Automatisierungstrends in der Materialprüfung

Werkstoffprüfungen werden immer stärker automatisiert, da schon kleinste Störungen die Messwerte verändern. Auch zeitaufwendige oder monotone Arbeiten überlässt man zunehmend Robotern. ZwickRoell bietet umfassende Möglichkeiten, um Materialprüfungen zu automatisieren. Die Prüfsysteme reichen dabei von der effizienten Automatisierung von Kleinserienprüfungen mittels kollaborierender Roboter im Prüflabor bis zum vollautomatisierten Prüflabor, das rund um die Uhr arbeitet.

Klassische Roboterprüfsysteme, z. B. auf Basis von Industrierobotern, kommen schon seit Jahren erfolgreich zum Einsatz. Durch ihre hohe Belastbarkeit sind sie in der Lage auch schwere Prüflinge sicher zu bewegen. Dank umfangreicher Probenmagazine eignen sie sich hervorragend für lange Prüfserien – hunderte oder gar tausende Prüflinge werden Magazin für Magazin selbstständig abgearbeitet. Zum Beispiel durch die verschiedenen roboTest Prüfsysteme von ZwickRoell. Sie eignen sich in Verbindung mit der jeweiligen Prüfmaschine nicht nur für den Standard-Zugversuch an Metall oder Kunststoffproben bei Normalbedingungen. Auch Biegeversuche, temperierte Zug-, Kerbschlag- und Durchstoßversuche sowie Messungen der Kugeleindruckhärte lassen sich automatisieren.

robotest AGV
Komplettsysteme

Doch nicht nur die eigentliche Prüfung erfolgt ohne weiteren Eingriff eines Mitarbeiters. ZwickRoell baut mit AGVs (Automated Guided Vehicles, Fahrerlose Transportfahrzeuge) und weiteren Handlingroboten, die genau wie die zur Prüfung herangezogenen Roboter von der ZwickRoell autoEdition 3 koordiniert werden, völlig autonom agierende Prüflabore. Sie laufen bei Bedarf 24 Stunden am Tag und übernehmen Materialprüfungen von der Abgabe der Proben auf einem Transportband bis hin zur Ausgabe der zerstörten Prüflinge völlig selbstständig.

Was noch dem Menschen überlassen bleibt ist die Probenherstellung und -vorbereitung. Besonders im Falle der Qualitätssicherung neben der laufenden Produktion mit hohem Materialdurchlauf lohnt sich ein vollautomatisiertes Prüflabor. Nach Entnahme der Werkstücke oder Materialien aus dem Fertigungsprozess werden die Proben in die benötigte Form und Größe gebracht. Zudem bekommt jeder Prüfling einen Barcode oder 2D-Code und ist damit im System automatisiert und eindeutig zu identifizieren.

Bleibt nur noch die Übergabe der Proben an das Roboterprüflabor: Auf ein Laufband gelegt und damit gefahrlos in Reichweite der Roboter gebracht, werden die Prüflinge anhand ihres Codes erkannt, der richtigen Prüfung und Prüfmaschine zugewiesen und auf das entsprechende Tablet sortiert.

Fahrerloser Transport

Der Weitertransport erfolgt durch AGVs, die die Tablets zur jeweiligen Prüfmaschine bringen. Sie erstellen durch das integrierte Laser-Navigationssystem eine Karte ihrer Umgebung und finden selbstständig die ideale Route zu ihrem Ziel. Durch die autonome Navigation sind sie dabei den klassischen Lösungen überlegen, die beispielsweise einem in die Fahrbahn eingelassenen Draht oder einer aufgeklebten Kontrastlinie folgen müssen. Deren einzige Möglichkeit auf Hindernisse zu reagieren, ist anzuhalten und abzuwarten bis der Weg freigegeben wird oder einen Operator zu verständigen. Wird der Weg nicht freigegeben bleibt die Lieferung stehen, im schlechtesten Falle so lang bis an der Zielstation das Material ausgeht und ein Mitarbeiter auf die Suche geht. Die von ZwickRoell eingesetzte Lösung ist dagegen in der Lage Hindernisse zu umfahren und so die Transportkette zu sichern.

Einmal an der vorgesehenen Prüfmaschine angekommen, lädt das AGV sein Tablet und damit die frischen Prüflinge in das Magazin des Prüfsystems. Eines der von ZwickRoell bekannten Roboterprüfsysteme wie beispielsweise roboTest L übernimmt die Bearbeitung der gelieferten Proben: Die Bestückung der Prüfmaschine, der Prüfvorgang und die Übergabe der Daten an die Softwaresysteme des Kunden und selbstverständlich die Entfernung der zerstörten Proben erfolgen vollautomatisch. Auch hier werden die Identifikationsnummern der Prüflinge durch Kameras ausgelesen, um die Prüfdaten mit der jeweiligen Probe korrekt zu verknüpfen.

