1. Augsburger Produktionstechnik Kolloquium Entwicklung einer Multi Funktionalen Roboter Zelle kurz: MFZ

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Sigrid Bader
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2 Entwicklung einer Multi Funktionalen Roboter Zelle kurz: MFZ Stefan Bayer ( KUKA Systems GmbH )

3 Historie Technologie Anlagenbau ( Beispiel Automobil ) KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 3

Quo Vadis Technologie Anlagenbau 2007 Heute 2016 2026 Entwicklung Automobil 2007 2016/26 Stand der Technik 2007/8

Manufaktur wegen : Stückzahl & Prozessen mit bedingter Standardisierung... Automations Sonderlösungen zu: spez.

.. ) Siemens SPS & CNC Technologie Stand der Technik 2016/26 Themensammlung: Mehrfachbearbeitung an Grossbauteilen

4 Quo Vadis Technologie Anlagenbau 2007 Heute Entwicklung Automobil /26 Stand der Technik 2007/8 Jigless Stand der Technik 2016/26 Entwicklung Luftfahrt / Leichtbau 2016/26 Stand der Technik 2010 Manufaktur wegen : Stückzahl & Prozessen mit bedingter Standardisierung... Automations Sonderlösungen zu: spez. Aufgaben ( z.b. Bohren u. Nieten, Coriolis... ) Siemens SPS & CNC Technologie Stand der Technik 2016/26 Themensammlung: Mehrfachbearbeitung an Grossbauteilen Prozess - / Varianten - Flexibilität Standardisierung -- Plug& Play -- CNC Kernel Robotik Mensch Maschine Interaktion Mobil Integrierte Qualitätssicherung KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 4

5 Erstabstimmung - DLR ZLP Ausrichtung bei KUKA Quelle / Auszüge DLR Präsentation KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 5

Anspruch des DLR gegenüber Bund und Land KUKA Intention Quelle: 2009, DLR KUKA Systems GmbH AS-A Bayer 18.05.

6 Anspruch des DLR gegenüber Bund und Land KUKA Intention Quelle: 2009, DLR KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 6 Entwicklung Produktiontauglicher Automatisierung Ziel einer Kooperation mit KUKA Systems in 2009 Inhalte mussten weiter detailiert werden

7 Prämissen für MFZ Erstskizze mit Vorhabenbeschreibung Umstieg von Manufaktur zu Produktion: => Manueller Zugriff erforderlich für Zugänglichkeit => Wenig störende Strukturen im Formbereich => Mensch/ Maschine Interaktion ( mit LBR = Leichtbauroboter ) Zielbauteil Erstausrichtung Rumpfschale A30X => Form Länge 16/ 8m Radius 2,1m => Bereitstellung der Effektoren & Material nahe Werkzeug => Großer Arbeitsbereich durch Portalachsen mit LBR => Mittlere / hohe Traglast durch Roboter auf Verfahrachse KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 7

8 Erste Konzeption der MFZ ( Übersicht animiert ) LBR auf Portalachse Materialbereitstellung Werkerzugang Effektoren Werkzeug IR auf Verfahrachse IR auf Verfahrachse Programmierbarer Arbeitsbereich Stahlbetonstruktur KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 8

9 Erste Konzeption der MFZ ( 3D pdf ) 3D-pdf KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 9

10 Phasenplan: von Skizze zur Multifunktionalen Zelle ( Plan 2009 ) Erstskizze Vorhabenbeschreibung Erstspezifikation Technikumsanlage Basis Arbeitspaket: Multifunktionale Zelle Zelle Zelle Zelle Weitere Arbeitspakete: Cutter Logistik Externe Führung/ Ref. Roboter Zuschnitte Legen AP2 AP3 AP1 AP2 AP3 AP2 AP3 Rollenware Legen AP4 Preforms und Einlegeteile AP5 Vakuumaufbau AP6 Kooperation Mensch / Maschine AP7 AP7 AP7 KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 10

11 DLR-ZLP --- Phasenplan in der Umsetzung Erstskizzenerstellung & Kooperationsvertrag August 2009 Skizzenphase mit Spezifikationserstellung ( 07 bis 12/2009 ) Realisierung und Umsetzung 04/2010 bis Ende 2012 Absicherungsphase: Testaufbau SIGMA Halle & Absicherung Technologie 1. Arbeitspaket Auslegungs- & Konstruktionsphase 1 April 2010 Ende Arbeitspaket Detailkonstruktion & Evaluierung Technologie Dez Ende Juni Umsetzungsphasen: Umsetzung MFZ & Validierung Prozesse Bau & Basis-Inbetriebnahme MFZ Juli Mai 2012 Realisierung/ Umsetzung MFZ (DLR / KUKA) 3. Arbeitspaket Prozesstechnik & Validierung Mai.2012 Ende Arbeitspaket KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 11

