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Roboterbasierte Schweißanlage Höhere Bearbeitungsqualität und weniger Belastung

Von Stefan Ziegler* Lesedauer: 4 min |

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Hans Turck GmbH & Co. KG
PEAK-System Technik GmbH
compmall GmbH
Beckhoff Automation GmbH & Co. KG

Mit der ersten roboterbasierten Schweißanlage für Aufzugsträger sorgt das Unternehmen XIZI Heavy Industry für eine gleichbleibend hohe Qualität der sicherheitsrelevanten Schweißungen. Mit PC-based Control von Beckhoff werden außerdem die Schweißer entlastet.

Roboter-Schweißstation für Aufzugstragwerke
Roboter-Schweißstation für Aufzugstragwerke
(Bild: XIZI HIC)

Üblicherweise werden die Schweißarbeiten beim chinesischen Spezialisten für Aufzugsträger XIZI Heavy Industry von Hand durchgeführt. Bereits unter normalen Bedingungen ist dies anstrengend. XIZI Heavy Industry, eine Tochtergesellschaft von XIZI United Holdings, fertigt neben kompletten Aufzugsystemen auch Rolltreppen, Fahrsteige und deren Zubehör, einschließlich Traversen, Rolltreppen-Seitenplatten, Hauptantriebe und Steuerungssysteme, sowie die Aufzugsinstallation und Stahlkonstruktionsgitter.

Robotik tief integriert in PC-based Control
  • Mit TwinCAT Kinematic Transformation und TwinCAT Robotics ist die Robotertechnik schon lange integraler Bestandteil von PC-based Control. Mit dem modularen Baukasten ATRO hat Beckhoff nun ein neues Konzept für Robotik-Applikationen vorgestellt. Damit können Anwender aus den zur Verfügung gestellten Modulen nahezu beliebige Roboterbauformen für ihre Anwendung erstellen – angefangen bei einer simplen 1-Achs-Rundtakttisch-Applikation, über Delta-Kinematiken bis hin zu mehrachs-seriellen Robotern.
  • Die direkte Integration des Robotersystems in PC-based Control ermöglicht eine durchgängig optimierte Komplettlösung der Maschine oder Anlage. Dies reduziert die Anzahl der benötigten Steuerungen, auch bei mehreren Robotern, auf einen Industrie-PC.
  • Eine ATRO-Kinematik ist aus aktiven Gelenken, den Motormodulen, aufgebaut. Diese gibt es in unterschiedlichen Bauformen: gerade Module in I-Form oder abgewinkelte Module in L-Form, die in fünf Leistungsgrößen ausgeführt werden. Jedes Motormodul bildet ein vollständiges Antriebssystem für eine Achse des Roboters. Als externe Komponenten werden lediglich eine Spannungsversorgung und eine Steuerung benötigt, wodurch der Platzbedarf im Schaltschrank erheblich reduziert wird.
  • Neben den aktiven Modulen gibt es Verbindungsmodule ohne eigenen Antrieb: Basismodule als Sockel, inklusive der Medieneinspeisung; Linkmodule in I-, L- und Y-Form zur Realisierung individueller Roboterkonfigurationen sowie Systemmodule, mit denen sich Zusatzfunktionen, wie zum Beispiel eine Kamera, integrieren lassen. Alle Module sind über das ATRO-Interface miteinander verbunden, das eine starre Verbindung garantiert und zudem die eingespeisten Medien durchleitet. Daten, Energie und Fluide (Druckluft, Vakuum oder Wasser) werden somit in der ATRO-Kinematik durch die Module innen geführt.
  • Herkömmliche Roboterlösungen führen diese außen und sind daher in der Rotation und Nutzung des Arbeitsraums eingeschränkt. Diese Limitierung entfällt bei der Beckhoff-Lösung vollständig – jede Achse ist endlos drehbar, was eine bessere kartesische Erreichbarkeit sowie kurze Positionierungswege ermöglicht. Weiterhin werden Störkonturen zum Beispiel wegen außen liegender Kabel und insbesondere bei Cobots Störmomente durch eine externe Medienführung vermieden. Hinzu kommt, dass über die ATRO-Interfaces die Medien wieder ausgeleitet werden und sich nahezu beliebige Roboter-Tools, beispielsweise komplexe Greifersysteme, einfach anbinden lassen.

