Case study: Robots operate older press brake including keyboard

Ein Forschungsprojekt an der TH Deggendorf (Zentrum für angewandte Forschung am Technologie Campus Cham) ist mittlerweile soweit fortgeschritten, dass der verfolgte Ansatz als erfolgreich umsetzbar bezeichnet werden kann. Unter der Leitung von Peter Lingauer (Lehrstuhl Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Aumer) soll eine ältere Abkantpresse (hier Bj. 2006), die über keinerlei Schnittstellen verfügt, vollautomatisiert werden. Die Automatisierung ist allerdings nur für größere Serien gedacht. Hintergrund ist der altbekannte: Ein mittelständisches Unternehmen aus der Region mangelt es an Fachkräften und daher kann es nicht alle Aufträge abarbeiten; ihm entgeht Umsatz. Daher die Zielsetzung, dass die immer rarer werdenden Fachkräfte am Tag kleinere Serien und komplexere Aufträge abarbeiten. Die monotone größere Serie soll hingegen in der Nacht automatisch erstellt werden. Die Herausforderung: Es reicht nicht aus einfach Blech in die Presse zu legen, die Maschine muss gelegentlich über ihr Touchscreen auch bedient werden. Hierfür muss dieses gelesen werden. Eine Schnittstelle ist wegen des Alters der Maschine aber nicht möglich. Die Presse ist zwar bereits 16 Jahre alt, kann aber noch weitere Jahrzehnte arbeiten. Ein Ersatz war daher keine Option.

Förderung machte das Vorhaben erst möglich

Die Beteiligten haben das Glück, dass das Vorhaben vom Freistaat Bayern gefördert wird. Der Freistaat Bayern fördert grundsätzlich großzügig Zukunftstechnologien (zumindest im Vergleich zu anderen Bundesländern) und zudem unterstützt er gerne den ländlichen Raum. Denn bietet er interessante Arbeitsplätze und Lernmöglichkeiten (regionale Hochschulen), wird die Landflucht gebremst und der ländliche Raum bleibt lebenswert. Ohne diese Förderung wäre das ganze Vorhaben definitiv nicht in Angriff genommen worden, waren die Risiken doch erheblich. Das mittelständische Unternehmen, das noch immer einen erheblichen Teil der Kosten trägt, erhält die Rechte und kann in der Folge für die Skalierung sorgen. Beispielsweise dadurch, dass es das gewonnene Know-how an ein Robotik-Unternehmen gegen Lizenzgebühren weitergibt.

Herausforderung Wechselbetrieb Mensch-Roboter und bestehendes Layout

Wie bei jedem stark gewachsenem Unternehmen sind die räumlichen Möglichkeiten auch bei diesem Unternehmen begrenzt. Im Laufe der Zeit ist eine Maschine an die nächste “herangewachsen” und es besteht kaum Platz. Da tagsüber ein Mitarbeiter die Biegemaschine weiter bedienen soll, darf die Automatisierungslösung nicht stationär sein. Sie muss nicht nur mobil i.e.S. sein, sondern auch schnell mobil. Längere Umbauzeiten wären natürlich ein k.o.-Kriterium. In Summe werden zwei Roboter eingesetzt. Einer legt die Metallteile in die Abkantpresse ein. Dieser wird auf einen Wagen montiert und kann schnell weggefahren werden. Auf den Boden wird eine Markierung angebracht, so dass die mobile Station am Folgetag schnell wieder am richtigen Platz ist. Der andere Roboter dient dazu der Maschine die Befehle mitzuteilen. Dieser ist (siehe Foto oben) mit Profilen, wie wir sie u.a. von item kennen, an der Maschine befestigt. Dieser braucht nicht für die Tagschicht abmontiert werden. Der relevante Maschinenbildschirm kann stattdessen weggedreht werden. Abends wird er dann näherungsweise wieder in die Robotik-Position gedreht. (Die verwandte Software – s.u. – erkennt selbstständig den Bildschirm, so dass keine Kalibrierung erforderlich ist.)

Die Roboter

Grundkriterien für das “Arbeitstier”, also den Roboter, der die Metallteile in die Abkantpresse legt, war eine Reichweite von mindestens 1,20 m und eine Traglast von mindestens 10 kg. Die Simulation zeigte dann allerdings, dass ein typischer sechs-achsiger Cobot an seine Grenzen stoßen würde. Grund: Um in der Nacht permanent arbeiten zu können, muss der Cobot von Gitterboxen mit Material bzw. zur Aufnahme des gebogenen Materials umringt sein. Dies bedingt wiederum eine große Gelenkigkeit. Die Kriterien erfüllt der KR 1410 von Kassow Robots am besten, der noch dazu bemerkenswert schnell ist.