12 Absicherungsphase 1 & 2 : Übersicht Arbeitspakete Basis AP Testaufbau SIGMA Halle und Entwurf Multifunktionale Zelle TEZ Technologie- Erpropungs- Zelle MFZ Multi- Funktionale- Zelle ( ca 12/2010 ) AP2 - Externe Führung Roboter (Nachführung, Aktives Finden Lage Bauteil) incl. Entwicklung Führungsrechner AP3 - Konstruktion Endeffektor (Zuschnitte Legen) AP7 - Kooperation Mensch / Maschine KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 12

13 Absicherungsphase 1 & 2 : T E Z Technologie Erprobungs Zelle kurz TEZ SIGMA Halle : Neue Steuerungsgeneration KRC 4 mit KUKA Quantec ( Erste Anwendung ausserhalb Automotive ) Erfahrungen & Tests mit neuer Generation Test zum Thema externe Führung Prüfung verschiedener neuer Softwarestände...( laufend ) Ablagetests mit Prototypengreifer Shakertests ( KW 21/ 2011 ) KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 13

T E Z --- Einsatz neuer Produktgeneration QUANTEC Serie KR C4

WorkVisual Merkmale ( Auszugsweise ): Roboterfamilie

(20%) höhere Genauigkeit ( WH ) Steuerung mit vielfältigen

.. Bewegungs- und Sicherheitssteuerung in einer Einheit =>

14 T E Z --- Einsatz neuer Produktgeneration QUANTEC Serie KR C4 smartpad KUKA.WorkVisual Merkmale ( Auszugsweise ): Roboterfamilie -Traglastbereich 90 bis 300 kg max A-Raum 3,1 m höhere Dynamik (20%) höhere Genauigkeit ( WH ) Steuerung mit vielfältigen Integrationsmöglichkeiten Process Controll, CNC Kernel... Bewegungs- und Sicherheitssteuerung in einer Einheit => geänderte Sicherheitskonzepte möglich Roboter Sensor Interface RSI mittelfristig in 4 ms... KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 14

Achse Externer Steuerungsrechner zur Korrekturwertberechnung Externes

15 TEZ --- Externe Führung TCP -- Erstanforderung und Versuchsaufbau KRC4 als Steuerung mit Quantec KR210R2700 prime auf 7. Achse Externer Steuerungsrechner zur Korrekturwertberechnung Externes Messystem: Leica AT901xR w/ controller AT900 KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 15

16 TEZ --- Externe Führung TCP & Korrektur Rob Root Im ersten Schritt abgebildet und getestet mit einem Lasertracker System offen für Anbindung alternativer Systeme Ergebnisse für Onlineführung und Positionskorrektur i.o. ohne externe Führung Verschattungsthematik bei optischem System führt zu Restriktionen Korrektur Rob Root ( aktuell in Versuchsplanung ) mit externer Führung Positioniergenauigkeit (1) ± 0.9 mm < ± 0.2 mm Bahngenauigkeit (2) ± 1.2 mm (3) < ± 0.3 mm (3) Tracking-Geschwindigkeit (4) entfällt 300 mm/s (1) bei Geschwindigkeitsreduktion auf 70 mm/s vor Erreichen Zielpunkt (2) für Linearbewegungen mit unterschiedlichen Achskonfigurationen (A1-6, A1-7, A7) (3) für Bahngeschwindigkeiten bis 300 mm/s (4) erreichbare Trackinggeschwindigkeit definiert durch Einhalten der spez. Positionier- und Bahnfahrgenauigkeiten KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 16

17 MFZ --- 3D Darstellung mit Animation 3D-pdf KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 17

Switches Backbone MFZ --- Steuerungskonzept I Konzeptdarstellung Hybridkabel (Netz+Power) Backbone Switch z.b. Fasttrack Harting Führungsrechner z.

ProfiNET safe / EtherCAT safe / GIGE Robo-team Netzwerk - VISU - Konfig.

.. Endeffektor Gondel # Identsystem Fingerabdruckscan ProfiNET WLAN safe ProfiNET WLAN safe # CP 343-1 ERPC Datenbankanbind. ( z.

