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Die menschliche Hand wird zum Vorbild für einen Endeffektor

Eine zentrale Rolle übernimmt dabei der speziell entwickelte Endeffektor (Aufmacherbild). Beim manuellen Schleifen gleicht die menschliche Hand kleine Lageabweichungen automatisch aus. Sie richtet den Schleifstein an der Oberfläche aus und hält gleichzeitig die benötigte Anpresskraft aufrecht. Diese Fähigkeiten werden im „AutoFIN“-Endeffektor mechanisch nachgebildet. Das sogenannte Cube-System ermöglicht einen pneumatischen Kraft- und Wegausgleich. Dadurch können Positionsabweichungen kompensiert und eine einstellbare Anpresskraft möglichst konstant auf die Oberfläche übertragen werden. Darunter befindet sich die eigentliche „Roboter-Hand“. Sie besitzt zwei rotatorische Freiheitsgrade und erlaubt dem Schleifstein, sich selbstständig an der lokalen Oberflächenorientierung auszurichten. Auf diese Weise werden kleinere Ungenauigkeiten und Verschleißeinflüsse direkt am Werkzeug ausgeglichen. Eine rein softwarebasierte Korrektur wäre hierfür zu aufwendig und könnte die im realen Prozess auftretenden Abweichungen nur unvollständig erfassen. Das modulare Konzept verbindet somit die Präzision des Roboters mit einem mechanischen Ausgleich, der sich an der Nachgiebigkeit und Anpassungsfähigkeit der menschlichen Hand orientiert. In mehreren Versuchen an echten Bauteilen aus dem BMW-Werkzeugbau konnten die Funktionalität dieses Systems bereits erprobt werden.

Der Weg von der Werkzeuggeometrie zur sicheren Schleifbahn

Außer der Hardware entscheidet vor allem die Software darüber, ob eine Automatisierung bei Losgröße eins wirtschaftlich werden kann. Eine manuelle Roboterprogrammierung für jedes einzelne Presswerkzeug wäre nämlich zu zeitaufwendig. Im Verlauf des Projekts entsteht daher eine durchgängige Softwarekette, die aus der Bauteilgeometrie ein ausführbares und abgesichertes Roboterprogramm automatisch erzeugt. Zunächst wird dafür das Werkzeugs mittels 3D-Scanner automatisiert erfasst und im Arbeitsraum des Roboters lokalisiert. Danach extrahiert ein Segmentierungsalgorithmus die Schleifflächen aus der CAD-Datei und unterteilt diese in geometrisch und prozesstechnisch zusammenhängende Bereiche. Dabei werden etwa ebene Flächen, Radien, Kanten sowie konkave und konvexe Bereiche unterschieden. Für diese Segmente können dann jeweils geeignete Bearbeitungsstrategien ausgewählt werden. Darauf aufbauend, erzeugt die Bahnplanung die Bewegungen des Schleifwerkzeugs über die Werkzeugoberfläche.

Erst wenn nichts mehr schiefgehen kann, geht es in die Praxis

Neben einfachen parallelen Bahnen können durch den Benutzer auch Kreuzschliffe oder der Kontur folgende Bearbeitungsrichtungen ausgewählt werden. Ein Kreuzschliff (siehe vorheriges Bild) kann etwa Frässtrukturen aus unterschiedlichen Richtungen einebnen und ein gleichmäßigeres Schleifbild erzeugen. Noch bevor die Bahnen aber in einer reales Roboterprogramm überführt werden, werden diese digital abgesichert. Ein dafür eigens entwickelter kinematischer Solver untersucht die Schleifbahnen und bewertet, ob Bereiche erreichbar sind oder kritische Roboterstellungen drohen können. Anschließend prüft ein digitaler Zwilling der Anlage die Bewegung auf mögliche Kollisionen zwischen Roboter, Endeffektor, Werkzeug und Umgebung. Erst danach wird die Bahn automatisiert in ein ausführbares Roboterprogramm übersetzt. Die einzelnen Softwaremodule werden durch eine zentrale Orchestrierung koordiniert und über eine gemeinsame Bedienoberfläche dem Nutzer zugänglich gemacht. Die Software ist bereits als Beta-Version am Laborprüfstand im Einsatz und ermöglicht die Bauteileinrichtung und Programmerstellung perspektivisch im Minutenbereich.

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