Ausgabe - 10 - 2012 - Produktion

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14 · Trends & Reports · Produktion · 8. März 2012 · Nr. 10 Interview Vier Fragen an drei Roboter-Experten von Kuka, Stäubli und Epson Robotersteuerung: Die Zukunft heißt ‚offen‘ Annika Mentgen, Produktion Nr. 10, 2012 Wie der Roboter der Zukunft dank offener Steuerung die Sprache des Anwenders und nicht mehr die einer ‚proprietären Insel‘ sprechen? Drei Experten stehen der Produktion hier Rede und Antwort. Was sind aus Ihrer Sicht Voraber auch Nachteile einer ‚offenen Robotersteuerung‘ für den Anwender? Kuka, Franz Groll: Für den Anwender bedeutet Offenheit, ein Robotersystem maßgerecht auf seine Applikation zuzuschneiden – gültig für das eigene ‚Look and Feel‘ als auch für standardisierte Hardwareschnittstellen. Ein Nachteil von Offenheit, der immer wieder ins Feld geführt wird, ist die zunehmende Komplexität, da es gilt, unterschiedlichste Anwendungen mit einer Steuerung zu realisieren. Jedoch finden die Kunden schnell ihre eigenen Wege und damit ihre eigene Identität in der Applizierung von Lösungen. Der Mehrwert für den Systemintegrator und damit auch für die Endkunden sind individuelle, genau passende Lösungen mit Standardkomponenten von Kuka-Roboter. Stäubli, Manfred Hübschmann: Stäubli bietet hier zwei prinzipiell unterschiedliche Lösungsvarianten. Zum Einen stellt ‚LLI (Low Level Interface)‘ Basisroutinen zur Roboteransteuerung zur Verfügung, über die sich der Roboter im Prinzip komplett fremdgesteuert betreiben lässt. Der Anwender hat hier alle Möglichkeiten, den Roboter unter Umgehung der Stäubli-Programmiersprache selbst zu programmieren. Diese Lösung ist sehr aufwändig und erfordert hohe Kompetenz des Anwenders, weshalb meist nur Universitäten und Forschungsinstitute darauf zurückgreifen. Wesentlicher einfacher gelingt die Fremdsteuerung unserer Roboter über die ‚ready to plug‘-Softwarelösung ‚UniVal Drive‘, eine Echtzeit-Schnittstelle zur Integration der Scara- und 6-Achs-Kinematiken in Fremdsteuerungen. Der Anwender kann den Roboter in der gewohnten Programmierumgebung seines Motioncontrollers programmieren, ohne sich mit der Robotersteuerung auseinander setzen zu müssen. Für den Bediener gibt es keine Nachteile. Allerdings sind die Funktionalitäten auf die Möglichkeiten der Fremdsteuerung begrenzt. Epson, Volker Spanier: Wir definieren eine Hardware als ‚offene Steuerung‘, wenn sie neben der traditionellen Steuerung von Robotern dank offengelegter Schnittstellen Links: Steuerung KRC4 Rechts: Kuka-Produktmanager Franz Groll: „Der Roboter der Zukunft spricht die Sprache des Anwenders.“ Bilder: Kuka beispielsweise durch Erweiterungen um zusätzliche Funktionen ergänzt werden kann. Von daher sind alle Epson-Steuerungen ‚offen‘, da Standardschnittstellen wie verschiedene Busschnittstellen oder diverse Software-Interfaces wie ‚Active-X‘ und ‚DotNET‘ immer vorhanden oder optional sind. Diese offene Steuerung ist stets durch passende Parametrierung auf das jeweilige Einsatzgebiet und die jeweilige Kinematik optimal anpassbar. Zwar können immer mehr verfügbare Third-Party-Steuerungen wie beispielsweise SPS ebenfalls Roboter steuern, jedoch nur in einer generellen, auf alle Systeme passenden Form. Für die meisten realen Anwendungen sind diese Generalisten den Spezialisten unterlegen. Wenn auf einer offenen Steuerung eher einfach gehaltene Programme vorhanden sind, könnte das Sicherheitsrisiko für den Anwender steigen. Wie reagiert ein Vier Fragen an... ▶▶ Franz Groll, Produktmanager bei der Kuka Roboter GmbH ▶▶ Manfred Hübschmann, Geschäftsführer Stäubli Robotics Deutschland ▶▶ Volker Spanier, Leiter Factory Automation, Epson Deutschland GmbH Roboterhersteller auf dieses Problem? Kuka, Franz Groll: Ein offenes Systemdesign erfordert sauber gekapselte Module in Hard- und Software mit jeweils klar definierten Schnittstellen. Ein Beispiel dafür ist das ISO/ OSI-Schichtenmodell, Basis für Standard-Kommunikationssysteme: Ohne eine definierte Architektur ist Sicherheit nicht zu gewährleisten. Kuka hat im Zuge der neuen KRC4-Steuerung extrem viel Gewicht auf ein sauber