Industrieroboter: Handbuch Für Industrie Und Wissenschaft

ISBN-13: 9783642955914 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 367 str.

Hans-J Rgen Warnecke; Rolf D. Schraft

Spis treści

1 Einleitung.- 2 Definitionen.- 2.1 Institutionen und Richtlinien zur Normung.- 2.2 Roboterkategorien.- 2.3 Aufbau von Industrierobotern.- 2.4 Anwendungen von Robotern.- 3 Die Mechanik.- 3.1 Technischer Aufbau.- 3.1.1 Aufbau von Industrierobotern.- 3.1.1.1 Kinematik.- 3.1.1.2 Gestellbauarten.- 3.1.2 Anforderungen an einen Industrieroboter in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung.- 3.1.2.1 Lackieren.- 3.1.2.2 Punktschweißen.- 3.1.2.3 Bahnschweißen.- 3.1.2.4 Montage.- 3.1.2.5 Werkstückhandhabung.- 3.1.3 Vorgehensweise beim Entwurf von Industrierobotern.- 3.1.3.1 Erstellung eines Anforderungsprofils durch Arbeitsplatzanalyse.- 3.1.3.2 Lastenheft für Industrieroboter.- 3.1.3.3 Auswahl und Entwurf der mechanischen Komponenten.- 3.1.3.3.1 Antriebe.- 3.1.3.3.2 Wegmeßsysteme.- 3.1.3.3.3 Kraftübertragungssysteme.- 3.1.3.3.4 Kupplungen.- 3.1.3.4 Gesamtentwurf.- 3.1.3.5 Schwachpunkte in der mechanischen Konstruktion.- 3.1.3.6 Rechnergestützte Konstruktionshilfen.- 3.1.4 Ausführungsbeispiele.- 3.1.4.1 Modulares Baukastensystem — Bosch FMS.- 3.1.4.2 Roboter mit Direktantrieb — Adept One.- 3.1.4.3 Universalroboter mit sechs Achsen — KUKA Serie IR 100.- 3.1.5 Zusammenfassung.- 3.2 Werkzeugwechselsysteme.- 3.2.1 Einführung.- 3.2.2 Grundformen.- 3.2.3 Pflichtenheft.- 3.2.3.1 Kopplung.- 3.2.3.2 Zentrierung.- 3.2.3.3 Sicherheit.- 3.2.3.4 Übertragungselemente.- 3.2.3.5 Magazinierung.- 3.2.3.6 Baugröße.- 3.2.3.7 Schließ- und Verriegelungsprinzipien.- 3.2.4 Zusammenfassung.- 3.3 Greifer.- 3.3.1 Einführung.- 3.3.1.1 Definitionen.- 3.3.1.2 Grundfunktionen.- 3.3.2 Aufbau.- 3.3.2.1 Haltesystem.- 3.3.2.2 Antrieb.- 3.3.2.3 Kinematik.- 3.3.2.4 Flansch.- 3.3.2.5 Steuerung.- 3.3.2.6 Sensoren.- 3.3.3 Bauformen.- 3.3.3.1 Einzweckgreifer.- 3.3.3.2 Umbaubare oder umstellbare Greifer.- 3.3.3.3 Universelle Greifer.- 3.3.3.4 Greiferwechselsysteme.- 3.3.4 Beispiele ausgeführter Greifer.- 3.4 Werkzeuge.- 3.4.1 Einführung.- 3.4.2 Bearbeitungsverfahren ohne m3chanischen Kontakt.- 3.4.2.1 Schutzgasschweißen.- 3.4.2.2 Beschichten.- 3.4.2.3 Brennschneiden.- 3.4.2.4 Plasmaschneiden.- 3.4.2.5 Laserschneiden/-schweißen.- 3.4.2.6 Wasserstrahlschneiden.- 3.4.2.7 Kleben.- 3.4.2.8 Qualitätsprüfung.- 3.4.3 Bearbeitungsverfahren mit mechanischem Kontakt zum Werkstück.- 3.4.3.1 Widerstandspunktschweißen.- 3.4.3.2 Schleifen.- 3.4.3.3 Bürsten/Polieren.- 3.4.3.4 Fräsen.- 3.4.3.5 Sonderwerkzeuge.- 3.4.4 Werkzeugaufhängungen.- 4 Steuerung und Programmierung.- 4.1 Steuerungen.- 4.1.1 Steuerungsarten.- 4.1.1.1 Punkt-zu-Punkt-Steuerung.