Roboter für alle Fälle
Zeit ist Geld. Ein Grundsatz, der in besonderem Maße für die Materialprüfung gilt, denn zahlreiche metallverarbeitende Unternehmen stehen in der Qualitätssicherung vor großen Herausforderungen: Halb- und Fertigerzeugnisse müssen umfassende Materialanforderungen erfüllen. Dazu werden im Vorfeld bzw. fertigungsbegleitend verschiedene Versuche durchgeführt. Das führt in Branchen mit hohem Produktionsausstoß zu einem erheblichen Prüfaufkommen. Dementsprechend ist das Produktionsvolumen zunehmend an die personellen, kapazitiven und technischen Möglichkeiten in der Materialprüfung geknüpft. Der Einsatz von vollautomatischen Prüfsystemen kann hier Abhilfe schaffen und nimmt in der Qualitätssicherung weltweit zu. Immer häufiger kommen dabei spezialisierte Roboter zum Einsatz.
Robotergestützte Bewegungs- und Versuchsabläufe können heute bereits viele Anforderungen von Mess- und Prüfprozessen präzise und reproduzierbar umsetzen. Der damit verbundene Personen- sowie Zeitaufwand ist äußerst gering. Doch der Innovationsdruck auf die Hersteller von vollautomatischen Mess- und Prüfsystemen bleibt weiterhin groß. Anlagen müssen heute nicht nur ein hohes Prüfaufkommen bewältigen. Moderne Automatisierungstechnik zeichnet sich vielmehr auch dadurch aus, dass verschiedene Materialen und Prüflinge im Dauerbetrieb und ohne Unterbrechungen in einem zentralen Prüffeld untersucht werden können. Gefragt sind hier Greifmechanismen, die hochpräzise und mit einem großen Toleranzbereich für unterschiedliche Proben arbeiten.
Hohe Ansprüche an die Qualitätssicherung
Vor dieser Herausforderung stand auch ein großer deutscher Grobblechhersteller. Die Stähle, Grobbleche und Schlackenkübel des Unternehmens werden unter anderem in Stahlbrücken, Wolkenkratzern oder auch bei Offshore-Projekten eingesetzt. Weil der Erfolg mit den Anforderungen an die Belastbarkeit des Materials in den jeweiligen Einsatzgebieten einhergeht, stellt das Unternehmen hohe Ansprüche an die interne Qualitätssicherung. Hinzu kommt die Tatsache, dass der Produktionsausstoß des Unternehmens in den letzten Jahren kontinuierlich gestiegen ist. Die Folge ist ein ebenso gestiegenes Prüfaufkommen. Um dieses zuverlässig zu bewältigen, setzt der Grobblechhersteller auf ein neues vollautomatisches Prüffeld. Die Anlage wurde von den Firmen EKF Automation und Hegewald & Peschke gemeinsam entwickelt, um Metallzugversuche nach DIN6892-1 bei Bedarf rund um die Uhr durchzuführen. In diesem System durchlaufen Proben aus Qualitätsstahl verschiedene Stationen, wo sie vermessen und mit Prüfmarkierungen versehen werden. Da der Grobblechhersteller eine große Bandbreite an Stählen produziert und verarbeitet, müssen sechs verschiedene Probentypen, die sich in ihren Abmessungen und ihrer Materialzusammensetzung deutlich voneinander unterscheiden, hergestellt und geprüft werden. Um diesen Prozess möglichst effizient zu gestalten, werden einzelne Proben produktionsbegleitend hergestellt. Hierfür sollte ein neues Prüfzentrum entwickelt werden, das alle relevanten Proben zuverlässig und vollautomatisch prüft. Die neue Anlage sollte zudem alle für die Durchführung der Versuche notwendigen Vorbehandlungen selbst realisieren. Da die komplexe Aufgabe in einer besonders niedrigen Taktzeit zu bewältigen ist, mussten die Ingenieure eine Lösung für den störungsfreien Transport der unterschiedlichen Proben von Station zu Station ohne Umrüstungen finden. Das Herz dieser Lösung bildete ein Sechsachsroboter der Firma Kuka, für den EKF eine spezielle Greiftechnik entwickelt hat. Hinzu kamen eine optische Dicken- und Breitenmessstation sowie ein spezielles Markierungssystem für die berührungslose Dehnungsmessung. Hegewald & Peschke integrierte eine Prüfmaschine der Serie Inspekt 400 KN in das neue System, die an die speziellen Anforderungen angepasst wurde.
Spezialgreifer mit Fingerspitzengefühl
Auch der Spezialgreifer musste auf das besondere Anforderungsprofil des Kunden zugeschnitten werden. „Die Prüflinge haben relativ große Toleranzen und weisen unterschiedliche Abmessungen auf“, erklärt Andreas Kuß, Konstruktionsleiter bei EKF Automation. „Zudem werden die Proben im Prüfzentrum an mehreren Stationen bearbeitet, d.h. sie müssen zwischenzeitlich abgelegt, nach bestimmten Merkmalen ausgerichtet und an anderen Greifpositionen neu aufgenommen werden.“ Hinzu kommt die Tatsache, dass es um eine zerstörende Prüfung geht. Der Greifer muss also auch die zerstörten Proben fehlerfrei aus der Prüfmaschine entnehmen können, ohne die Kenntnis zu haben, an welcher Stelle die Proben gerissen sind und welches Aussehen die Reststücke haben. Die EKF-Ingenieure stimmten die Bewegungs- und Greifabläufe präzise auf die einzelnen Probentypen sowie die beengten Gegebenheiten im Prüfzentrum ab. Gleichzeitig statteten sie den Spezialgreifer mit einer für die engen Platzverhältnisse hohen Greifkraft von rund 1000N aus. Die erforderliche Genauigkeit in den unterschiedlichen Greifsituationen wurde durch die Entwicklung spezieller Greifbacken möglich. Ein in den Greifer integrierter axialer Ausgleichsmechanismus sorgt dafür, dass sich der Spezialgreifer flexibel an die unterschiedlichen Probenabmessungen anpasst. So können insgesamt sechs Probentypen ohne Umrüstung und Unterbrechung geprüft werden. Das Gewicht dieser Proben wird durch die hohe Steifigkeit des Greifers ausgeglichen.
