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Automatisierung einer Wellenmessmaschine

28. August 2019

Flexibilität und Schnelligkeit im Fokus

Ein optisches Wellenmesssystem, wie es Mahr mit der MarShaft Scope 750 plus entwickelt hat, arbeitet sehr schnell und bietet sich damit für den für den vollautomatischen Betrieb mit einem Roboter an. Gleichzeitig ist der Messplatz geeignet für viele unterschiedliche Werkstückformen, was hohe Anforderungen an die Flexibilität des zuführenden Roboters stellt. Zur Hannover-Messe präsentierten Mahr und YASKAWA eine gemeinsame Lösung, in der ein MRK-fähiger Hybridroboter MOTOMAN HC10 diese komplexe Handlingaufgabe erfüllt.

Mahr and YASKAWA presented this fully automatic optical shaft measuring system at the Hanover Fair 2019 / Auf der Hannover-Messe 2019 präsentierten Mahr und YASKAWA dieses vollautomatische optische Wellenmesssystem.

The MarShaft Scope 750 plus measuring system is specially designed for the automated inspection of rotation-symmetric workpieces, e.g. shafts and other rotating parts, in the harsh workshop environment. / Der Messplatz MarShaft Scope 750 plus ist speziell für die automatisierte Prüfung rotationssymmetrischer Werkstücke, beispielsweise Wellen und anderen Drehteilen, im rauen Werkstattbetrieb ausgelegt.

The MOTOMAN HC10 is a HRC-capable hybrid robot with a range of 1.2 m and a handling weight of 10 kg. / Der MOTOMAN HC10 ist ein MRK-fähiger Hybridroboter mit 1,2 m Reichweite und 10 kg Handhabungsgewicht.

With a flexible gripper, the robot can handle a wide range of workpieces. / Mit einem flexiblen Greifer kann der Roboter eine große Vielfalt an Werkstücken handhaben.

Ob Drehteile mit sicherheitsrelevanter Funktion in der Automotive-Branche oder Knochenschrauben in der Medizintechnik: Viele Industrieprodukte müssen besonders hohe Standards erfüllen – und erfordern deshalb eine präzise und reproduzierbare Messung zur Qualitätskontrolle. Gerade für große Durchsätze bzw. für Anwendungen mit hoher Prüftiefe haben sich hier verschiedene optische Messverfahren bewährt, da die Messungen meist sehr schnell erfolgen.

Ein solches Messsystem bietet die Mahr GmbH, die als Spezialist für industrielle Fertigungsmesstechnik ein breites Anwendungsspektrum im Bereich Qualitätsprüfung abdeckt, mit der Wellenmessmaschine MarShaft Scope 750 plus an. Die Lösung ist speziell für die automatisierte Prüfung rotationssymmetrischer Werkstücke, beispielsweise Wellen und anderen Drehteilen, im rauen Werkstattbetrieb ausgelegt. Das Messsystem tastet die zu prüfenden Werkstücke optisch – und damit berührungslos – ab und analysiert ihre Kontur innerhalb kürzester Zeit. Die Messgenauigkeit kann dabei je nach Aufgabenstellung bzw. Ausführung bis zu 0,0001 mm bzw. 0,0001° betragen. Das System bietet ein Höchstmaß an Flexibilität: viele verschiedene Geometrien und auch große Werkstücke von bis zu 600 mm Länge und 120 mm Durchmesser können vermessen werden. Neben der Hardware liefert dafür auch die Software MarWin EasyShaft durch ihre Spezialisierung auf die Vermessung rotationssymmetrischer Werkstücke wesentliche Vorteile.

 

Vollautomatisches optisches Wellenmesssystem

Insbesondere die hohen Durchsätze, die die MarShaft Scope 750 plus erlaubt, prädestiniert die Messmaschine für eine Automatisierung, zum Beispiel für die Be- und Entladung durch einen Roboter. Ein solches vollautomatisches optisches Wellenmesssystem präsentierten Mahr und YASKAWA auf der Hannover-Messe 2019. Die Bestückung der Messmaschine übernimmt dabei ein Industrieroboter MOTOMAN HC10 von YASKAWA. Er erfüllt mit einem flexiblen Greifer die besonderen Anforderungen, die die große Vielfalt an möglichen Werkstücken beim Handling stellt. Die Kommunikation zwischen Roboter und Maschinensteuerung erfolgt über eine Profinet-Schnittstelle MotoLogix, welche die Programmierung des Roboters im IEC61131-Umfeld und damit direkt über die SPS erlaubt.

In der Praxis sind Messmaschine und Roboter direkt neben der Produktionsmaschine bzw. der Produktionslinie positioniert, wo die frisch produzierten Werkstücke vollautomatisch geprüft werden. Der Roboter legt die zu prüfenden Teile selbstständig in die Maschine und entnimmt sie nach dem – ebenfalls vollautomatischen – Messvorgang wieder. Die Vorteile gegenüber einer herkömmlichen, manuellen Bestückung sind vielfältig: Der gesamte Qualitätssicherungsprozess läuft bei gleichbleibend hoher Messsicherheit schneller und zuverlässiger ab. Da Bedienerfehler nahezu ausgeschlossen sind, sind eine konstant hohe Messsicherheit und exakt reproduzierbare Messergebnisse gewährleistet. Gleichzeitig ist auch ohne größeren Personaleinsatz ein Rund-um-die-Uhr-Betrieb möglich.

