Foto: AME.

Mar 2, 2018

Robotmaster en succé hos Daimler


Offline-mjukvara fungerar som helhetslösning för robotstyrd kulhamring av pressverktyg.

Polering av pressverktyg är ett viktigt arbetsmoment inom fordonsindustrin, för att förbättra ytjämnheten, förhindra skrynkling och maximera livslängden. Daimler AG ville automatisera sitt poleringsarbete för verktygsformar som används till att forma plåtar till karosspaneler.

Att polera formarna manuellt är arbetskrävande och tar mycket tid. Det är också svårt att manuellt göra enhetliga ytor på olika formar eftersom operatörens teknik kan variera från exemplar till exemplar beroende på trötthet och liknande. I slutändan påverkar detta jämnheten och kvaliteten hos de färdiga karosskomponenterna, och hur väl de passar på fordonsramen. Lyxbilar som Mercedes-Benz S-klass och E-klass kräver komponenter med förstklassig finish och passform.

Robotstyrd kulhamring ger bättre hastighet, jämnhet och flexibilitet
Kulhamring har visat sig förbättra både hastigheten, jämnheten och ytkvaliteten vid polering. Samtidigt ökar ytans hårdhet med upp till 30 procent, vilket gör att formarna håller längre. Daimler ville gå ett steg längre och låta en robot sköta kulhamringen.

Ingenjören som ansvarar för att utveckla arbetsmetoder vid Mercedes-Benz center för produktionsutrustning i Sindelfingen i Tyskland, och som var ledande i utvecklingen av kulhamringsprocessen, känner mycket väl till fördelarna med robotar. Han säger att robotar kostar mindre än att använda CNC-maskiner särskilt för ändamålet, samtidigt som de ger bättre räckvidd på stora arbetsobjekt – i det här fallet formar som väger upp till 25 ton och kan vara så stora som 5×2,5 m. Robotar är också mer flexibla och kan användas till olika ändamål.

För att få ut maximalt av investeringen planerade Daimler att dra nytta av robotstyrningens flexibilitet och använda avdelningens robotceller även till andra processer än kulhamring. Den första uppgiften var emellertid att programmera det robotstyrda kulhamringsarbetet, vilket skulle visa sig vara en ordentlig utmaning.

Att utveckla rätt programmeringslösning för robotstyrning

Under kulhamringsprocessen poleras formens yta genom att ett sfäriskt hammarverktyg gång på gång slår på den, med en frekvens på upp till 200 Hz. Hammarhuvudet måste ha miljoner träffpunkter för att ytkvaliteten ska bli jämn. Att programmera en robot så att den styr kulhamringsverktyget med en sådan frekvens och precision var en enorm uppgift, i synnerhet med konventionella programverktyg.

Även när två eller tre olika programplattformar används för att generera koder, beräkna verktygens rörelsemönster och omvandla dem till robotrörelser, kunde Daimlers befintliga programmeringsverktyg inte hantera alla beräkningar som krävs för att programmera en sexaxlig robot för kulhamring. Daimler tog kontakt med Robotmaster-teamet för att få hjälp att utveckla robotstyrningen och programvaran att programmera roboten med.

Redan första gången offline-verktyget Robotmaster användes till programmeringen kunde Daimler spara 50 procent av tiden jämfört med när tidigare programverktyg användes. Detta var ändå bara början. Det är ingen lätt uppgift att programmera rörelser med 3 miljoner punkter.

Daimler och Robotmaster-teamet sjösatte ett omfattande treårigt forsknings- och utvecklingsprojekt för att förbättra och förfina den robotstyrda kulhamringsprocessen. Teamet hade tät kontakt med Daimler, och genom samarbetet skapade man skräddarsydda verktygsrörelser och utvecklade löpande programvaran för att förkorta programmeringstiderna och göra programvaran lättare att använda.

Daimler hade enligt egen utsago aldrig kunnat utveckla denna kulhamringsprocess eller de andra robotstyrda processerna utan Robotmaster-teamets hängivna arbete. Robotmaster arbetade under flera månader tillsammans med fordonstillverkaren, för att skaffa sig en förståelse för vad Daimler ville ha och kunna anpassa programvaran till deras behov.

Minskad programmeringstid för robotar med 70 procent
Robotmaster har på egen hand lyckats med det som inga andra programverktyg klarat av, inte ens när de kombinerats. Offline-lösningen hanterade inte bara alla beräkningar som andra programmeringslösningar misslyckades med, utan överträffade också kundens förväntningar genom att optimera hela den robotstyrda kulhamringsprocessen.
Programmeringstiden har förkortats med 70 procent.

Robotens kinematik är optimerad, inkusive identifiering av singularitet, kollisionsdetektering, räckviddsgränser och axelbegränsningar. Robotens övergångar har optimerats för att ge smidiga rörelser.

Programmering för stora, komplexa stansformar med miljoner rörelsepunkter går enkelt och felfritt.

Total programmeringstid för ett arbetsstycke, inklusive tid för att importera en CAD-fil och skapa en verktygsrörelse, har minskats från 12 till bara 3,5 timmar. Av denna totala programmeringstid behövde Robotmasters kinematiklösning bara 45 minuter, en avsevärd förbättring jämfört med tidigare försök med andra programplattformar.