Die entleerten Tablets nimmt ein AGV wieder auf und transportiert sie zurück zur Probenvorbereitung. Dort werden sie wieder bestückt und der Kreislauf beginnt von neuem.

Kleinserienprüfungen automatisieren

Was im großen Stil hervorragend funktioniert und viel Zeit spart war bisher im Kleinen völlig unwirtschaftlich. Die Einrichtung stationärer Roboterprüfsysteme ist aufwendig, erfordert Zeit und Spezialisten, die sich mit deren Programmierung auskennen. Zudem sind je nach System umfassende Schutzmaßnahmen nötig, um Verletzungen und Unfälle zu vermeiden: Die kraftvoll agierenden Industrieroboter sind nicht für die direkte Zusammenarbeit mit dem Menschen geschaffen. Ihnen fehlt die Möglichkeit auf ihre Umgebung zu reagieren, zum Beispiel durch eine Notabschaltung, wenn sich ein Mensch im Arbeitsbereich befindet. Meist greift man daher zu Schutzzäunen und verhindert so das Aufeinandertreffen von Mensch und Roboter. Kleinserienprüfungen blieben daher bis jetzt fest in Menschenhand. Sei die Arbeit auch noch so monoton – es ging bisher viel schneller einen Mitarbeiter mit 20 Zugprüfungen oder 50 Kerbschlagbiegeversuchen zu betrauen, als eines der großen Roboterprüfsysteme einzurichten.

Mit roboTest N bietet ZwickRoell zum ersten Mal die Möglichkeit bei geringerem Probengewicht auch Serienprüfungen mit niedriger Stückzahl zu automatisieren. Auf Basis eines Smart Robot ist das System vollständig in die ZwickRoell autoEditon 3 und testXpert III integriert. Dadurch sind weder ein Roboterbedienterminal noch spezielle Kentnisse in der Programmierung und Bedienung von Robotern notwendig. Stattdessen nimmt man den roboTest N im wahrsten Sinne des Wortes „an die Hand“ um ihm den nötigen Referenzpunkt beizubringen. Softwareseitig erfolgt die Parametrierung in der vertrauten Umgebung der Prüfsoftware.

Unkompliziert ist nicht nur die Einrichtung des Smart Robots. Seine Arbeitsgeschwindigkeit und -kraft entsprechen menschlichen Proportionen. Sensoren erkennen eine Fremdeinwirkung und legen das System still, wenn ihm etwas in die Quere kommt. Dadurch kann roboTest N nach Absprache mit dem Sicherheitsbeauftragten des Labors ohne weitere Schutzmaßnahmen neben Menschen arbeiten – abgesperrte Arbeitsbereiche sind unnötig.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten

Der Leichtbauroboter ist auf einem fahrbaren Robotertisch fixiert. Durch diese mobile Basis vervielfachen sich die Anwendungsmöglichkeiten . Der Smart Robot kann einfach an die jeweilige Prüfmaschine geschoben und ans System angebunden werden. Dies ermöglicht nicht nur die unkomplizierte Verarbeitung wechselnder Kleinserien, sondern auch die automatisierte Durchführung verschiedener Prüfungen.

Zug- und Druckversuche lassen sich genauso autonom abwickeln wie Drei-Punkt-Biegeprüfungen, Kerbschlagbiegeversuche oder Härteprüfungen. Die bewegliche Basis bietet auch Platz für individuell – zum Beispiel im 3D-Drucker – hergestellte Magazine aus denen sich roboTest N mit weiteren Proben versorgt. Kurz vor Feierabend gestartet verlängert der Roboter den Arbeitstag so um einen Magazininhalt und die Ergebnisse liegen am nächsten Tag vor.

Die Automatisierung monotoner Standardprüfungen hält qualifizierte Mitarbeiter frei für komplexere Prüfanwendungen, die mehr Aufmerksamkeit erfordern. Auch die Bedienerunabhängigkeit durch Einsatz des Roboters ist ein Vorteil. Dank der völlig gleichförmigen Bewegungsabläufe beim Bestücken der Prüfmaschine und der damit einhergehenden immer gleichen Positionierung der Proben lassen sich Nutzerfehler oder Ungenauigkeiten ausschließen und die Sicherheit der Prüfergebnisse steigern.

Fazit
Roboterprüfsysteme bieten dem Anwender eine ganze Reihe von Vorteilen bei Serienprüfungen, vom Zeitgewinn bis hin zu einer verbesserten Aussagefähigkeit der Prüfergebnisse. ZwickRoell deckt mit verschiedenen roboTest-Prüfsystemen die ganze Bandbreite der Prüfautomatisierung ab – von der kurzfristig möglichen Unterstützung für stetig wechselnde Kleinserienprüfungen im Labor bis hin zum vollautomatisierten Prüflabor ohne menschliche Intervention.
roboTest N
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