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09. November 2011

Offene PC-basierte CNC für Laserschweißanlage

Beitrag aus openautomation 6/2011


Im modernen Schiffbau werden Decks und Zwischenwände als Module verschweißt. Damit sich diese vom Heck bis zum Bug reibungslos ineinander fügen, muss jede Schweißnaht höchst präzise ausgeführt sein. Mit ihrem „offenen“ Steuerungssystem sorgt IBH Automation dafür, dass die Produktion auf einer der größten Laserschweißanlagen der Welt optimal arbeitet.

Die Laserhybrid-Schweißanlage, die bei der Meyer Werft in Papenburg zum Einsatz kommt, ist rund 40 m lang, 6 m hoch und wiegt 260 t. Teile der AIDA-Schiffe werden auf ihr geschweißt. Ein solches Clubschiff ist gut 250 m lang und verfügt über 15 Stockwerke, in denen mehr als 2.000 Passagiere Platz und Unterhaltung finden.

Die Ansprüche der Meyer Werft an die Maschinen, die für die Produktion eines solchen Schiffs benötigt werden, sind hoch. Das gilt auch für die Schweißanlage. Sie ist mit einem 12-kW-CO2-Laser von Trumpf und einer 900-A-MIG-Stromquelle ausgestattet. „Durch diese Anlage wird die Anzahl der Verbindungsstellen über die Länge eines Schiffs erheblich reduziert und damit werden Kosten gespart“, verkündet der Maschinenbauer der Laserschweißanlage, die Held Systems Deutschland GmbH.


Hohe Anforderungen auf breiter Front
Insgesamt arbeiten bei diesem Projekt mehrere Partner zusammen. Mit dabei ist auch die IBH Automation Gesellschaft für Steuerungstechnik mbH. Sie liefert die Steuerung der Schweißnahtverfolgung sowie das Management der Schnittstellen und realisierte gleichzeitig die Dateninformationsübertragung. Mehr als 30 Sercos-Achsen hat die Steuerung zu bewältigen. „Und wir mussten sehr viele Schnittstellen managen“, berichtet IBH-Geschäftsführer Roland Jaensch. Eine Anbindung in diesem Umfang bildet fast ein eigenes Arbeitsfeld.

Die Aufgabe der Maschine ist es, auf liegende Panelbleche, die später im Innenbereich der Schiffe das Deck und die Zwischenwände bilden, zur Versteifung senkrecht stehende, sogenannte Aufsetzer, zu verschweißen. Bis zu 30 m sind die Versteifungsstücke lang, die mit dem Laserhybrid-Schweißverfahren verbunden werden. Im Schweißportal wird die Naht zwischen Aufsetzer und Panelblech selbstständig gesucht und verbunden. Sobald ein Aufsetzer verschweißt ist, wird das Panel zur nächsten Naht weiter transportiert. Nur bei Störungen, beispielsweise wenn der Spalt zu breit ist oder wenn Schmutz den Vorgang zu stören droht, muss der Bediener eingreifen.


CNC-integrierte Schweißnahtführung

Auch die Güte der Schweißnaht ist von hoher Bedeutung. So wandert das Blech, wenn es das Schweißportal verlässt, weitgehend direkt an die Position im Schiff. Kameras und Sensoren überwachen den Fügeprozess. Basis für die Lösung bildet eine besondere Schweißnahtführung: „Wir sprechen von einer CNC-integrierten Schweißnahtführung“, erläutert Dr. Walter Schwabe, geschäftsführender Gesellschafter der IBS Automa­tion GmbH. Damit soll ausgedrückt werden, dass, im Gegensatz zu bekannten technischen Lösungen zur Schweißnahtverfolgung, nicht die im Programm hinterlegten Positionen im Interpolator korrigiert werden, sondern ein neues NC-Programm in der CNC automatisch generiert wird. In der Praxis kann die IBH-CNC-Steuerung mit CNC-integrierter Nahtführung Schweiß­bahnen mit einer Geschwindigkeit oberhalb von 10 m/min bei einem Bahnradius von 40 mm und einer Bahngenauigkeit von +50 µm generieren.

Dies ist dadurch möglich, dass die Spezialisten in die CNC-Betriebssystem-Software eingegriffen haben: Als sogenannter Compile-Zyklus wird die Schweißnahterkennung auf die CNC aufgesetzt. Bei Maschinenbauern ist diese Schnittstelle beliebt, weil sich darüber bestimmte Funk­tionen und eigene Softwareentwicklungen in C++ einfach in die CNC-Software einbinden lassen. „Damit kann jeder OEM eigenes Know-how in die Steue­rung einbringen“, verdeutlicht R. Jaensch.