18 Switches Backbone MFZ --- Steuerungskonzept I Konzeptdarstellung Hybridkabel (Netz+Power) Backbone Switch z.b. Fasttrack Harting Führungsrechner z.b. Beckhoff Roboportal CU Kat 6 WLAN Optional Smartpad Roboteam MobileView -AnlagenVisualisierung -Remote Desktop Fkt. Übergabepkt. ProfiNET safe / EtherCAT safe / GIGE Robo-team Netzwerk - VISU - Konfig. SoftPLC: # MathLab # LabView # SIEMENS WinAC-F # Beckhoff TwinCAT Greifer;... Endeffektor Gondel # Identsystem Fingerabdruckscan ProfiNET WLAN safe ProfiNET WLAN safe # CP ERPC Datenbankanbind. ( z.b DB2, Oracle, MySCL, Microsoft SQL ) Drivesmobile Hubtisch; Werkzeug SEW Safetymobile Sicherheitsabtrennung Hallenübergabepunkt LWL/400V LWL Energieverteilung - 400V - 230V - 24V Blindose 400V / 24V 10 m 5 m 10 m 5 m CU Kat 6 10 m Leitrechner CU Kat 6 Energiebus Energievers. KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 18

19 KLI KLI KLI KLI RSI KIR OUT Smart Pad KIR IN Smart Pad KIR OUT KIR IN Smart Pad KIR OUT KEB KIR IN Smart Pad KEB ProfiSafe / RSI EtherCAT Ethernet GigE EtherCAT optional WLAN MFZ --- Steuerungskonzept II Konzeptdarstellung Flyer / Endeffector Endeffector Endeffector SEW Prozess Drivesmobile Hubtisch; Werkzeug, Sicherheit VISU - RDT Bedienung VISU - RDT Ext.Führung: PC EtherCAT-Bridge: EtherCAT-Master/ EtherCAT-Master Anlage/Zelle Option ist ungetestet! Switch/ Multiplier Koordination Datenbank Server WIN AC KUKA.WorkVisual TwinCat 3 LabView MathLab Ethernet KUKA Ethernet EtherCAT ProfiSafe KIR Kooperierende Industrieroboter KLI Line Interface SmartPad (KCP) KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 19

20 MFZ --- Sicherheit Hallenebene Konzeptdarstellung Not-Halt Quit./Start Quit. Lichtgitter feste Schutzeinrichtung B4 mobile Schutzeinrichtung B4/1 feste Schutzeinrichtung B1 Bereich 4 mobile Schutzeinrichtung Mitte Bereich 1 mobile Schutzeinrichtung B3/4 mobile Schutzeinrichtung B1/2 Bereich 3 Bereich 2 feste Schutzeinrichtung B3 mobile Schutzeinrichtung B2/3 feste Schutzeinrichtung B2 Fahrstrasse Sender BWS Empfänger BWS KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 20

MFZ --- Übersicht Seitliche Portale mit 2x Portale li ( mit Arm KR 240 R2500 Prime ) mit 1x Portal re. ( dito ) Mittige Verfahrachse mit 2x KR270 R2700 Ultra C mit 1x zus.

21 MFZ --- Übersicht Seitliche Portale mit 2x Portale li ( mit Arm KR 240 R2500 Prime ) mit 1x Portal re. ( dito ) Mittige Verfahrachse mit 2x KR270 R2700 Ultra C mit 1x zus. Tenderwagen Oberes Maschinengestell Stahlkonstruktion als Tragwerk Unteres Maschinengestell Stahlbeton Ringfundament mit 4 Säulen Sicherheitskonzept Konfektionierbar für Forschungsbetrieb ohne trennende Schutzeinrichtungen Spannfeld ( entkoppelt ) integrierte Kanäle & Halfenschienen KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 21

22 MFZ --- Ausblick und Übersicht aktuelle Themen im DLR ZLP Projekt MFZ Multi- Funktionale- Zelle Vision: KUKA Portal im Windkraftbereich Externe Führung über die Bahn Mensch - Maschine - Kooperation TEZ Technologie- Erpropungs- Zelle Legen trockener Textilien DLR ZLP- KUKA Systems Kooperation TEZ & MFZ KUKA Eng. +Bau TEZ, MFZ AP 2 AP 3 AP 7 KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 22

23 Für Rückfragen stehe ich gerne zur Verfügung KUKA Systems GmbH AS-A Bayer Seite 23

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