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Entscheidung für die DEPRAG AST10 als Schraubsteuerung

Dipl.-Inf. Markus Michl entschied sich für die DEPRAG AST10 als Schraubsteuerung „weil uns die einfache Integration in unser Steuersystem überzeugt hat“. Zentrale Steuerungskomponente der prototypischen FAPS Montageanlage ist ein PC, der über verschiedene Schnittstellen an die einzelnen Gerätesteuerungen - wie auch die AST10 - gekoppelt ist und diese bedarfsgerecht ansteuern kann. Über Ethernet ist eine Verbindung des Steuerrechners mit den beiden Maschinensteuerungen der Industrieroboter gewährleistet, denen über Datenpakete im XML-Format Fahranweisungen von extern vorgegeben werden können.

Ebenso besteht eine Ethernet-basierte Kommunikationsverbindung zum Hexapod

Über USB Schnittstellen sind ferner zwei IO-Warrior (Microcontroller zur Prozessüberwachung) angeschlossen, die SPS-typische Aufgaben, wie das Setzen und Lesen von digitalen Ein- bzw. Ausgängen, erlauben. Über die IO-Warrior sind Aktoren (Magnetventile zur Druckluftsteuerung) und Sensoren (Kontrolle des Schraubenzuschusses, Erkennung der Zustellposition der Lineareinheit) zur Koordinierung der Arbeit des Vibrationswendelförderers sowie der Zuführkomponenten mit dem Steuerrechner verbunden.

Die DEPRAG Schraubensteuerung AST10 ist über ihren PLC-Port mit dem IO-Warrior vernetzt. Über diese Kommunikationsschnittstelle wird der Schraubsteuerung die Auswahl des Schraubprogramms mitgeteilt, die Startfreigabe zur Verschraubung gegeben sowie Rückmeldungen seitens der Schraubsteuerung (System IO/NIO, Verschraubung IO/NIO) empfangen. Darüber hinaus bestehen Serielle und Ethernet-Verbindungen zur Schraubsteuerung, um im Rahmen der Prozessüberwachung detaillierte Informationen über den Verlauf des Schraubvorgangs zu erhalten.

Über die serielle Verbindung werden Datenstrings übermittelt, die z.B. Informationen über Endanzugsmomente der Schrauben oder Fehlercodes enthalten. Der Inhalt dieser Datenstrings kann vorab über das webbasierte Konfigurationsinterface der AST10 Steuerung konfiguriert werden. Über einen http-Request kann zur Prozessanalyse und Dokumentation eine detaillierte Datenaufzeichnung des Schraubvorgangs abgerufen werden. Somit stehen beispielsweise Drehmoment, Drehwinkelverlauf und Nummer der Schraubphase im Takt von wenigen Millisekunden zur Analyse im Fehlerfall und damit zur Prozesskontrolle zur Verfügung.

Bedienerfreundliche zentrale Koordinierung der gesamten Montagezelle

Mit diesen datentechnischen Verknüpfungen sind für Dipl.-Inf. Markus Michl optimale Voraussetzungen für eine bedienerfreundliche zentrale Koordinierung der gesamten Montagezelle geschaffen. Um diese für den Nutzer so einfach wie möglich zu machen, werden elementare Funktionen wie Roboter- oder Hexapodbewegungen, die Zuführung von Schrauben oder die Ausführung von Schraubprogrammen in einer Ablaufsteuerung zusammengefasst, die in der objektorientierten Scriptsprache Python implementiert ist.

Dadurch wird der Bediener enorm entlastet: Die zeitaufwändige und fehleranfällige Arbeit der Erstellung von Ablaufprogrammen entfällt. Seine Aufgabe ist es lediglich, in einem vorgegebenen Datenformat Arbeitsanweisungen an die Geräte zu spezifizieren. Das gewählte Datenschema enthält immer fünf Elemente nach dem Schema „Auftragsname/Vorbedingung/Maschinenname/Befehl/Parameter“.

Und so läuft die vollautomatische Türmodulmontage ab

Das Türmodul mit den bereits aufgebrachten Flachleiterkabeln sowie der zu montierende Lautsprecher werden über das interne Transfersystem zugeführt. Das Türblech ist als Basiskomponente auf einer Palette fixiert, die auf den Hexapod gespannt wird. Anschließend nimmt der Roboter, der mit dem Kontaktierungsgreifer ausgestattet ist, den Lautsprecher auf und setzt diesen an die vorgegebene Montageposition. Dabei wird bereits die Kontaktierung zwischen Flachleiterkabel und Lautsprecher hergestellt. Hauptschwierigkeit: Der Roboter muss diese Position solange beibehalten, bis der Lautsprecher dauerhaft durch Verbindungs-elemente fixiert, also verschraubt ist.

Das ist die Aufgabe des zweiten Roboters, der das Schraubwerkzeug handhabt. Dieser fährt jeweils eine Verbindungsstelle an, woraufhin die Schraube zugeführt wird. Damit wird der Schraubvorgang ausgelöst und die Schraube auf Drehmoment eingedreht. Dieser Vorgang wird für alle Verbindungsstellen wiederholt. Danach kehren die beiden Roboter in die Ausgangsposition zurück, das montierte Türmodul wird wieder aus der Zelle ausgeschleust.

Dipl.-Inf. Markus Michl hebt das Potential der Forschungsanlage hervor: „Aufgrund der entwickelten flexiblen Software-Frameworks ist auch die Erprobung weitaus komplexerer Abläufe mit mehreren auf dem Türmodul zu kontaktierenden Komponenten mit minimalem Aufwand umsetzbar.“

Auch die Fertigung anderer Moduleinheiten sowie der Einsatz modifizierter Kontaktierungs-technologien könne ohne weiteres realisiert werden. Vor einer breiten Verwendung dieser neuen Technologie im Automobilbau müssen allerdings noch weitere abschließende Untersuchungen folgen. In Langzeituntersuchungen wollen die Wissenschaftler unter anderem die Zuverlässigkeit dieser und anderer alternativer Verkabelungs- und Kontaktierungsarten analysieren.

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