- 4.1.1.2 Vielpunkt-Steuerung.- 4.1.1.3 Bahnsteuerung.- 4.1.3 Steuerungsfunktionen, Steuerungskomponenten.- 4.1.4 Hardwaresystem.- 4.1.4.1 Zentrale Recheneinheit.- 4.1.4.2 Speichereinheit.- 4.1.4.3 Lageregeleinheit..- 4.1.4.4 Ein-/Ausgabe-Komponenten.- 4.1.5 Aufbau des Hardwaresystems.- 4.1.5.1 Einkartensystem.- 4.1.5.2 Mehrkartensystem.- 4.1.5.3 Bedienfeld.- 4.1.6 Steuerungssoftware.- 4.1.6.1 Betriebssystem.- 4.1.6.2 Bediensystem.- 4.1.6.3 Programmiersystem.- 4.1.6.4 Bewegungssteuerung.- 4.1.6.5 Koordinatentransformation.- 4.1.6.6 Lageregelung.- 4.1.6.7 Zeitrahmen.- 4.1.6.8 Ein-/Ausgabe.- 4.1.6.9 Sensorschnittstellen.- 4.1.6.10 Überwachung und Diagnose.- 4.1.7 Zusammenfassung.- 4.2 Programmieren.- 4.2.1 Beschreibung der Programmierverfahren.- 4.2.1.1 On-line-Programmierung.- 4.2.1.2 Off-line-Programmierung.- 4.2.1.3 Eingabemöglichkeiten bei der Programmerstellung.- 4.2.1.4 Rechnerinternes Ablegen der Befehle.- 4.2.1.5 Testen.- 4.2.2 Allgemeine Vorgehensweise bei der Programmerstellung für Industrierobotersysteme.- 4.2.3 Stand der Technik.- 4.2.3.1 On-line-Programmiersysteme.- 4.2.3.2 Off-line-Programmiersysteme.- 4.2.3.2.1 Explizite Programmiersysteme.- 4.2.3.2.2 Implizite Programmiersysteme.- 4.2.3.3 Testsysteme.- 4.2.3.4 Datenaustausch mit der Steuerung des Industrieroboters.- 4.2.4 Entwicklungstendenzen in der Programmierung von Industrierobotern.- 4.2.4.1 Tendenz zur Off-line-Programmierung.- 4.2.4.2 Bestrebungen zur Standardisierung eines Zwischencodes.- 4.2.4.3 Effizientere Programmierung.- 4.3 Sensortechnik.- 4.3.1 Einführung.- 4.3.1.1 Historische Entwicklung.- 4.3.1.2 Sensordefinition/Abgrenzung Meßaufnehmer.- 4.3.1.3 Sensoreinsatz in der Fertigungstechnik.- 4.3.2 Sensorarten für IR-Bewegungsführung.- 4.3.2.1 Übersicht/Systematik.- 4.3.2.2 Taktile tastende Sensoren.- 4.3.2.3 Taktile Kraft/Momenten-Sensoren.- 4.3.2.4 Video-Optische Sensoren.- 4.3.2.5 Optische abstandsmessende Sensoren.- 4.3.2.6 Ultraschall-Sensoren.- 4.3.2.7 Induktive, kapazitive und magnetische Sensoren.- 4.3.2.8 Sonstige Sensoren.- 4.3.3 Bewegungsführung von IR.- 4.3.3.1 Sensor-Rückführungskreis.- 4.3.3.2 Voraussetzungen für sinnvollen Sensoreinsatz.- 4.3.3.3 Einsatzhemmnisse für sensorgeführte IR-Systeme.- 4.3.4 Anwendungsbeispiele.- 4.3.4.1 Einsatzbereich.- 4.3.4.2 Entladen teilgeordneter und ungeordneter Werkstücke.- 4.3.4.3 Werkstückentnahme von bewegten Fördermitteln.- 4.3.4.4 Bestimmung der Montageposition.- 4.3.4.5 Sensorführung von Fügebewegungen.- 4.3.4.6 Anfangs- und Endenerkennung.- 4.3.4.7 Konturverfolgung.- 4.3.4.8 Geschwindigkeitsadaption.- 4.3.5 Zusammenfassung.- 4.4 Sensorsysteme für das Schutzgasschweißen.- 4.4.1 Einführung.- 4.4.2 Einteilung.- 4.4.2.1 Taktile Sensoren.- 4.4.2.2 Induktive Sensoren.- 4.4.2.3 Elektrische Sensorsysteme.