En avgörande del i Robotmaster-lösningen var en av marknadens snabbaste kinematiska mönstergeneratorer. Den löser enskilda avvikelser, räckviddsgränser och skarvar, och andra plötsliga robotrörelser som kan ändra robotens konfigurering eller orsaka fel. De egna motorerna för kinematik och kollisionsdetektering kontrollerar om fel finns, medan optimeringsverktygen får roboten att gå smidigt. På så sätt blir övergångarna rena. Onödiga skarvrörelser minimeras.

”Robotmaster har marknadens bästa motorer för kinematik och kollisionsdetektering,” säger Anbu Lingappan, chef för affärsutveckling i Europa på Intercam SA, som är distributör av programvaran och ingick i teamet som samarbetade med Daimler när kulhamringsprocessen utvecklades. ”När Daimler undrade varför det tar så lång tid att behandla 3 miljoner punkter förklarade vi hur Robotmaster kontrollerar eventuella kinematikproblem med minst 150 upprepningar per punkt för en sexaxlig robot. Detta gör vi i bakgrunden för varje punkt i rörelsemönstret och med mycket hög hastighet. Det är först när man vet detta som man inser vilka ofantliga mängder beräkningar som sker i det fördolda.”

Det krävdes även att programvaran skulle kunna styra externa axlar med lätthet. Daimlers kulhamringscell använder roboten KUKA KR 500, monterad på en skena för att öka räckvidden, plus två roterande axlar som positionerar arbetsstycket. Robotmaster kan hantera upp till 11 axlar samtidigt – en sexaxlad robot och fem externa axlar. Simulerings- och optimeringsverktygen ger automatiskt stöd till åkbanor och rotationsbord efter behov.

Robotmaster lyckades inte bara med det som andra programverktyg inte kunnat utföra tillsammans, utan programlösningen kan även användas till en rad olika rörelseintensiva arbeten.

En programlösning för mängder av robotprocesser
När Robotmaster genom kulhamringsprocessen visat vilka möjligheter som finns, började Daimler undersöka hur programvaran kan användas till andra uppgifter. En andra robotcell beställdes. Denna skulle utvecklas för att klara flera olika funktioner. Genom att bara byta ut verktyget i armens ände kan roboten användas till en rad olika arbeten, från laserhärdning till borrning.

Robotmaster kunde bidra med de breda användningsmöjligheter som Daimler ville ha, och hjälpa till att undvika kollisioner och avvikelser. Daimler märkte snabbt att Robotmaster klarade alla uppgifter den ställdes inför. Programvaran var både kraftfull och lättanvänd. Den förenklade programmeringen av en rad olika robotstyrda processer med en och samma programplattform.

Daimler använde programvaran för att programmera en robotstyrd laserhärdningsprocess för sina pressverktyg. Genom att laserhärda radieövergångar fick de verktygen att hålla 30 procent längre. Robotmaster kunde även programmera en robotstyrd laserpläteringsprocess för att återställa slitna ytor på formarna.

Idag används flera exemplar av programvaran i produktionen i tre av Mercedes-Benz verktygsavdelningar i Tyskland, och även i Daimlers digitala fabrik där kärnan i fordonen tillverkas. De kombinerar fysiska och digitala processer i Daimlers industriproduktion. I slutändan lyckades Daimler nå sitt mål att optimera sina processer och göra dem mer lönsamma genom att skapa multifunktionella robotceller för kulhamring, laserhärdning, laserplätering, fräsning, borrning och induktionshärdning. Allt detta programmeras med Robotmaster-programvaran.

Lätt att använda, med fördelar för alla
Smidig användning var en viktig del i beslutet att Daimler började använda Robotmaster för offline-programmering. Simuleringsmiljön RISE (Robotmaster Interactive Simulation Environment) är extremt kraftfull, och har ett lättöverskådligt smidigt användargränssnitt med ”klicka och dra”-struktur, där robotens positioner och banor kan anges.
Norbert Krach, VD för robotized rm systems GmbH, Robotmasters lokala återförsäljare i Tyskland, förklarar hur Robotmasters användargränssnitt och egna teknologi ger överlägsen kontroll och flexibilitet.

”Användargränssnittet är unikt. Det är häpnadsväckande hur lätt du kan lägga in verktygsrörelserna i Robotmaster och enkelt skapa en kod, simulera processen och lösa alla kinematiska utmaningar”, säger Krach. ”Med andra verktyg kan man bara testa och lära sig av de fel som uppstår. Med Robotmaster går det lättare och mycket fortare att bestämma verktygsrörelser. Man behöver inte sitta i timmar framför datorn och finjustera punkter.”

Daimler fortsätter att undersöka möjligheterna att använda robotar för olika processer i stanssmedjan, och litar på att Robotmaster möter deras behov av robotprogrammering. Anbu Lingappan på Intercam säger att fordonsindustrin står i tacksamhetsskuld till Daimler för det arbete som gjorts inom området.

”Vi måste ge Daimler ett erkännande för att de hjälpt oss förnya och förbättra robotstyrd kulhamring. Det kommer den övriga marknaden att få glädje av.”




  • Dec 12, 2018

    SACMI tecknar avtal med XMReality

    Nyheter Den internationella tillverkningskoncernen tecknar avtal för en global utrullning av XMReality Remote Guidance
    31
Loading...

MEST LÄSTA

SENASTE NYTT

  • Reportage

    Paradoxen om avslöjande av din innovation

    Paradoxen handlar om att för att lyckas med öppen innovation så måste man dela med sig och därmed avslöja sin idé, som då riskerar att bli stulen, säger Ioana Stefan, forskare i industriell eknomi
    78