360°-Bauteilprüfung im Drei-Sekunden-Takt

Bei der 360°-Prüfung von Hochdruck-Einspritzventilen hat Stoba ein ungewöhnliches, weil berührungsloses Transportkonzept verwirklicht. Die Bestückung und Entnahme der Werkstückträger wird von zwei Stäubli SCARA-Robotern erledigt. Sie sind – auch steuerungstechnisch – vollständig in die ebenso leistungsfähige wie flexible „InspectorONE“-Prüfanlage integriert. 

Drei Sekunden: Das ist die Taktzeit für die Rundum-Prüfung von Hochdruck-Einspritzventilen für Kfz-Motoren. Der Sondermaschinenbauer Stoba in Memmingen hat diese Prüfanlage auf der Basis seiner „InspectorONE“-Baureihe realisiert. Im Drei-Sekunden-Takt entnimmt ein Stäubli SCARA-Roboter vom Typ TS2-80 ein Ventil aus einem Tray und platziert es lageorientiert in einem Werkstückträger. Parallel dazu entnimmt ein benachbarter identischer Roboter die bereits geprüften Ventile aus der Anlage.  

Berührungsloser Werkstücktransport zum Prüfplatz  

Was zwischen diesen beiden Vorgängen passiert, ist bemerkenswert und ungewöhnlich. Die Werkstückträger bewegen sich nicht auf einer wie auch immer gearteten Förderstrecke zu einem der drei Kamera-Prüfplätze, sondern berührungslos auf einer ebenen Fläche. Das „XPlanar“-System von Beckhoff macht´s möglich. Es besteht aus Kacheln mit Permanentmagnetmotor, die passive „Mover“-Einheiten in Bewegung setzen. Auf diesen Movern befinden sich die Werkstücke.  

Dieses einzigartige Antriebskonzept hat mehrere Vorteile. Es ist abrieb- und verschleißfrei, was bei einer Zielgröße von rund sechs Millionen Prüfzyklen pro Jahr ein wichtiger Faktor ist. Es bietet ein hohes Maß an Flexibilität, weil es auf feste Förderstrecken verzichtet und weil die Programmierung viele Optionen bietet. Und – das ist hier ein entscheidendes Plus – das von Beckhoff entwickelte XPlanar-System erlaubt die 360°-Drehung der zu prüfenden Teile und damit eine allseitige Inspektion der rotationssymmetrischen Ventile innerhalb kürzester Zeit. 

Warum eine solche Inspektion überhaupt nötig ist, erklärt Markus Günther, Head of Electrical Processes bei Stoba: „Bei sehr kompakten Abmessungen arbeiten die Ventile mit einem Einspritzdruck von 1800 bar. Bei dieser Beanspruchung kann jede noch so kleine Unregelmäßigkeit im Material, jede winzige Beschädigung der Oberfläche die Lebensdauer beeinträchtigen. Zum Beispiel muss die Oberfläche für den nachfolgenden Härteprozess frei von Kratzern sein.“  

Voll integriert: Die beiden Roboter 

Die Flexibilität der InspectorONE-Plattform erlaubt verschiedene Möglichkeiten der Bauteilzuführung und –entnahme. Markus Günther: „In diesem Fall haben wir uns für zwei ´arbeitsteilige´ Roboter entschieden, um die sehr kurzen Taktzeiten realisieren zu können. Wenn die Messung länger dauern würde, könnte ein einziger Roboter die Bauteile zuführen und entnehmen.“  

Die beiden SCARA-Roboter aus dem Stäubli Portfolio sind nicht nur bestens in den Materialfluss integriert, sondern auch in das Steuerungskonzept. Eben das war ein zentraler Grund für diese Wahl. Markus Günther: „Über die uniVAL plc Schnittstelle können wir die Stäubli Roboter nahtlos in die Gesamtanlagensteuerung integrieren. So machen wir es auch bei unseren Laseranlagen. Wir nutzen ein gemeinsames Handbediengerät für die Programmierung des XPlanar-Systems, der Roboter und der NC-Achsen. Und die Visualisierung, die wir programmiert haben, zeigt auch die aktuelle Position und den Betriebszustand der beiden Roboter an.“ 