Mithilfe von PC-based Control entwickelte roboterbasierte Schweißanlage

Um eine gleichbleibende Qualität der Schweißnähte sicherzustellen, verbietet sich eine Lüftung der Werkstatt. Daher müssen die Schweißer bei hohen Temperaturen und schlechter Lüftung die anspruchsvollen Schweißarbeiten durchführen – oder besser gesagt: Sie mussten es. Denn der auf Schweißtechnik spezialisierte Anlagenbauer WTEC aus Peking hat eine vollautomatische roboterbasierte Anlage für die hundertprozentige Tochtergesellschaft von XIZI United Holdings, einem der Top-500-Unternehmen in China, entwickelt und installiert. Laut WTEC wird damit erstmals vollautomatisches, robotergestütztes Schweißen bei der Fertigung von Aufzugstraversen eingesetzt.

Bildergalerie

Höhere Arbeitssicherheit, Qualität und Effizienz

Die Anlage verbessert nicht nur die Arbeitsbedingungen für die Werker; sie hebt ebenso die Effizienz und Qualität der Schweißungen auf ein neues Level. Großen Anteil daran haben PC-based Control und EtherCAT. Denn in der 25 m langen Roboterschweißanlage steuert ein Schaltschrank-Industrie-PC C6920 von Beckhoff – in Verbindung mit TwinCAT, diversen EtherCAT-Klemmen, Servoverstärkern AX5112 und Servomotoren AM8561 – sämtliche Schweißprozesse:

  • den auf einer Portalachse montierten Schweißroboter,
  • die Spann- und Hubsysteme sowie
  • alle vor- und nachgelagerten Abläufe.

Zu Letzteren zählen unter anderem die automatische Beladung und das Schweißen der typischen Fachwerke eines Fahrstuhls mit ihren oberen und mittleren Balken, den kleinen unteren Balken sowie den Befestigungsplatten der Schürzen und Glasklemmen.

Roboter muss verschiedenste Schweißaufgaben beherrschen

Vorgabe von XIZI war, fast alle Produkte und deren Varianten in einem Arbeitsgang herstellen zu können. Dementsprechend muss der Schweißroboter die verschiedensten Aufgaben beherrschen:

  • automatisches Laden und Schweißen der kleinen Unterbalken und Schrägbalken des Binders; der Glasklemmteile und der Schürzenbefestigungsplatten; des mittleren Balkens,
  • vertikales und horizontales Schweißen,
  • vertikales Aufwärtsschweißen sowie
  • verschiedene Schweißarten an wechselnden Positionen und Werkstückgrößen.

TwinCAT als durchgängige Steuerungssoftware

Für die Realisierung dieser anspruchsvollen Funktionen reicht ein Industrie-PC C6920 mit der Steuerungssoftware TwinCAT aus: SPS, HMI, NC-Bewegungssteuerung, Schweißrobotersteuerung, die automatische Generierung von Teach-Programmen – all diese Aufgaben laufen auf einer einzigen Steuerungsplattform. Dadurch bleibt die Architektur des Steuerungssystems einfach und übersichtlich. Die Bedienkonsole kommuniziert über das ADS-Protokoll mit der Steuerung; die Remote-I/Os der Hebe- und Klemmvorrichtung sowie der Portalachse des Roboters über EtherCAT und der von WTEC eingesetzte Schweißroboter über EtherNet/IP. Solche heterogenen Strukturen sind bei dem offenen Ansatz von PC-based Control problemlos umsetzbar: Bei Bedarf wäre das Ethernet-Interface des IPC auch für andere Protokolle konfigurierbar.

Verwendete Parametersätze werden archiviert

Im auf TwinCAT HMI basierenden Produktionssteuerungsprogramm verwaltet WTEC die Abläufe aller Schweißarten inklusive sämtlicher Parametersätze für den Schweißroboter. Nach der Anwahl eines Programms erhält der Schweißroboter die Parametersätze für die verschiedenen Schweißvorgänge. Nach Abschluss jeder Schweißung werden die vom Roboter verwendeten Parametersätze zurückgemeldet und archiviert.

Die Dokumentation aller Schweißungen ist im Aufzugsbau ein wichtiger Aspekt, zumal der Aufzugsspezialist auf der Anlage Aufzugstraversen für unterschiedliche Hersteller fertigt – meist mit eigenen Spezifikationen, Materialtypen und Losgrößen. Dank der hohen Funktionalität und Flexibilität von TwinCAT und PC-based Control können WTEC und XIZI diese Vielfalt abdecken.

* Stefan Ziegler ist im Editorial Management PR bei Beckhoff Automation tätig

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