18/11/2015
Door Liam van Koert
Een bijzondere samenwerking: Siemens, Kuka en Handtmann. Een flinke KR K600 Fortec-robot, bestuurd door de Sinumerik CNC-besturing van een HBZ Trunnion 80-bewerkingscentrum. Het grote voordeel? De operator kan zelf de robot programmeren vanuit een bekende omgeving. Intussen is de robot een prima verspaningsassistent.
Freesmachines en robots zijn vaak in een gezamenlijke productiecel te vinden. Meestal verzorgt de robot de product en gereedschapshandeling, soms haalt hij ook een braampje weg. Maar ondanks de veelvuldige samenwerking en de opkomst van volautomatische gerobotiseerde productiecellen, hebben we onder de oppervlakte toch vaak te maken met twee werelden: die van de robotprogrammeur en die van de al dan niet door CAD/CAM geholpen operator. Eerst genoemde programmeert de robottaken in – meestal leverancierspecifieke – robotsoftware. De tweede, in het geval hij een vijfasser van Handtmann heeft staan, in de Sinumeriek-omgeving van Siemens. Een bovenliggend mastersysteem zorgt vervolgens voor de synchronisatie van beide machines, al dan niet met een overkoepelende HMI waar de operator de applicatie kan opstarten. Zolang het om grote series gaat en het draait, is dat prima. Maar wat als er andere producten moeten worden gemaakt? Dan schiet de robotprogrammeerkennis van de operator meestal tekort en moet opnieuw een beroep op de robotintegrator gedaan worden. Hoewel in essentie een zeer flexibel apparaat, komt de robot in dit geval niet goed tot zijn recht. Want de belofte is juist het kostenefficiënt kunnen maken van kleine series. Dat is de trend in alle takken van productiesport en ook in de wereld van het verspanen.
Duits onderonsje
Kuka en Siemens werken al een aardig poosje samen aan de integratie van robot- en machinebesturingen. Al op de EMO van 2013 werd er een koppeling tussen Sinumerik en de Kuka-robotbesturing getoond. De eerste berichten over RunMyRobot (het Siemensdeel van de koppeling) en mxAutomation (de Kuka-kant) duiken echter al op in 2011. Beide Duitse automatiseringsgiganten realiseren zich dan ook maar al te goed dat een fatsoenlijke robotintegratie een behoorlijke voorsprong op de concurrentie kan opleveren. De vraag naar robots groeit. De kennis bij de gebruikers niet. En dan is er bovendien nog die andere Duitse vinding Industrie 4.0 die aan de poort klopt. Deze vereist een bijna inherente integratie van automatiseringsonderdelen op de utopische weg naar seriegrootte 1. Alle reden de slimme Duitse koppen eens bij elkaar te steken. Dit jaar was echter het jaar dat daar ook een Duitse machinebouwer aan werd toegevoegd. En deze eer viel Handtmann ten deel, die er geen gras over liet groeien. “We hebben deze applicatie in een paar maanden opgebouwd”, vertelt verkoper Bernard Feith tijdens een bezoek aan de Handtmann-stand tijdens de EMO Milano 2015. We kijken ondertussen naar een Kuka KR K600 Fortec die niet alleen een Handtmann HBZ Trunnion 80 van de juiste stukken voorziet, maar ook de polijstwerkzaamheden voor zijn rekening neemt. En alle opdrachten, zowel de nabewerking als de machinebelading, zijn allemaal via Sinumerik Operator middels een afzonderlijk kanaal aan de robot doorgegeven. “Of dat je de g-code aan de robot aanbiedt of aan de bewerkingsmachine? Dat is de Sinumerik-besturing een ‘Wurst’.” En of dat de numerieke commando’s handmatig worden ingegeven of via CAM? Ook dat maakt niet uit. Iedereen die een Handtmann-machine kan programmeren kan zonder robotkennis ook de extra Kuka-assen gebruiken, ongeacht of dat het bewerken of beladen betreft en ongeacht het aantal machines.” Gevraagd wanneer de opstelling verkrijgbaar is, lijkt Feith verbaasd. “Het werkt toch? Waarom zouden we onze klanten laten wachten?”