 

MRK-fähiger Hybridroboter MOTOMAN HC10

In dieser konkreten Anwendung haben sich YASKAWA und Mahr für den Einsatz eines MOTOMAN HC10 mit Steuerung YRC1000 entschieden, einen hybriden Roboter mit 1,2 m Reichweite und 10 kg Handhabungsgewicht. Er bietet einen besonderen Vorteil: Als MRK-fähiger Hybridroboter erlaubt das Modell einerseits den direkten Kontakt mit dem Bediener im Rahmen einer Mensch-Maschine-Kollaboration (MRK). Wenn dies nicht erforderlich ist, lässt sich der MOTOMAN HC10 andererseits aber auch als vollwertiger Industrieroboter einsetzen und kann dann in voller Geschwindigkeit gefahren werden.

Als kollaborativer Roboter entspricht der MOTOMAN HC10 nicht nur den Vorgaben der Europäischen Maschinenrichtlinie (Richtlinie 2006/42/EG). Seine Steuerung YRC1000 mit FSU- und PFL-Platine erfüllt auch mindestens den Performance Level (PL) „d“ Kategorie 3 nach DIN EN ISO 13849-1 und übertrifft damit die Standardvorgaben. Die jetzt vorliegende Baumusterprüfungsbescheinigung („EC Type-Examination Certificate“) durch den TÜV Rheinland als benannte Stelle (Notified Body, NB) bestätigt die Konformität mit diesen spezifischen Vorgaben. Aus Sicht der deutschen und europäischen Sicherheitsnormen kann der MOTOMAN HC10 als Roboter mit Leistungs- und Kraftbegrenzung in der 4. Kollaborationsart gemäß der technischen Spezifikation ISO TS15066 eingesetzt werden. Die geforderte Sicherheit im direkten Kontakt mit dem Bediener gewährleistet er durch eine einzigartige 6-fache Kraft- und Momentenüberwachung, die eine flexible Interaktion zwischen dem Roboter und seiner Umgebung ermöglicht.

Durch sein gelungenes und ausgereiftes Design ist der 2016 erstmals als Prototyp vorgestellte MOTOMAN HC10 ein leistungsstarkes Beispiel für einen MRK-fähigen Roboter. Abgestimmt auf die Applikation benötigt er keine zusätzlichen Schutzmaßnahmen, wie beispielsweise eine Schutzumhausung, wodurch Platz und Kosten eingespart werden. Die Installation kann äußerst flexibel erfolgen und ist somit an verschiedenen Arbeitsplätzen und in unterschiedlichen Konzepten möglich.

Über die Sicherheitsaspekte hinaus stand bei der Konzeption des HC10 eine besonders nutzerfreundliche Bedienung im Fokus. Eine Programmierung kann optional über den „Easy Teaching HUB“ direkt am Roboter erfolgen. Stoppt der Roboter bei einem spezifisch eingestellten Kontakt, kann die Bewegung direkt am Roboterarm (Manipulator) wieder aktiviert werden. Der Roboterarm wurde sehr sorgsam und unter Berücksichtigung von ergonomischen sowie kollaborativen Aspekten konstruiert: Scharfen Kanten oder sonstige Störkonturen gibt es nicht; mögliche Quetschstellen wurden konsequent eliminiert.

 

Potenziale und Perspektiven

Über die technischen Aspekte und den daraus resultierenden Kundennutzen hinaus steht die Kooperation mit YASKAWA auch für den Anspruch von Mahr, weltweit führend im Bereich automatisierter Messtechnik zu sein. Denn das Unternehmen beobachtet aktuell eine steigende Nachfrage in diesem Bereich und sieht auch für andere Messmaschinen große Potenziale. Soll dabei ein Roboter zum Einsatz kommen, ist auch die Anbindung anderer Modelle jederzeit möglich – etwa aktuelle Handlingroboter der Serie MOTOMAN GP mit Traglasten von 7 bis 225 kg. Die optimale Automatisierungslösung richtet sich dabei immer nach der spezifischen Aufgabenstellung. Das passende Konzept – und damit auch die Wahl des Robotermodells – berücksichtigt zum Beispiel Parameter wie Prüftiefe, Gewicht und Form der Prüflinge sowie Produktionsgeschwindigkeit und Messzeit. Dem Anlagendesign sind dabei keine Grenzen gesetzt. So ist auch denkbar, dass mehrere Messplätze von einem zentralen Roboter versorgt werden.

Autoren: Dr. Andreas Kelling, Product Manager Marketing Engineered Solution Systems – Mahr GmbH, 37073 Göttingen

Dirk Drehsen, Project Manager Rental & Fairs – YASKAWA Europe GmbH Robotics Division, 85391 Allershausen

Bilder: YASKAWA

 

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