automatica 2025: Neuartiger Bearbeitungsroboter schließt Lücke zwischen klassischem Industrieroboter & Werkzeugmaschine

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Für die ressourceneffiziente flexible automatisierte Produktion – Neu
entwickelte Fräskinematik ermöglicht vielseitige, effiziente und
hochpräzise Bearbeitung von Faserverbundwerkstoffen über Aluminium bis hin
zu vergüteten Stählen mit einer Fertigungstoleranz von bis zu 0,1
Millimeter.

Die weltweit einzigartige Neuentwicklung wird auf der automatica, der
intelligenten Leitmesse für Automation und Robotik (24.-27. Juni 2025,
München), vom Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte
Materialforschung IFAM, Stade, gemeinsam mit autonox Robotics GmbH und
Siemens AG in Halle A4 auf dem autonox Robotics-Stand A4-329 und in Halle
B6 auf dem Siemens-Stand B6-303 präsentiert.

Neuartiger Bearbeitungsroboter – Höchste Präzision und Dynamik in der
Fertigung

Das Fraunhofer IFAM in Stade hat eine wegweisende Technologie zur
Verbesserung der Dynamik und Präzision von Industrierobotern entwickelt.
Diese kombiniert intelligente, modellgestützte Regelungsstrategien mit
neuartigen Antriebstechnologien und einer darauf optimierten mechanischen
Struktur des Roboters. Mit Hilfe der Entwicklung können dynamische Fehler
kompensiert und Schwingungen effektiv gedämpft werden. Dadurch verbessert
sich die Bahngenauigkeit signifikant, selbst bei hohen
Vorschubgeschwindigkeiten und komplexen Bewegungsmustern.

Ein besonderer Vorteil ist die optimierte Störunterdrückung, die selbst
bei hochdynamischen Prozesskräften für eine konstante Präzision sorgt.
Damit ermöglicht dieses Antriebskonzept Bearbeitungen mit höheren
Materialabtragsraten sowie die Fähigkeit mit höheren Ruckeinstellungen zu
fahren, beides führt zu einer erheblichen Steigerung der Produktivität.

Dank dieser Eigenschaften schließt dieser »Machine Tool Robot« (MTR) die
Lücke zwischen klassischen Industrierobotern und Werkzeugmaschinen. Er
eignet sich besonders für anspruchsvolle Fertigungsprozesse, z.B. in der
Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialien, und eröffnet neue
Möglichkeiten für die Automatisierungstechnik sowie die Smart Industry.

Alternatives Maschinenkonzept

Industrieroboter ermöglichen ein alternatives Maschinenkonzept,
insbesondere wenn sie zusammen mit einer Arbeitsraumerweiterung durch eine
flächenbewegliche Plattform oder translatorische Zusatzachsen, wie
Linearachsen, oder im Zusammenspiel mit weiteren Robotern eingesetzt
werden.

Im Vergleich zu Portalanlagen bzw. Werkzeugmaschinen ist dieses
Maschinenkonzept wesentlich platzsparender und nicht ökonomisch an
einzelne Großbauteile gebunden. Zusätzlich entfällt der Einsatz von
Sonderfundamenten, was eine zukünftige Anpassung von Fertigungsstraßen
erleichtert.

Breites Anwendungsfeld durch die Kombination von Linearachse und Roboter

Die Kombination einer seriellen Knickarmkinematik mit einer Linearachse
weist gegenüber großen Portalanlagen und Sondermaschinen für die
Bearbeitung vielfältige Vorteile auf. Die geringere Standfläche sowie die
modular gestaltete Linearachse ermöglichen eine hohe Flexibilität der
Anlage. Durch den Einsatz zweier verspannter Ritzel-Zahnstangen-Antriebe
werden Umkehreffekte kompensiert und eine ausreichend hohe
Antriebssteifigkeit des Linearachsschlittens für bahngenaue
Roboterprozesse erreicht. Aufgrund der hohen Struktursteifigkeit der
Linearachse sind die Einflüsse auf die Robotergenauigkeit trotz großer
Hebelarme zum Lastangriffspunkt gering.

Weiteres Potenzial zur Präzisionssteigerung: »CaliRob« – Modellbasierte
Kalibrierung von Industrierobotern und Linearachsen

Mit Hilfe einer am Fraunhofer IFAM in Stade entwickelten Softwareanwendung
zur modellbasierten Kalibrierung – »CaliRob« – wird eine ergänzende
Technologie zur Präzisionssteigerung erschlossen: Aufgrund unvermeidlicher
Fertigungstoleranzen weisen Industrieroboter individuelle Abweichungen vom
idealen System auf. Diese Abweichungen führen dazu, dass sich bei
Robotersystemen ohne Kenntnis dieser Abweichungen bei der Anfahrt auf
Sollposen Fehler von bis zu einigen Millimetern ergeben können. Um
höchstmögliche Genauigkeiten zu erreichen, müssen Industrieroboter daher
anforderungsgerecht kalibriert werden, beispielsweise mit »CaliRob«. Ein
Schlüsselelement dieser Anwendung ist ein sehr weitreichendes
mathematisches Modell, das über 200 Parameter zur Beschreibung einer
Roboterkinematik auf einer Linearachse umfasst.

Ausblick

Im nächsten Schritt werden die Expertinnen und Experten des Fraunhofer
IFAM das neue Robotersystem zusammen mit ihren FuE-Partnern autonox
Robotics GmbH sowie Siemens AG in anspruchsvollen Industrieanwendungen
erproben, um das Potenzial der Technologien weiter voranzutreiben.

Für Machine Tool Robots bieten sich eine Vielzahl von Anwendungen: In
Kombination mit einer Linearachse reicht das Spektrum von
Bearbeitungsaufgaben aus der Luftfahrt wie leichteren
Faserverbundstrukturen und Aluminiumlegierungen bis zur Bearbeitung
härterer Materialien, wie Stahl oder Titan, die beispielsweise im
Schienen-, Nutzfahrzeug- und Schiffbau sowie in der Energiebranche zum
Einsatz kommen. Eine Bearbeitung solcher Bauteile und Materialien war
bisher mittels Industrieroboter nicht industriell robust realisierbar.
Insbesondere die Bearbeitung schwer zerspanbarer Materialen durch Machine
Tool Robots erscheint so zukunftsträchtig.

Auftraggeber

Das Niedersächsische Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Bauen sowie
die NBank förderten das LuFo-Forschungsprojekt »Roboter Made in
Niedersachsen 2« (»RoMaNi 2«; Förderkennzeichen: ZW1-80155399). Im Namen
aller Projektpartner bedankt sich das Fraunhofer IFAM bei dem
Niedersächsischen Ministerium für Wirtschaft, Verkehr und Bauen, der NBank
sowie bei dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als
Projektträger für deren Unterstützung.

Messe

Erfahren Sie mehr – besuchen Sie uns vom 24. bis 27. Juni auf der
automatica 2025 in München in Halle A4 auf dem autonox Robotics-Stand
A4-329 und auf dem Siemens Stand B6-303