- 4.4.2.4 Optische Sensoren.- 4.4.3 Zusammenfassung.- 5 Einsatzplanung.- 5.1 Einführung.- 5.2 Schwerpunkt.- 5.3 Vorgehen.- 5.4 Erfassung des Istzustandes.- 5.4.1 Arbeitsplatzanalyse.- 5.4.2 Beurteilung der Automatisierbarkeit eines gegebenen Arbeitsplatzes.- 5.5 Erarbeitung von Konzeptvarianten.- 5.6 Arbeitsstrukturierung für einen Industrieroboter-Arbeitsplatz.- 5.7 Ausarbeiten der Gesamtlösung.- 5.7.1 Automatisierung der gegebenen Fertigungsmittel.- 5.7.2 Auswahl des zum Einsatz kommenden Industrieroboters.- 5.7.3 Auswahl weiterer Peripherieeinrichtungen.- 5.7.4 Abschließende Auswahl des Industrieroboters und der Aufstellungsplanung.- 5.7.4.2 Vorgehen bei einer systematischen Aufstellungsplanung.- 5.7.5 Vergleich alternativer Lösungen.- 5.8 Realisierung der gewählten Lösung.- 5.9 Zusammenfassung.- 6 Anwendungen.- 6.1 Industrieroboter zum Lichtbogenschweißen.- 6.1.1 Einführung.- 6.1.2 Einsatzbereiche und Einsatzgrenzen für das Industrieroboterschweißen.- 6.1.3 Schweißzelle und Schweißsystem.- 6.2 Industrieroboter zum Punktschweißen.- 6.2.1 Einführung.- 6.2.2 Allgemeine Merkmale von Robotersystemen zum Punktschweißen.- 6.2.2.1 Robotermechanik.- 6.2.2.2 Robotersteuerung.- 6.2.3 Einteilung der Punktschweißroboter.- 6.2.3.1 Roboter zum Zangenschweißen.- 6.2.3.2 Roboter zum Halbzangenschweißen.- 6.2.3.3 Roboter für kombinierte Aufgaben.- 6.2.4 Schweißperipherie des Roboters.- 6.2.4.1 Schweißperipherie für Zangenroboter.- 6.2.4.2 Schweißperipherie für Halbzangenroboter.- 6.2.5 Anlagenperipherie des Roboters.- 6.2.5.1 Bauteilbereitstellung.- 6.2.5.2 Bauteiltransport.- 6.2.5.3 Anordnungsvarianten.- 6.2.6 Anwendungsbeispiele.- 6.2.6.1 Backröhren.- 6.2.6.2 Gehäuse für fotografische Geräte.- 6.2.6.3 Pkw-Heckklappen.- 6.2.6.4 Lkw-Kühler-Verkleidungsklappen.- 6.2.6.5 Lkw-Türen.- 6.2.6.6 Lkw-Fahrerhäuser.- 6.2.6.7 Transporterkarosserien.- 6.2.6.8 Pkw-Gesamtkarosserien.- 6.2.6.9 Pkw-Karosseriebaugruppen.- 6.2.6.10 Pkw-Bodengruppen.- 6.3 Bearbeiten mit Industrierobotern.- 6.3.1 Einführung.- 6.3.2 Robotergeeignete Bearbeitungsverfahren.- 6.3.3 Aufbau eines Industrieroboterarbeitsplatzes zum Bearbeiten.- 6.3.4 Für den Industrierobotereinsatz geeignete Verfahren.- 6.3.4.1 Schleifen, Trennschleifen.- 6.3.4.2 Bandschleifen.- 6.3.4.3 Bearbeiten mit elastischen Schleifmitteln.- 6.3.4.4 Bürsten.- 6.3.4.5 Fräsen.- 6.3.4.6 Feilen.- 6.3.4.7 Hochdruckwasserstrahl-Bearbeitung.- 6.3.5 Ausgleich von Toleranzen bei der zerspanenden Bearbeitung.- 6.3.5.1 Verschleißkompensation am Beispiel von Schleifscheiben.- 6.3.6 Zusammenfassung.- 6.4 Industrieroboter zum Beschichten.- 6.4.1 Automatisierung in der Beschichtungstechnik.- 6.4.2 Anforderungen an Beschichtungsroboter und die Peripherie.- 6.4.2.1 Mechanischer Aufbau.