modelliertes System-Design gelegt und damit die Plattform für maximale Betriebssicherheit geschaffen. Modularität ist mitnichten ein Sicherheitsrisiko, eher schon proprietäre, überbordende Programmabläufe. Die Offenheit eines Steuerungssystems lässt sich aktuell mit der Analogie zu modernen Smartphone- Betriebssystemen vergleichen. Wenn die Plattform sicher gestaltet wurde, lassen sich erfolgreich zahllose Applikationen realisieren, ohne das Gesamtsystem zu gefährden. Stäubli, Manfred Hübschmann: Die betriebssystemseitigen und hardwaretechnischen Sicherheitsfunktionen sind weiterhin aktiv. Für die Roboterkinematik und die sichere Bewegungsplanung ist im Falle UniVal allerdings der Hersteller des Motioncontrollers verantwortlich, im Falle von LLI der Programmierer selbst. Epson, Volker Spanier: Betrachten wir unsere eigenen Steuerungen unter diesem Aspekt, taucht ein solches Risiko kaum auf, da Steuerung und Roboter eine integrale Einheit bilden. Für die Steuerungen von Fremdanbietern muss dies nicht der Fall sein, da einmal gefundene Schwachstellen natürlich auch bei jedem anderen System existieren, die diese Steuerung einsetzen. Epson-Steuerungen hingegen besitzen eine sehr transparente, robuste Struktur und ermöglichen daher auch ein einfaches Korrigieren möglicherweise vorhandener Schwachstellen. Links: Epson-Steuerung RC 180 Rechts: Volker Spanier, Leiter Factory Automation, Epson Deutschland GmbH: „Die Verwendung fremder Steuerungen wird durch Epson zur Zeit nicht unterstützt.“ Bilder: Epson Für welche Art von Roboterapplikationen sind offene Steuerungen sinnvoll, für welche nicht? Kuka, Franz Groll: Für spezifische Applikationen, die nur wenig Kommunikation brauchen, also beispielsweise spezialisierte Serviceroboter wie Rasenmäher oder Staubsauger, sind in sich geschlossene Steuerungen der Standard. Selbst für wiederkehrende, multiplizierbar nahezu identische Anwendungen in der Automobilindustrie sind in sich geschlossene Steuerungen einsetzbar. Anders hingegen verhält es sich für spezielle Robotersysteme, deren Rahmenbedingungen oder Parameter sich aufgrund diverser Anpassungen ständig verändern. Hier sind flexible, offene Systeme klar im Vorteil. Eine flexible Fertigung, verlangt auch vom Roboter ein Höchstmaß an Flexibilität. Er erhält mit der Integration von Vision-Systemen und SPS-Steuerungen die Augen und das Gehirn, um selbständig handeln und interagieren zu können. Ein geschlossenes System ist hierbei sicher viel schwerer in eine Umgebung zu integrieren, die vielfältig und variabel ist. Dem Trend folgend geht die Industrierobotik immer mehr den Weg in Richtung Bearbeitung. Wenn nicht die hohe Präzision von Werkzeugmaschinen gefordert ist, kann ein Roboter bei Beherrschung der Bearbeitungssprache ‚G-Code‘ durchaus die Aufgaben einer effizienten, kostengünstigen Werkzeugmaschine übernehmen mit dem Vorteil eines sehr großen Arbeitsbereichs. Der Roboter der Zukunft spricht die Sprache des Anwenders und nicht die einer proprietären Insel. Stäubli, Manfred Hübschmann: Während die LLI-Alternative aufgrund ihrer Komplexität nur für Applikationen in Frage kommt, die sich mit der robotereigenen Steuerung nicht darstellen lassen, bietet UniVal insbesondere für OEMs, die bereits Motionsteuerungen einsetzen und den Roboter voll in ihre Maschine integrieren wollen, eine interessante Alternative. Nicht sinnvoll ist der Einsatz im klassischen Sondermaschinenbau, da dort die speziellen Fähigkeiten der Programmiersprache der Robotersteuerung benötigt und genutzt werden. Epson, Volker Spanier: Die ‚offene‘ Robotersteuerung eignet sich sicherlich für fast alle existierenden Anwendungen, sofern entsprechende Kinematiken verfügbar sind. Es ist zwar möglich, dass einzelne hochspezielle Aufgaben mit Hilfe externer Lösungen ebenfalls gut adressierbar sind, eine Kombination verschiedener, nicht zueinander passender Systeme ist jedoch selbst eine potenzielle Schwachstelle und daher empfehlen wir auch in diesem Fall die Herstellerlösung der Links: Stäubli-Steuerung CS8C Rechts: Manfred Hübschmann, Geschäftsführer Stäubli Robotics Deutschland. Bilder: Stäubli