Robotergestützte Automatisierung von Plasma-Erzeugern

Präzision in der vierten Dimension

Ohne die Anwendung von Plasma-Systemen sind viele industrielle Prozesse nicht oder nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Sie dürfen in Produktionsanlagen aber nicht zum Flaschenhals der gesamten Prozesskette werden. Der Einsatz von Robotern hilft dabei, dem entgegenzuwirken und die Handhabung der Plasma-Eerzeuger zu automatisieren.

Plasma dient in industriellen Anwendungen u.a. dazu, Oberflächen verschiedener Materialien für nachfolgende Prozesse zu reinigen oder auch zu beschichten. (Bild: Kawasaki Robotics GmbH)

Plasma gilt neben den Aggregatzuständen fest, flüssig und gasförmig als der vierte Aggregatszustand. In industriellen Anwendungen ist es möglich, mit Plasma Metalle zu schneiden und zu verschweißen, Oberflächen verschiedener Produkte aus Kunststoff, Metall, Glas, Keramik, Verbundwerkstoffen und sogar textilen Geweben für nachfolgende Prozesse zu reinigen, zu aktivieren und zu beschichten. In der Medizintechnik lassen sich mit Plasma u.a. medizinische Instrumente und Wunden desinfizieren und das Aufkommen von krankheitserregenden Keimen reduzieren. Die Firma Reylon Plasma kümmert sich um die Entwicklung von Plasma-Technik für solche und ähnliche Anwendungen mitsamt des dafür nötigen hard- und softwareseitigen Equipments. Zu den Kunden des Unternehmens zählen OEMs aus Automobilindustrie und Medizintechnik, Maschinen- und Anlagenbauer sowie Unternehmen aus den Branchen Elektro- und Elektronik, Pharma, Lebensmittel, Verpackung, Kunststoff oder Textil. Eigentümer Dr. Stefan Nettesheim gibt ein Beispiel: „In die Verpackungsanlagen eines unserer Kunden sind 24 Plasmakanäle integriert. Das bedeutet auf den ersten Blick zwar höhere Investitionskosten, aber die Plasma-Prozesse beschleunigen den gesamten Verpackungsprozess, sodass die Produktionskosten niedrig bleiben.“ Die Anlagen, in denen Plasma-Systeme des Unternehmens verbaut sind, sind in aller Regel auf Durchsatz getrimmt und hochautomatisiert. Deren Betreiber erwarten, dass Plasmaanwendungen innerhalb der gesamten Prozesskette nicht zum Flaschenhals werden. Sie sollen reibungslos funktionieren, und zwar taktsynchron mit den anderen ablaufenden Prozessen. Also galt es für die Entwickler, die Handhabung der Plasmaerzeuger zu automatisieren. Nachdem sie alle infrage kommenden Handhabungssysteme analysiert hatten, fiel die Wahl auf eine Roboterlösung – eingebettet in eine Zelle.

Anforderungen und ihre Umsetzung

„Beim Arbeiten mit Plasma fallen applikationsbedingt Feinststäube an. Deshalb benötigten wir als vollautomatische Handhabungslösung einen Standardroboter, der unter diesen Bedingungen zuverlässig arbeitet, der hoch dynamisch ist und eine hohe Wiederholgenauigkeit besitzt“, erläutert Nettesheim die Anforderungen. „Zudem brauchten wir einen Systemintegrator als Partner.“ Fündig wurde das Unternehmen bei Kawasaki Robotics. Nach eingehender Beratung entschieden sich die Entwickler für den sechsachsigen Roboter RS005L. Er trägt bei 35kg Eigengewicht Nutzlasten bis 5kg, verfügt über eine Wiederholgenauigkeit von ±0,03mm und eine Reichweite von über 900mm. Der Roboter lässt sich als Standgerät auf einem Arbeitstisch oder hängend an der Wand bzw. an der Decke einer Roboterzelle montieren, sodass der darunter liegende Arbeitsraum frei bleibt für (großvolumige) Werkstücke. Alle Achsen des Roboters, den standardmäßig ein E71-Controller steuert, sind in Schutzart IP65 ausgeführt, die Handgelenkachse in IP67. Der Roboter erfüllt laut Miteigentümer Klaus Forster alle gestellten Anforderungen. „An der Dynamik des Roboters gibt es nichts auszusetzen, wobei wir ihn im ein oder anderen Test schon ziemlich hart gefahren haben. Er ist aufgrund seiner Achsgeometrie in der Lage, die Düse unseres Plasma-Erzeugers auf jedem Punkt des mit Plasma zu behandelnden Werkstücks präzise zu positionieren und so selbst komplizierte dreidimensionale Konturen abzufahren.“, so Forster. Kommunikationstechnisch setzt Relyon Plasma u.a. aufgrund der hohen Datensicherheit auf CAN. Das Unternehmen stellt aber die Kompatibilität mit anderen Feldbus-Protokollen wie Profibus, Profinet oder Devicenet dennoch sicher. Für die Software-Programmierung des Roboters nahm es zunächst noch einmal die Hilfe von Kawasaki in Anspruch. Doch inzwischen haben einige Anwendungstechniker Schulungen zur Roboterinbetriebnahme, -Programmierung und -Bedienung absolviert und sind unabhängiger, beispielsweise wenn kundenspezifische Tests zu fahren sind.

Der Sechsachser RS005L trägt bis 5kg und bietet eine Wiederholgenauigkeit von +/-0,03mm sowie mehr als 900mm Reichweite. (Bild: Kawasaki Robotics GmbH)

Einsatz der Roboterzelle

Relyon Plasma nutzt die Roboterzelle zur Bemusterung von Plasma-Prozessen, etwa für die Reinigung von Motoren oder von Dichtgeometrien bei Scheinwerfern. Aber dabei geht es vornehmlich um den Nachweis, dass der jeweilige Prozess so sicher und stabil verläuft, wie es sich der Anwender wünscht. Welchen Roboter er letztendlich einsetzt, darauf hat das Unternehmen keinen Einfluss. Zwei Zellen mit der beschriebenen Roboterlösung sind allerdings bereits als integraler Teil zweier Fertigungsanlagen nach Brasilien und China verkauft worden. Bei den Kunden handelt es sich um OEMs aus der Automobil-Branche.