- 6.4.2.2 Steuerung und Programmierung.- 6.4.2.3 Peripherie.- 6.4.3 Einsatzbeispiele für Beschichtungsroboter.- 6.4.4 Entwicklungstendenzen bei Beschichtungsrobotern.- 6.5 Industrieroboter zur Werkstückhandhabung.- 6.5.1 Einführung.- 6.5.2 Handhabung an Pressen, Schmiede- und Druck/Spritzgußmaschinen.- 6.5.3 Handhabung an Werkzeugmaschinen.- 6.5.4 Palettieren.- 6.5.5 Kommissionieren.- 6.6 Montage.- 6.6.1 Bedeutung der Montageautomatisierung.- 6.6.2 Bauformen heutiger Montageroboter.- 6.6.3 Automatisierungsrechte Produktgestaltung, die Voraussetzung für erfolgreiche Montageautomatisierung.- 6.6.3.1 Notwendigkeit zur montagegerechten Konstruktion.- 6.6.3.2 Stand der montagegerechten Produktgestaltung.- 6.6.3.3 Maßnahmen zur montagegerechten Produktgestaltung.- 6.6.3.3.1 Maßnahmen am Einzelbauteil.- 6.6.3.3.2 Maßnahmen an Baugruppen.- 6.6.3.3.3 Maßnahmen am Produktaufbau.- 6.6.4 Neue Montageroboter.- 6.6.4.1 Horizontale Gelenkkinematik (SCARA).- 6.6.4.2 Vertikale Gelenkkinematik.- 6.6.4.3 Programmierbare Montagezellen mit Bildverarbeitungssystem.- 6.6.5 Anwendung von Industrierobotern in der Montage.- 6.6.5.1 Montage von kleinen Baugruppen.- 6.6.5.2 Lötroboter.- 6.6.5.3 Bestücken von Leiterplatten.- 6.6.5.4 Kabelbaummontage.- 6.6.5.5 Pkw-Endmontagesysteme.- 6.6.5.6 Zukünftige Montagesysteme und Entwicklungstendenzen.- 6.7 Einsatz in flexiblen Laserbearbeitungssystemen.- 6.7.1 Lasermaterialbearbeitung in der Fertigungstechnik.- 6.7.1.1 Laserstrahlschneiden.- 6.7.1.2 Laserstrahlschweißen.- 6.7.2 Aufbau und Systemkomponenten einer flexiblen Laserfertigungszelle.- 6.7.2.1 Laserstrahlquellen.- 6.7.2.2 Laserstrahlführung und Laserstrahlformung.- 6.7.3 Systemkonzepte einer Kopplung zwischen Industrieroboter und Laserstrahlführungssystem.- 6.7.3.1 Klassifizierung realisierter mehrachsiger Laseranlagen unter Berücksichtigung jies kinematischen Aufbaus.- 6.7.3.2 Qualitative Bewertung mehrachsiger Laseranlagen.- 6.7.4 Zusammenfassung.- 6.8 Automatisierte Kabelbaummontage.- 6.8.1 Konventionelle Montage von Kabelbäumen.- 6.8.2 Industrieroboter zur Kabelbaummontage.- 6.8.2.1 Verlegeautomaten mit Industrierobotern.- 6.8.2.2 Industrieroboter zur Herstellung von Kabelbäumen in Crimp-Technik.- 6.8.2.3 Anlagen zur Herstellung von Kabelbäumen in Schneid-Klemm-Technik.- 6.8.3 Industrierobotersystem zur vollautomatischen off-line-programmierten Kabelbaummontage.- 6.9 Löten mit Industrierobotern.- 6.9.1 Anwendungsbereich.- 6.9.2 Lötverfahren für das Löten mit automatischer Lötdrahtzufuhr.- 6.9.2.1 Kolbenlöten mit Industrieroboter.- 6.9.2.1.1 Anforderungen an Industrieroboter.- 6.9.2.1.2 Robotergerechte Lötwerkzeuge.- 6.9.2.1.3 Off-line-Programmierung von Lötaufgaben.- 6.9.2.1.4 Prozeßbeschreibung.- 6.9.2.1.5 Anwendungsbeispiele.