Kinematik zu nutzen. Eine weitere Möglichkeit bietet die Verwendung spezieller Middleware wie beispielsweise ‚LabView‘, um sehr spezielle Anforderungen mit einem Roboter angehen zu können. Hier wird für Epson-Roboter in Kürze eine Möglichkeit vorliegen. Bislang sind die hauseigenen Steuerungen eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale der Roboterhersteller untereinander. Wenn die Steuerungen offengelegt werden: Wie wirkt sich das auf das künftige Geschäft und die Strategie Ihres Hauses aus? Kuka, Franz Groll: Offen gelegt werden stets nur Hard- und Softwareschnittstellen und nicht die eigentliche Implementierung, in der das Firmen Know-how und die Qualität verankert ist. Standardisierte Programmiersprachen wie die IEC61131 für die SPS oder der G- Code nach DIN/ISO bei Werkzeugmaschinen sind über Jahrzehnte gewachsen und stellen somit einen sehr umfangreichen und gebrauchstüchtigen Sprachschatz dar. Die Tendenz zum übergreifenden Sprachgebrauch auch in der Roboterprogrammierung ist durchaus ersichtlich. Wer hier als Roboterhersteller den Weg zu mehr Offenheit sucht, wird meines Erachtens zukünftig wegbestimmend sein. Im Gegensatz dazu wird proprietärer Sprachgebrauch immer mehr ein Inseldasein führen! Branchen- und applikationsübergreifend gibt es für mich nur den offenen Weg, den Robotersteuerungen in der Zukunft gehen müssen. Stäubli, Manfred Hübschmann: UniVal ist als Erleichterung der Einsatzmöglichkeiten eines Robotersystems für den Maschinenbauer zu betrachten und stellt für den Bediener eine deutliche Vereinfachung im Umgang mit der Maschine dar. Damit wird auf beiden Seiten die Hemmschwelle für den Einsatz eines Industrieroboters heruntergesetzt, wodurch wir uns eine zusätzliche positive Auswirkung auf unser Geschäft erwarten. LLI ist als Erweiterung der Möglichkeiten für den Einsatz eines Robotersystemes zu betrachten und wirkt sich aufgrund der Komplexität kaum auf unser Geschäft und die Strategie aus. Epson, Volker Spanier: Die offene Herstellersteuerung ist für uns unabdingbar, da sie den besten Nutzen für unsere Kunden bietet. Die Verwendung fremder Steuerungen wird durch Epson zur Zeit nicht unterstützt.
8. März 2012 · Nr. 10 · Produktion · Trends & Reports · 15 LASERTECHNIK ‚Lichtkraft‘ für die Verbundwerkstoffe PRODUKTION NR. 10 , 2012 Die Lasertechnik bietet neue Potenziale bei der Be- und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen, insbesondere kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK). Sie erschließt neue Möglichkeiten beim Schneiden, Bohren und Verschweißen. STUTTGART (HI). Die Be- und Verarbeitung von Verbundwerkstoffen stellt eine besondere Herausforderung dar. Sie bildet oft eine der größten Hürden beim Ersatz metallischer Werkstoffe in der Großserie. Das Werkzeug Laser kann zur Lösung der Probleme beitragen, wie auf der Lasys, der internationalen Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung, vom 12. bis 14. Juni 2012 in Stuttgart, zu sehen sein wird. Verbundwerkstoffe sind, anders als Metalle, physikalisch inhomogen. Es sind aber gerade diese unterschiedlichen Eigenschaften, die in einem neuen Werkstoff zusammengeführt und vorteilhaft genutzt werden. Das macht die Be- und Verarbeitung allerdings schwierig, wie Prof. Dr. Thomas Graf, Direktor des IFSW Institut für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart, erklärt: „Einerseits beeinflusst diese Inhomogenität die Ausbreitung des Laserstrahls, andererseits ist die Wärmeleitung sehr anisotrop und die für die Ablation der Materialien entscheidenden Parameter sind sehr unterschiedlich.“ Die Folge: Bei falscher Prozessführung könn- Eingespieltes Team: Tapelegekopf der Firma AFPT in Kombination mit einem Diodenlaser. Bild: AFPT ten die hohe Wärmeleitfähigkeit der Karbonfasern in CFK und die sehr unterschiedlichen Eigenschaften von Karbon und Kunststoff die Kunststoffmatrix stark schädigen. Am IFSW werden diese grundlegenden Aspekte untersucht, um Leitlinien für eine optimierte Prozessführung entwickeln zu können. Prof. Graf: „Sie stellen eine große Herausforderung für die Entwicklung geeigneter Laseranlagen dar. Hier sind insbesondere sehr hohe Vorschubgeschwindigkeiten, hohe Genauigkeit bei hoher Dynamik und eine präzise Fokuslagenregelung zu nennen.