Inbetriebnahme im Teach-Modus 

Trotz der komplexen Bewegungsabläufe ist die Inbetriebnahme dieser und aller anderen InspectorONE-Anlagen denkbar einfach: Der Anwender verfährt einfach die Roboterachsen im Teach-Betrieb. Mit demselben Bedienterminal wählt er die einzelnen Kacheln und Mover an und legt somit die Verfahrwege und Positionen der Werkstückträger – und natürlich die 360°-Drehung an den insgesamt drei parallel angeordneten Prüfplätzen – fest. 

In dieses Konzept, das die Stoba-Entwickler eigens für die InspectorONE-Plattform entwickelt haben, lassen sich die Stäubli Roboter sehr gut integrieren. Bei Bedarf können auch Sechsachser statt SCARAs zum Einsatz kommen. Und wenn der Prüfprozess etwas länger dauert, reicht unter Umständen ein Roboter für die Beladung und Entnahme. Die uniVAL plc Schnittstelle ist universell nutzbar. 

Komplexe Bewegung, einfache Bedienung 

Den Startpunkt für die Entwicklung der ersten InspectorONE-Anlage bildete übrigens eine roboterspezifische Anforderung. Markus Günther: „Ein Kunde wünschte eine voll automatisierte Prüfanlage, die das Personal ohne Robotererfahrung bedienen kann.“ Genau diese Möglichkeit bietet das Anlagenkonzept – in jeder Situation: „Der Roboter fährt sich z.B. auch komplett frei aus jeder Position, sobald der Bediener die Grundstellung anwählt.“ In solche Funktionen haben die Stoba-Experten viel Know-how gesteckt, aber Stäubli war auch beteiligt: „Bayreuth hat uns sehr gut unterstützt. Insbesondere Günter Heinendirk war für uns ein enger Partner bei der Entwicklung des integrierten Steuerungskonzeptes.“ 

Ein vielseitiges Konzept 

Die hier beschriebene visuelle Prüfanlage bewährt sich bereits in der Praxis, Stoba hat aber auch schon andere InspectorONE-Anlagen projektiert und gebaut. Markus Günther: „Das Baukastensystem mit Robotern, Planarmotorsystem und festen Prüfplätzen eignet sich für jede Art der Qualitätskontrolle. Man kann, wie in diesem Beispiel, Bauteile KI-gestützt prüfen. Man kann sie auch mit dem Laser beschriften und das Ergebnis wiederum prüfen. Die Größe der Prüflinge ist ebenso flexibel. Wir könnten auch mehrere Bauteile auf einem Mover transportieren und sogar, wenn wir noch einen automatischen Werkzeugwechsel integrieren, verschiedene Teile gleichzeitig prüfen. Das System ruft dann automatisch den jeweiligen Messzyklus ab. Die InspectorONE ist also sehr viel variabler als eine Rundtaktmaschine.“  

Eine wichtige Voraussetzung dabei sind Roboter, die sich voll in die Anlagensteuerung integrieren und per Teach-in in Betrieb nehmen lassen. Diese Voraussetzung erfüllen die Stäubli Roboter dank der uniVAL plc Steuerung. Weil sie sich zudem sehr präzise positionieren lassen, ist keine Kamera nötig, um den Zweifingergreifer am Übergabeplatz zu führen: Die Positionsbestimmung reicht aus – über Millionen von Messzyklen. Bei Bedarf können aber auch Sensoren oder Kameras zum Einsatz kommen. Auch hier ist InspectorONE flexibel. 

Bilder: stoba Sondermaschinen GmbH; Beckhoff Automation