Neben der CNC-integrierten Schweißnahtführung wurde bei der Anlage auf der Meyer Werft eine Online-Nahtgeometriekontrolle eingesetzt. Über Profibus ist sie an die IBH-Steuerung angeschlossen. Dabei werden in beide Richtungen Datenpakete übertragen. Die Steuerung übermittelt auch während der aktiven CNC-integrierten Schweißnahtführung Parameter zum Nahtsensor. „Somit werden Parameteränderungen ‚on-the-fly’ möglich“, benennt R. Jaensch den Vorteil. Dr. W. Schwabe ergänzt: „Da der Nahtsensor neben der Position der definierten Schweißnaht, wie Überlappstoß, I-Naht oder Kehlnaht, auch weitere Daten, wie Spalt oder Winkel der Kehlnaht, übertragen kann, werden anwendungsspezifische Datenstrukturen kommuniziert.“ Im Kern der Schweißanlage arbeitet eine kompakte Macro 8005 NT (New Technologie) der Kornwestheimer.


Weitere Highlights

Daneben ertüchtigten die IBH-Techniker die Steuerung noch für weitere Anforderungen, zum Beispiel hinsichtlich der Kommunikation. Die Daten für die Maschine werden vom CAD/CAM-System in der Konstruk­tionsabteilung in die NC-Programme überführt. „Die Anlage arbeitet sozusagen just-in-time“, berichtet R. Jaensch. Sowohl an der Maschine, als auch in der Konstruktion steht ein Bedienfeld, das über den Fortgang des Prozesses Auskunft gibt.
Vorteile bietet zudem die PC-Basis der Steuerung, da sie kostengünstig viele Andockmöglichkeiten von Hause aus mitbringt. Und auch bei der riesigen Laserschweißanlage ist die Philosophie des offenen Systems laut R. Jaensch „voll aufgegangen“. Bei dieser Anlage in der Meyer Werft wurde die Steuerung mittels zweier IBH-Hochleistungs-Industrie-PC realisiert. Deren standardisierte Architektur erlaubt es dem Kunden, Features vom klassischen PC zu nutzen. So kann beispielsweise die Datensicherung pro­blemlos selbst vorgenommen werden. Die standardisierten Schnittstellen, wie Ethernet oder USB, die im Consumer-Markt üblich sind, erlauben ein Datenhandling ohne Spezialkenntnisse. Die Steuerung kann deshalb einfach in ein vorhandenes PC-Netzwerk eingebunden werden. Unterstützung bietet der IBH-Service via Remote Control; der Kunde erhält somit möglichst weitreichende Produktionssicherheit.

Zudem wird der Kunde bei der Inbetriebnahme unterstützt, da sich die Dokumentation auf der Maschine befindet. So wurden gezielt Teile der Dokumentation als HTML und PDF ausgelesen und in die Visualisierung eingebunden. Der Bediener kann sich so mithilfe von gewohnten Browser-Funktionen („Such/Finden“-Optionen) im Steuerungs-Bedienmenü an der Maschine informieren.

Zum Thema Zukunftssicherheit seiner Steuerungen erklärt R. Jaensch: „Im Grunde altern die offenen IBH-CNC nicht, denn die technische Entwicklung bringt schnellere Prozessoren und verbesserte Arbeitsspeicher. Neuerungen können immer wieder als Upgrade zur Leistungsverbesserung einfließen.“ Dabei berichtet der Geschäftsführer aus seiner mehr als 30-jährigen Erfahrungen rund um die Macro-Baureihe. Viele Werkzeugmaschinen mit diesen Steuerungen verrichten noch heute zuverlässig ihren Dienst.


Fazit
Dass im globalen Wettbewerb auch auf deutschen Werften weiterhin Schiffe gebaut werden können, hängt sicher nicht zuletzt von solchen Lösungen ab, wie sie auf der Meyer Werft realisiert wurden. Hoch spezialisierte und innovative Partner fanden zusammen, um im Wettstreit der Werften für Papenburg einen wichtigen Vorsprung herauszuholen.

Martina Derezis
Martina Derezis ist bei der IBH Automation Gesellschaft für Steuerungstechnik mbH als Leiterin MarCom tätig.

Weitere Informationen unter www.ibh-cnc.com.

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