“ „Die Herausforderung für die Laserbearbeitung besteht darin, eine möglichst hohe Flächenleistung bei homogener Energieeinbringung zu erreichen, beispielsweise für große Bauteile aus der Luftfahrtindustrie oder Endlosrohre im Off- und On-Shore-Bereich“, ergänzt Michael Nagel, technischer Vertriebsleiter der Laserline GmbH in Mülheim-Kärlich. Hauptvorteil des Lasers sei die materialschonende, effiziente Bearbeitung thermoplastischer Faserverbundwerkstoffe, die in der Regel in Form eines Bandes (Tape) vorliegen, in einem Prozessschritt und ohne Materialzusatz. Duroplaste benötigten hingegen spezielle Epoxidharze, die bei zirka 400 °C und 20 bar Druck in speziellen Heißluftautoklaven verpresst und ausgehärtet würden. Laserline setzt bei der Verarbeitung von Verbundwerkstoffen vor allem auf hocheffiziente Diodenlaser, die derzeit bis 15 000 W hergestellt würden, und entsprechend entwickelte Optiken. „Sie reichen auch bei großen Fokusabmessungen für breite Tapes aus und stellen die Energie für den Schweißprozess entsprechend ho- mogen bereit.“ Die unterschiedlichen Eigenschaften in Verbundwerkstoffen bedingen „sehr unterschiedliche optische und thermische Eigenschaften der Verbundpartner, die bei der Bearbeitung mit kontinuierlich emittierenden Lasern zu sehr ungleichmäßigen Bearbeitungsergebnissen führen“, weiß auch Dr. Wolfram Rath, Produktmanager für Laserstrahlquellen der Rofin-Sinar Laser GmbH in Hamburg. Helfen könnten in dieser Situation Verfahren mit kurzer Wechselwirkungszeit: „Dies lässt sich entweder durch entsprechend kurze Pulsdauer der Laserstrahlung oder durch entsprechend schnelle Bearbeitungsgeschwindigkeiten erreichen.“ Verbundwerkstoffe werden immer wichtiger Verbundwerkstoffe wie CFK werden vor allem wegen ihres geringen Gewichts immer wichtiger – hauptsächlich in den Mobilitätsbranchen, wie der Automobilindustrie oder der Luft- und Raumfahrt. Die Hersteller von Laserstrahlquellen wollen natürlich nicht abseits dieses sich bildenden Milliardenmarktes stehen. Rath: „Wir sind sehr daran interessiert, Lösungen für die Bearbeitung dieser Werkstoffe bereitstellen zu können.“ Man stehe in engem Kontakt zu vielen Laserinstituten, „wir beobachten die Bearbeitungschancen dieser Materialien sehr genau“. Auch in den eigenen Applikationslaboren führe man Anwendungsversuche durch. „Hierbei setzen wir Laser aller Technologien und Wellenlängen ein, Festkörper- beziehungsweise Faserlaser genauso wie CO 2 -Laser.“ Die Nase vorn hat derzeit wohl der CO 2 -Laser. Erste Mit Diodenlaser gewickeltes Rohr aus faserverstärktem Kunststoff. Bild: Laserline Ergebnisse zeigten, dass sich seine Wellenlänge für die Bearbeitung von Verbundwerkstoffen im Betrieb mit kontinuierlicher Strahlung besonders gut eigne. Andererseits könnten „aber auch Ultrakurzpulslaser für diese Anwendungen interessant sein, die aufgrund ihrer extrem kurzen Pulsdauern praktisch keinen Wärmeeintrag in das zu bearbeitende Material verursachen“. Fazit: Das Beherrschen der physikalischen Grundlagen in der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Verbundwerkstoff ist die Voraussetzung für produktive und qualitativ hochwertige Prozesse und geeignete Anlagenkonzepte. Daran arbeitet das IFSW in Kooperation mit Unternehmen und anderen Forschungseinrichtungen. www.produktion.de Technik und Wirtschaft für die deutsche Industrie Vision-Sensoren von Keyence Keyence ließ bei der Neuentwicklung seiner Vision-Sensoren der Modellreihe IV seine langjährige Erfahrung im Bereich der industriellen Bildverarbeitung einfließen. Das Ergebnis stellt einen kostengünstigen und benutzerfreundlichen Bildverarbeitungssensor dar, welcher neue Maßstäbe in der Anwesenheitserkennung setzt. Beispiel einer konventionellen Anwesenheitserkennung Einfache, stabile Erkennung mit einem einzigen Bildverarbeitungssensor www.keyence.de BENUTZERFREUNDLICH STABILE ERKENNUNg ERSCHwINgLICHER PREIS Erfahren Sie mehr: 06102-3689-0 - info@keyence.de
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