- 6.9.2.2 Laserlöten mit Industrierobotern.- 6.9.2.3 Flammlöten mit Industrierobotern.- 6.10 Handhabungssysteme in Reinraumfertigungen.- 6.10.1 Einführung.- 6.10.2 Geräteinterne Handhabungssysteme.- 6.10.3 Reinraumindustrieroboter.- 6.10.4 Mobile Reinraumindustrieroboter und Reinraumtransportsysteme.- 6.10.5 Zusammenfassung.- 6.11 Mobile Industrieroboter.- 6.11.1 Einführung.- 6.11.2 Einteilung mobiler Industrieroboter.- 6.11.3 Aufbau und technische Merkmale eines induktiv geführten Industrieroboters.- 6.11.4 Anwendungsgebiete und Ausführungsformen von mobilen Industrierobotern.- 6.12 Industrieroboter messen und prüfen.- 6.12.1 Einführung.- 6.12.2 Die Notwendigkeit der Vermessung von Industrierobotern.- 6.12.3 Die Notwendigkeit des Messens und Prüfens mit Industrierobotern.- 6.12.4 Anwendungsbeispiele.- 6.12.4.1 Industrieroboter zur Meßmittel- bzw. Meßobjekthandhabung.- 6.12.4.2 Industrieroboter und Nulltaster.- 6.12.4.3 Universeller Einsatz gekoppelter Systeme.- 6.12.5 Zusammenfassung.- 7 Prüfling.- 7.1 Einführung.- 7.2 Kenngrößen von Industrierobotern.- 7.2.1 VDI-Richtlinie 2861.- 7.2.1.1 Stand der VDI-Normungsarbeit.- 7.2.1.2 Blatt 1 der VDI 2861.- 7.2.1.3 Blatt 2 der VDI 2861.- 7.2.1.4 Blatt 3 der VDI 2861.- 7.2.2 ISO-Normung von Industrieroboter-Kenngrößen.- 7.2.2.1 Stand der ISO-Normungsarbeit.- 7.2.2.2 Gegenüberstellung VDI 2861 und ISO/DP 9283.- 7.2.3 Meßergebnisse.- 7.2.4 Zusammenfassung.- 7.3 Modalanalyse an Industrierobotern.- 7.3.1 Modales Modell.- 7.3.2 Ziele der Modalanalyse.- 7.3.3 Ermitteln der modalen Parameter.- 7.3.3.1 Aufnahme der Signale.- 7.3.3.2 Fourier-Transformation.- 7.3.3.3 Bestimmung der modalen Parameter.- 7.3.4 Beispiel einer Modalanalyse.- 8 Arbeitsschutz.- 8.1 Einführung.- 8.2 Problemstellung: Arbeitsschutz und neue Technologien.- 8.3 Bedeutung und Stellenwert des Arbeitsschutzes.- 8.3.1 Was ist Arbeitsschutz?.- 8.3.2 Rechtliche Aspekte.- 8.3.3 Annäherung und Integration.- 8.3.4 Demokratisierung und Akzeptanz.- 8.4 Zum Stand des Arbeitsschutzes bei Industrierobotern.- 8.4.1 Rechtliche Situation.- 8.4.2 Problemindikatoren.- 8.4.3 Problembereiche.- 8.4.3.1 Gefährdete Personengruppen.- 8.4.3.2 Schwachstellen im Innovationsprozeß.- 8.4.3.3 Fehlen praxisgerechter sicherheitstechnischer Lösungen für bestimmte Personengruppen.- 8.5 Grundsätzliche Erfordernisse und Lösungsmöglichkeiten für den Arbeitsschutz bei Industrierobotern.- 8.5.1 IR-Einsatzplanung und Arbeitsschutz.- 8.5.1.1 Erweiterter Planungsansatz.- 8.5.1.2 Planungshilfsmittel.- 8.5.2 Spektrum der Arbeitsschutzmaßnahmen.- 8.5.2.1 Sicherheitsgerechte Konstruktion.- 8.5.2.2 Sicherheitstechnische Einrichtungen.- 8.5.2.3 Organisatorische Sicherheitsmaßnahmen.- 8.5.2.4 Persönliche Schutzausrüstung.