Schwieriger war die Auswahl des kleinen Roboters, der die Tastatur bzw. den Touchscreen bedienen soll. Die Kriterien waren hier Reichweite von mind. 30 cm, Gewicht von deutlich unter 10 kg (wird ja am Arm der Maschine befestigt) und eine gute Wiederholgenauigkeit. Der Cobotta von Denso hätte zwar all diese Kriterien erfüllt, allerdings mit einem Preis von etwa 15.000 Euro auch das Budget gesprengt. So anspruchsvoll ist die Tätigkeit wiederum auch nicht, dass man ihn zwingend benötigen würde. Nach langer Recherche entschied man sich schließlich für den Ned 2 von Niryo. Der Preis dieses französischen Kleinstroboters liegt mit 4.000 Euro zwar deutlich über den von chinesischen Modellen. Nachdem sein Vorgänger bereits über 3.000 mal verkauft worden war, hatte man zu ihm aber größeres Vertrauen. Keine Frage, sollte ein Unternehmen einmal mehrere Biegemaschinen automatisieren wollen, wäre ein Dauertest der chinesischen Modelle ernsthaft in Betracht zu ziehen.

Stand heute haben sich beide Roboter – Kassow Robots und Niryo – als absolut richtige Wahl erwiesen.

Software und Hardware

Zum Handling der Werkstücke wird eine Standardkamera von Sensopart samt Software genutzt. Grundvoraussetzung für die gesamte Automatisierung ist hingegen die Software Opdra, für die der Verfasser maßgeblich mitverantwortlich ist (Kontakt zu ihm). (automatica-Besucher kennen Sie wahrscheinlich vom Neura Robotics-Stand, an dem sie eine Küchenmaschine bedient hat.)

Opdra liest rein optisch einen Bildschirm/ Display aus. Das Relevante kann hierbei einfach markiert werden. Hohe Bildfolgen sind möglich. Ebenso das Hinterlegen von Skripten (“wenn das steht, soll der Roboter das machen”).

In diesem Fall wurde eine einfache USB-Logitech-Kamera auf den Arm des Niryo montiert, so dass der Bildschirm der Blechbiegemaschine gelesen werden kann. Mittels eines Aufsatzes aus dem 3D-Drucker nimmt der Niryo dann die notwendigen Eingaben vor. Die Eingabe wird wiederum mittels der Kamera überwacht. Etwaige Fehler bei der Eingabe (selten kommt vor, dass ein falsches Feld berührt wird), werden dann korrigiert.

Natürlich war noch einiges mehr zu beachten. Beispielsweise muss die Dicke der verwandten Blechteile geprüft werden. Dies alles ist aber nicht als kritisch zu betrachten, erfordert gleichwohl erstmal Arbeitseinsatz. Im Gegenzug kann das Unternehmen mindestens zwei weitere Schichten fahren (Nachts, Wochenende) und so seinen Umsatz steigern.

Übertragbarkeit

Die junge Software Opdra hat somit einen weiteren Anwendungsfall. Am Anfang stand das Bedienen einer Messmaschine mittels eines Franka Emikas. Das entprechende Video ist sehr informativ (Link). Am Beispiel eines Universal Robots wurde gezeigt, dass auch Farben erkannt werden können. Ein Kuka-Industrieroboter wird in einem weiteren Fall zum Beschreiben einer Datenbank verwandt.

Letztlich ist der Ansatz auf praktisch alle Fälle übertragbar, bei denen ein Roboter Informationen einer Maschine erhalten soll, sofern diese einen Bildschirm hat. Dies gilt sowohl für die Industrie wie für das Labor. Und dies sogar dann wenn eine Schnittstelle möglich wäre. Denn diese kostet häufig viel Geld und ist unflexibel.

Das Geschäftsmodell der VisCheck GmbH, dem Entwickler von Opdra, besteht vorrangig in der Weiterentwicklung und dem Vertrieb der Software. Die konkrete Umsetzung vor Ort wird gerne den Integratoren überlassen, die ggfs. auf Unterstützung zurückgreifen können. Die bisherigen Partner kamen mit der Software zurecht. Für Integratoren wie OEM ist die Software aus zwei Gründen interessant:

1. Es sind Automatisierungen machbar, die es zuvor nicht waren. D.h. Software generiert Zusatzumsatz.
2. Die Anpassung beim Kunden erbringt Wertschöpfung. Einerseits bei simplen Anwendungen und dann häufig durch ergänzende optische Programmierungen (Mustererkennung, Qualitätskontrolle).

Wie erwähnt, steht der Verfasser gerne für Fragen zur Verfügung. Er ist Geschäftsführer der VisCheck GmbH.