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Universal Robots Kollaborierende Roboterarme

Redakteur: Peter Reinhardt

Mit kollaborierenden Roboterarmen konnte Glidewell Laboratories die Durchlaufzeit vom Gebissabdruck bis zur fertigen Krone um über 25 Prozent reduzieren. Ohne Berührungsängste arbeiten dafür Mitarbeiter und Roboter Hand in Hand.

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Hand in Hand: Automatisierungsingenieur Daniel Phee nutzt eine Kombination aus Skript und Teachverfahren, um die UR5-Roboter zu programmieren.
Hand in Hand: Automatisierungsingenieur Daniel Phee nutzt eine Kombination aus Skript und Teachverfahren, um die UR5-Roboter zu programmieren.
(Bild: Universal Robots)

Normalerweise wartet ein Zahnarzt vom Versenden des Abdrucks eines Patientengebisses an das Labor fünf Tage, bis die fertige Krone zurückkommt. Diesen Prozess wollte Glidewell Dental Laboratories verkürzen. Dafür verantwortlich: David Leeson, Technischer Leiter bei dem Anbieter von Dentallaborprodukten und -dienstleistungen. Der hatte bei seinen Recherchen nach passenden Automatisierungslösungen die kollaborierenden Roboterarme von Universal Robots entdeckt: „Ich verfolgte die Entwicklung dieser Leichtbauroboter schon eine ganze Zeit. Und als ich hörte, dass Universal Robots bei BMW eingesetzt wird, war das ein Vertrauensbeweis für diese neue Robotertechnik.“ 2013 wurde der erste UR5-Roboter angeschafft, aktuell wartet er auf die Auslieferung des siebten Roboters.

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Ohne Unterbrechungen

Jeder einzelne der installierten Roboterarme entnimmt die zu bearbeitenden Kronen aus Dispensern mit Rohlingen und führt diese jeweils vier Fräsmaschinen zu. Nach einem Fräszyklus von zehn Minuten werden die Teile wieder entnommen und auf einem Transportband platziert. Eine Sichtkamera überwacht diesen Prozess und kommuniziert bei Bedarf mit den Robotern. Sobald ein Dispenser leer oder blockiert ist, führt das Visionssystem den Roboter zu einem Arbeitsablauf an einer Krone in einem anderen Farbton. So ist für eine unterbrechungsfreie Fertigung gesorgt, während das Dispenserproblem in der Zwischenzeit von einem automatisch alarmierten Maschinenbediener gelöst wird.

Dynamischer Teilefluss

Bei zehn Minuten Fräszyklus war es für Glidewell seit jeher uneffektiv, Bediener an den Maschinen zu platzieren, um diese zu be- und entladen. Stattdessen füllte das Labor die Kronen ursprünglich in Batches zu je 15 Stück, die nur alle zwei Stunden ausgetauscht werden mussten. „Mit den Robotern können wir jetzt jeden einzelnen Rohling sofort in die Fräse einsetzen, wenn die CAD-Daten aus dem Scan vorliegen, ohne auf das Eintreffen der übrigen 14 warten zu müssen, die der Bediener in den 15er-Block einsetzte“, erläutert Leeson. Durch den dynamischen Einzelteilefluss des Roboters konnte die Produktionsdurchlaufzeit von 28 auf 17 Stunden reduziert werden.

Aufgrund des optimierten Fertigungsprozesses spart Glidewell zudem zwei Bediener je Schicht im Fräsraum. „Wir arbeiten rund um die Uhr. Der Roboter entlastet unsere Mitarbeiter, die sich auf die komplexeren Aufgaben konzentrieren können. Auch das wirkt sich insgesamt positiv auf die Produktqualität aus“, erklärt Leeson.

Sensorik statt Einhausung

„Auf unserem Weg in die Welt der Automatisierung haben wir zunächst konventionelle Industrieroboter eingesetzt. Dazu mussten wir ein riesiges Gehäuse bauen und die Menschen vom Roboter trennen. Das ist teuer, platzraubend und weniger flexibel. Zusätzlich können Sicherheitsprobleme entstehen, wenn Sicherheitsverriegelungen manipuliert werden.

Aufgrund der Kraftsensorik der Roboter von Universal Robots müssen wir uns darüber keine Gedanken mehr machen“, sagt der Technische Leiter von Glidewell, nach dessen Einschätzung die kollaborierenden Roboter die Vorteile eines allmählichen Umstiegs von manuellen auf automatisierte Prozesse zunehmend ins Bewusstsein gebracht haben. „Die Arbeit mit einem kollaborierenden Roboter erfordert nach wie vor ein gewisses Maß an menschlichem Zutun. Das mögen unsere Mitarbeiter. So erleben sie den Roboter nicht als bedrohlich.“

An die Hand nehmen

So zum Beispiel der Automatisierungsingenieur Daniel Phee. Dieser hatte vorher noch nie mit kollaborierenden Robotern gearbeitet und war überrascht, wie leicht sich die Roboter programmieren lassen: Über die Bedienoberfläche auf dem Touchscreen kann er die Roboter sehr einfach einrichten: „Ich verwende dazu eine Kombination aus dem Teach-Verfahren und meinem eigenen Skript.“ Um die Roboterarme schnell in den laufenden Betrieb zu integrieren, können neue Aufgaben im sogenannten Teach-Modus unkompliziert programmiert werden. Phee ergreift dafür einfach den Roboterarm und führt ihn über die Wegpunkte der gewünschten Aufgabe und speichert die einzelnen Punkte über ein Touchpad.

Insgesamt war bei Glidewell eine Projektdauer von rund fünf bis sechs Monaten erforderlich, um die erste Anwendung vollständig in die Praxis umzusetzen. Diese Zeit wurde jedoch größtenteils für die Konstruktion kundenspezifischer Fräsmaschinen sowie für umfangreiche IT-Infrastrukturarbeiten benötigt. „Danach war alles ganz einfach. Bei den nächsten Robotern haben wir nur zwei bis drei Tage benötigt, um das komplette System zu installieren“, erinnert sich Phee.

Externe Kommunikation

Den Technischen Leiter Leeson hat zudem beeindruckt, dass Verbindungen zu externen Geräten zu den Standardfähigkeiten der Roboter zählen. „Statt Modbus oder ähnlich kostenintensive Lösungen anschaffen zu müssen, wollten wir mit dem Netzwerkprotokoll TCP/IP arbeiten, damit wir preisgünstige, nicht-industrielle Hardware einsetzen können. Das Ergebnis war die einfache Integration einer Bildverarbeitung, für die wir die gesamte Programmierung hausintern vornehmen und den Kauf eines teuren, proprietären Systems vermeiden konnten“, ist Leeson zufrieden.

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