- 8.5.2.5 Sicherheitsschulung/-training.- 9 Soziale Aspekte.- 9.1 Einführung.- 9.2 Arbeitswissenschaftliche Aspekte beim Industrierobotereinsatz.- 9.2.1 Aussagefahigkeit der Einsatzfalldatei.- 9.2.2 Beweggründe der Firmen zum Industrierobotereinsatz.- 9.2.3 Freisetzungseffekte.- 9.2.4 Auswirkungen des Robotereinsatzes auf die Arbeitssituation des Menschen.- 9.2.4.1 Physische Belastungen.- 9.2.4.2 Umgebungseinflüsse.- 9.2.4.3 Arbeitssicherheit.- 9.2.4.4 Psychomentale Belastungen.- 9.2.4.5 Arbeitsinhalte der direkt am System Beschäftigten.- 9.2.4.6 Schichtarbeit.- 9.2.4.7 Zusammenfassung.- 9.3 Gestaltungsmaßnahmen zum menschengerechten Einsatz von Industrierobotern.- 9.3.1 Ausdehnung des Planungsbereiches.- 9.3.2 Verringerung der Arbeitsteilung/Erweiterung der Arbeitsinhalte.- 9.3.3 Vergrößerung der Entscheidungs- und Dispositionsspielräume.- 9.3.4 Entkopplungsmaßnahmen.- 9.3.5 Blockbildung.- 9.3.6 Bildung von Arbeitsgruppen.- 9.3.7 Qualifizierung der Beschäftigten.- 9.4 Fallbeispiele Industrieroboter zum Besäumen von Werkstücken aus Kunststoff.- 10 Roboter außerhalb der Fertigungstechnik.- 10.1 Einführung.- 10.2 Bedeutung.- 10.3 Gerätekonzeption.- 10.3.1 Hochflexibles Handhabungssystem mit sehr großem Arbeitsraum für Arbeiten im Freien.- 10.3.2 Stationäres, hochflexibles Handhabungssystem zur Oberflächenbearbeitung.- 10.3.3 Hochflexibles Handhabungssystem für Arbeiten in Bereichen mit erschwerten Umgebungsbedingungen.- 10.4 Wichtige Anwendungsgebiete und ausgeführte Einsatzbeispiele.- 10.4.1 Kerntechnik.- 10.4.2 Dienstleistungsbereich.- 10.4.3 Bauwesen.- 10.4.4 Brand-und Katastrophenschutz.- 10.4.5 Land- und Forstwirtschaft.- 10.4.6 Weltraum, Flugzeugbau, Flugzeugwartung.- 10.4.7 Bergbau.- 10.4.8 Gesundheitswesen.- 10.5 Zusammenfassung.

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.mult. Rolf Dieter Schraft ist Leiter des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Dipl.-Ing. Prof. Dr.-Ing. Hans-Jürgen Warnecke war seit 1971 ordentlicher Professor und Inhaber des Lehrstuhls für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universität Stuttgart sowie Leiter des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Seine Hauptarbeitsgebiete sind Unternehmensplanung und -steuerung, Automatisierung, Montage, Handhabungstechnik, Instandhaltung, Qualitätswesen sowie Meß- und Sensortechnik. 1993 wurde Warnecke emeritiert. Von 1993 bis 2002 war er Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft. Daneben war er von 1995 bis 1997 Präsident des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) in Düsseldorf. Hans-Jürgen Warnecke erhielt die Ehrendoktorwürde der Universitäten Magdeburg, Ljubljana und Timisoara sowie eine Ehrenprofessur der Jiao Tong Universität Shanghai und der Baotou Universität.