Siemens verbetert nauwkeurigheid robotfrezen met een factor 10

Siemens heeft drie onderzoekers die de vormnauwkleurigheid van robotfrezen met een factor 10 verbeterd hebben, benoemd tot Inventor of the Year 2021. Het concern kent deze onderscheiding elk jaar toe aan medewerkers die baanbrekend werk hebben gedaan. Birgit Obst, Dirk Hartmann en Florian Schnös hebben algoritmen ontwikkeld waarmee je met robotfrezen nauwkeurigheden haalt die eerder alleen met een werktuigmachine mogelijk waren.

Ze gebruiken hiervoor simulaties in combinatie met algoritmen. “Numerieke algoritmen kunnen de krachten die tijdens het freesproces ontstaan, voorspellen”, legt Birgit Obst uit. De algoritmen berekenen voor elk punt van de gereedschapbaan de krachten die je kunt verwachten op de freeskop. Als je dit precies weet, dan is ook bekend hoeveel de frees van de geprogrammeerde positie zal afwijken. In de besturing kan Siemens hiervoor realtime corrigeren. De nauwkeurigheidsverbetering vergt dus geen inzet van extra, soms dure hardware.

Siemens Inventor of the Year 2021 voor team dat robotfrezen industrieel inzetbaar maakt

De drie Inventors of the Year van Siemens: Birgit Obst, Dirk Hartmann en Florian Schnös. In totaliteit heeft Siemens 15 medewerkers deze onderscheiding toegekend.

10 keer nauwkeuriger

Doordat ze data uit het freesproces, zoals het koppel van de spindel, vergelijken met de berekening in de simulatie, kunnen ze zien of extra compensatie nodig is. “Dat kunnen we realtime doen”, aldus Obst. Nog voordat de afwijking ontstaat, wordt gecompenseerd. De afwijking die tijdens het robotfrezen van aluminium ontstaat, is verbeterd van 1 mm naar 0,1 tot 0,2 mm; 99% van de maatnauwkeurigheidsafwijkingen in de freesbewerking zijn kleiner dan 0,25 mm. Daarmee leent het concept zich volgens Schnös goed voor het voorfrezen.

Real-time informatie over het gereedschap

Bij het Siemens Robotics Center of Competence, waar de praktische testen zijn gedaan, leven inmiddels nieuwe ideeën over wat je hiermee kunt. Het liefst integreert men daar de algoritmen in Sinumerik. Zonder extra investeringen zouden dan bedrijven hun bestaande laadrobot kunnen inzetten voor frezen. Maar men ziet ook toekomstige toepassingen in de werktuigmachine. Nauwkeurigheid is de grootste kostenpost in de productie van de machine hardware. Met de nieuwe oplossing wil men een paradigmaverschuiving van hardware naar digitaal georiënteerde oplossingen creëren.

Bouwsteen Industrie 4.0

Birgit Obst weerkt bij Siemens Technology in München. Dirk Hartmann is senior wetenschapper bij deze Siemens vestiging en Florian Schnös heeft aan het project meegewerkt in het kader van zij doctoraal studie aan de TUM. Hij werkt nu bij Kuka. Het belang van hun ontwikkeling is dat robots als een van de bouwstenen van Industrie 4.0 worden gezien. Ze zijn flexibel qua inzet, maar het ontbrak aan de hoge nauwkeurigheid die een werktuigmachine wel heeft. Met de combinatie van simulatie en algoritmen heeft het drietal deze tekortkoming weggewerkt.