleineren Stellflächen. Als Option lässt sich der Roboter mit einer fünften und einer sechsten Achse ausrüsten. In dieser Variante eignet er sich zum Positionieren von Bauteilen unter allen räumlichen Winkeln zwischen vertikal und horizontal. Das erweitert seinen Einsatz über die schnelle und hochproduktive Montage von Bauteilen und Komponenten in der Elektrogeräte- und Elektronikindustrie hinaus. Mit dieser Option kann er auch allgemeine Montagearbeiten im Maschinenbau ausführen und in der Mess- und Prüftechnik dazu dienen, Werkstücke und Messsensoren zu positionieren.

Auch in klassischer Scarabauweise

Scararoboter der Baureihe EZ gibt es als Varianten in klassischer Scarabauweise und mit über Kopf angeordneter Basiseinheit. Je nach Ausführung beträgt der vertikale Hubweg 150 oder 250 Millimeter. Die Vertikalachse positioniert bei 1.000, 1.200 beziehungsweise 1.400 Millimeter pro Sekunde Hubgeschwindigkeit. Mit ihren Schwenkachsen, die +/- 170 Grad in J1 beziehungsweise in J2 +/- 180 Grad (bei Basiseinheit über Kopf) oder +/- 145 Grad (bei stehender Scarabauweise) schwenken, erreichen die Roboter je nach Variante 450 beziehungsweise 550Millimeter Arbeitsbereich. Ihre Handachsen drehen +/- 360 Grad bei bis zu 2.400 Grad pro Sekunde Winkelgeschwindigkeit. Die Scararoboter der Reihe EZ tragen ein bis drei Kilogramm schwere Greifer und Bauteile, die sie auf +/- 0,014 Millimeter wiederholgenau positionieren.

Jüngst fordern Anwender zunehmend Roboter, die in engen Kontakt mit Menschen insbesondere Montagearbeiten ausführen können. Dabei sollen die Roboter die Fachkräfte unterstützen. Dazu gehört, dass die Roboter unter anderem schwere Bauteile derart positionieren, dass das Personal sie beispielsweise anschrauben oder verkleben kann. Hierfür müssen die Roboter ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen, wie Umhausungen oder Sicherheitslichtschranken, einen sicheren Betrieb gewährleisten.

Sichere Zusammenarbeit mit Menschen

Cobots der Reihe CZ von Nachi verfügen aus diesem Grund über eine ausgereifte Kraft-Momenten-Sensorik in ihren Achsen. Für eine problemlose, sichere Zusammenarbeit mit Menschen reagieren sie auf Druck und Berührung an ihren sensitiven, rundum glatten Außenflächen. Kinematik, Arme und Gelenke sind so ausgeführt, dass es keine Quetschgefahr für das kollaborierende Fachpersonal gibt. Besonders einfach werden die Cobots programmiert, indem der Programmierer die gegen Berührung und Druck empfindlichen Arme, Gelenke und die Hand an die geforderten Positionen schiebt.

Zwei Baugrößen – CZ5 und CZ10 – heben fünf beziehungsweise zehn Kilogramm bei bis zu 1.300 Millimeter Reichweite. Sie sind nach Schutzart IP54 rundum geschützt und können in allen räumlichen Lagen, also stehend, an Wänden oder an der Decke hängend, aufgebaut werden. Sämtliche Bauarten der Industrieroboter von Nachi arbeiten mit einheitlichen Steuerungen und standardisierten Programmier- und Bedienoberflächen. Das vereinfacht das Einrichten, Programmieren und Bedienen auch beim Einsatz unterschiedlicher Baugrößen und Varianten.

Programmiert und bedient wird über ein Handterminal (Teach-Pendant) mit mehrzeiligem Display oder farbigem Touchscreen. Als Standard steht eine Software-SPS zur Verfügung, um die Bewegungen des Roboters mit externer Peripherie zu koordinieren. Zudem kann die Robotersteuerung eine zusätzliche Antriebsachse direkt ansteuern.

Maximale Prozesssicherheit

Für maximale Prozesssicherheit sorgt die Simulation mit dem Softwarepaket FD on Desk. Sämtliche Bewegungen des Roboters und die Koordination der Peripherie lassen sich damit offline vorab auf einem PC programmieren und simulieren. So kann der Programmierer gefahrlos die Abläufe auf Kollisionen prüfen und Zykluszeiten optimieren.

Auch zum Training von Mitarbeitern eignet sich die Offline-Programmierung und Simulation. Zum Einbinden der Roboter in komplexe Automationslösungen stehen neben digitalen Ein- und Ausgängen eine Vielzahl unterschiedlicher Feldbussysteme zur Verfügung. Somit bieten die Industrieroboter von Nachi heute schon geeignete Schnittstellen zur Datenvernetzung im Sinne von Industrie 4.0.

Erschienen in Ausgabe: 08/2018

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