Numerieke optelsom
Naast aanstekelijk is het enthousiasme van Feith ook best begrijpelijk. Ja, RunMyRobot holt al een tijdje mee in het verspaningscircuit. En ook mxAutomation heeft naast diverse succesvolle CNC-koppelingen tevens de nodige PLC-koppelingen op zijn naam staan. Maar de echte applicaties? Die bleven tot voor kort uit. Bovendien gaat de Handtmann-oplossing net een paar stapjes verder. In twee richtingen wel te verstaan.Als eerste ‘machinebouwer in de praktijk’ beschikken zij namelijk over alle robotfuncties, inclusief veiligheidsfuncties en diagnose. Bovendien is er synergie. Oliver Altenburger van Kuka licht het extra verspaningsvoordeel toe. “Natuurlijk was de inzet om de operator in staat te stellen de robot te programmeren zonder programmeerkennis. Maar door de manier waarop we dit vraagstuk hebben aangevlogen, is de robot daarmee ook een aardige verspaningsmachine geworden. Nee, hij haalt niet de nauwkeurigheden van een Handtmann-bewerkingscentrum. Maar een nauwkeurigheid van 0,1 millimeter is voor veel toepassingen best acceptabel. En wanneer gecombineerd, dan heb je voor wat betreft kwaliteit, flexibiliteit en kosten een veelzijdig duo. De freesmachine doet de lastige bewerkingen, terwijl de robot zijn nietsontziende assistent is, die bovendien zelf ook niet vies is van een verspaningsklusje hier of daar.” Belangrijke reden dat deze verspaningskunde nu ook de robot ten deel valt, is volgens Altenburger het feit dat de robot in plaats van door een robotprogrammeur door een verspaningsspecialist wordt aangestuurd. “Kijk, een robotprogrammeur snapt zaken als baan- en herhaalnauwkeurigheid. Zijn specialisme is om met zes assen en een stuk gereedschap aan de pols cyclustijden zo ver mogelijk op te voeren. Maar dat maakt hem nog geen verspaningsspecialist die weet met welke verspaningsstrategie je het beste resultaat boekt. Natuurlijk blijft de robot voor wat betreft verspanen – mede door een veel lagere stijfheid en de aan de pols optredende dynamische krachten – een inferieure oplossing in vergelijking met een freesmachine. Maar de operator-benadering versus de robotprogrammeur-benadering maakt wel een hele andere mix van productiemiddelen mogelijk. En deze mix is niet alleen goedkoper, maar bovendien vele malen flexibeler.” Eén van de partijen die van alles kan vertellen over deze intensieve samenwerking tussen Kuka en Siemens is Dymato uit Veenendaal. Als vertegenwoordiger van Handtmann in de Benelux zijn zij voor wat betreft deze Duitse samenwerking een voor de hand liggend Nederlands aanspreekpunt.
Server met bibliotheken
Over de echte ‘nitty gritty’ van de Kuka-Siemens-besturing kloppen we aan bij Bart Al van Kuka Nederland. Als mxAutomation-expert legt hij uit waar het verschil zit in de Siemens Kuka-samenwerking in vergelijking met andere aanbieders. Het verschil blijkt hem vooral in bewezen commitment te zitten: beschikbare bibliotheken voor de Siemens-Kuka-combinatie. In combinatie met een dedicated kanaal van de Sinumerik-besturing is voor de Siemens-besturing een Kuka-robot net zo eigen als een Handtmann-machine.
“Ik begrijp dat het verwarrend kan overkomen”, zegt de sales- en marketingmanager van Kuka Nederland. “Aan de ene kant is er RunMyRobot, aan de andere kant mxAutomation. Maar uiteindelijk zijn het twee kanten van dezelfde medaille. Zo is aan de zijde van Siemens hard gewerkt aan robotintegratie in Sinumerik. Met Kuka zijn de lijnen wat dat betreft zeer kort. Aan onze kant willen we robotprogrammeren toegankelijk maken. Ook voor CNC en CAM. Hiertoe hebben we een driver ontwikkeld voor de Kuka-robotbesturing en een bibliotheek met functies voor specifieke apparaten. Voor Sinumerik is die bibliotheek dusdanig uitgebreid, dat je echt het volle potentieel uit een Kuka-robot kan halen via en Sinumerik-besturing. Hierdoor is de Kuka-Siemens-samenwerking echt plug & play te noemen.”
Server details
Hoe deze plug & play gerealiseerd is? Kort door de bocht is er ook bij mxAutomation voor gekozen om de robotcontroller in takt te laten. Op de robotbesturing draait een extra serverprogramma dat de commando’s vanuit de machinebesturing afhandelt. Deze zijn net als alle machinefuncties gewoon geschreven in de taal van de machinebesturing en worden door de virtuele server op de juiste manier geïnterpreteerd. Vervolgens worden er resulterende parameters en statusberichten retour gezonden naar speciale mxAutomation bibliotheken op de machinebesturing. Om de dataoverdracht van de robotcommando’s en de feedback zo snel mogelijk en deterministisch te laten verlopen, is er in een dedicated veldbus voorzien. Hierdoor kunnen er tot maar liefst vijf robots tegelijkertijd bestuurd worden vanuit één machinecontroller. De mxAutomation-bibliotheek is gemaakt in een ‘Portable Structured Text’ en is momenteel alleen nog beschikbaar voor Siemens Simatic, en op basis daarvan voor Sinumerik 840D, evenals voor de PLC’s van Rockwell en voor CodeSys- of ProConOS-systemen. Bibliotheken voor andere controllers en systemen zijn nog in de maak. Wel is er een aanpassingskit beschikbaar waarmee de mxAutomation-bibliotheek kan worden geïntegreerd in de controllers van andere fabrikanten. Hiervoor dient wel eerst een samenwerkingsovereenkomst met Kuka te worden afgesloten. Deze bibliotheken zijn beschikbaar in programmeertalen zoals C / C ++.