ABB Roboter als 3D-Drucker, Hilfe für kontinuierliche GEschwindigkeit benötigt

Hallo,
ich benötige Hilfe von jemandem, der sich mit ABB Robotern auskennt.
Hauptproblem ist, dass ich viele kurze Wegstrecken habe und der Roboter sie nicht mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit abfährt. Dies führt zu einem unsauberen Druckbild.
Es sei vorweg gesagt, dass ich mich mit Robotik noch nicht gut auskenne und mich noch einarbeite.

Kurze Projektbeschreibung:
Ein ABB 2400 S4C+ wurde mit einem 3D-Druck Extruder für Granulat ausgerüstet (das Granulat wird in einen Endlosstrang mit 3mm Durchmesser erhitzt/ geformt).
Workflow: Ein 3D-Objekt wird als stl-Datei gespeichert und besteht nun aus vielen kleinen Polygonen (Dreiecken). Diese Polygone werden mit Hilfe eines Slicer-Programs (Simplify3D) in gcode (ähnlich nc-Code) umgewandelt. Diese Datei besteht aus Bewegungsinstruktionen, die nur aus Geradenstücken bestehen, zusätzlich ist im gcode eine Geschwindigkeit für den Extrudermotor enthalten. Der gcode wird nun in Rapidcode umgewandelt, hierzu nutze ich RoboDK.

Um z.B. einen Kreis abzubilden kommen hier viele Geraden zusammen, je nach gewünschter Auflösung kommen Geradenstücken unter 1mm heraus. Ich kann die Auflösung in Maßen steuern, aber ich möchte die Auflösung auch nicht zu grob wählen. Ich benötige grob eine Genauigkeit im Bereich von 1mm für das fertig gedruckte Objekt.

Mein Problem ist nun, dass der Roboter die Bahnpunkte nicht mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit abfährt. Zu kleine Abstände zwischen den Bahnpunkten führen zu einer Reduktion der Robotergeschwindigkeit. Da mein Extruder sich nicht an die aktuelle Robotergeschwindigkeit anpasst (und hierzu wohl auch zu träge wäre), möchte die eine möglichst konstante Robotergeschwindigkeit erreichen. Meines Wissens ist dies ein grundsätzliches Problem bei zu kleinen Wegstrecken, dennoch hoffe ich, dass hier noch was optimiert werden kann.

Folge Ansätze sind mir bisher eingefallen:
1.) die oben erwähnten Polygone vergrößern, um so kurze Wegstrecken zu vermeiden --> bei zu großen Polygonen wird das Druckobjekt zu eckig
2.) Den Wert Zonedata anpassen --> ich habe Werte bis zu z=10 ausprobiert. Das Ruckeln wurde weniger, aber war nicht ganz weg. Die Abweichungen wurden bei z=10 zu groß und das Druckobjekt wurde ungenau. Hier würde ich in Zukunft wieder z=1 verwenden.
3.) Beschleunigung des Roboter hochsetzen --> ich habe noch keine Möglichkeit gefunden, dies irgendwo einzustellen. Ich habe nur die Möglichkeit gefunden über AccSet die Beschleunigung zu verringern.
4.) Die Wiederanfahrstrecke anpassen --> Hiermit kenne ich mich nicht aus, aber ggf können hier zu kurze Wegstrecken (unter 1mm) übersprungen werden?? Das könnte helfen. Steht aktuell auf TCP-Abstand 0,5
5.) Die Bahnauflösung anpassen --> Hiermit kenne ich mich auch nicht aus.Steht aktuell aus 1,0
6.)... bestimmt gibt es noch weitere Parameter, die ich aber meiner Recherche bisher noch übersehen habe.

Vielleicht hat jemand ein paar hilfreiche Hinweise für mich, wie ich die Robotergeschwindigkeit möglichst konstant hinbekomme.
Für Hilfe wäre ich dankbar.!
Beste Grüße,
Ascan
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Hier noch ein Beispielcode und ein Bild meines Roboters mit Extruder:

MoveL [[1263.770,165.624,318.000],[0.000000,0.000000,1.000000,0.000000],[0,0,-1,1],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],v100,z1,rdkTool,\WObj:=rdkWObj;
Extruder (1700.0);
MoveL [[1266.098,180.813,318.000],[0.000000,0.000000,1.000000,0.000000],[0,0,-1,1],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],v100,z1,rdkTool,\WObj:=rdkWObj;
MoveL [[1265.719,183.432,318.000],[0.000000,-0.000000,-1.000000,0.000000],[0,0,-1,1],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],v100,z1,rdkTool,\WObj:=rdkWObj;
MoveL [[1265.730,183.720,318.000],[0.000000,0.000000,1.000000,0.000000],[0,0,-1,1],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],v100,z1,rdkTool,\WObj:=rdkWObj;
MoveL [[1264.115,194.851,318.000],[0.000000,-0.000000,-1.000000,0.000000],[0,0,-1,1],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]],v100,z1,rdkTool,\WObj:=rdkWObj;

Hallo Konstantin und Michael,

vielen Dank für Eure Hilfe, ich weiß das sehr zu schätzen!
Ich habe erst am Donnerstag wieder Zeit mich mit dem Roboter zu beschäftigen, dann werde ich Eure Ansätze testen und hier berichten.
Bis dahin...
Gruß, Ascan

Hallo Konstantin und Michael,
ich sitze nun am Roboter und probiere eure Ansätze aus.
Ich arbeite die Punkte mal chronologisch ab, soviel vorweg, der letzte Punkt hat das gewünschte Ergebnis gebracht:
Zum Post von Konstantin:
1.) ja, die S4C+ Steuerung ist schon recht betagt und ich hätte auch gerne die neuere IRC5 Steuerung, aber mein Budget war leider zu eingeschränkt. Da ich aber zumindest die Daten per FTP auf die Steuerung schieben kann, ist der Workflow eigentlich ganz OK.
2.) Der Roboter fährt in Automatik
3.) AccSet 100,100: Hatte ich vorher nie verwendet, habe aber nun testweise im Code am Anfang AccSet 100, 100; definiert. Hat aber nichts geändert. Vermutlich nutzt die Steuerung immer 100/100 wenn nichts anderes definiert ist. Unter 10.) (s.u.) spiele ich auch noch etwas mit den Werten.
4.) Was meinst Du mit richtig synchronisiert?
5.) Speeddata habe ich mir in der Doku angeguckt, hier gibt es aber nur die Möglichkeiten eigene Geschwindigkeiten (in mm/s für TCP-Geschwindigkeit und Grad/s für die Achsen) zu definieren. Die Beschleunigung kann man dort nicht definieren, oder habe ich etwas übersehen?
6.) selbstdefinierte Zone: komme ich später zu, dazu hat Michael ja recht viel geschrieben.
7.) tool/ last TCP habe ich neu definiert. Masse stand ursprünglich (fälschlicherweise) auf 2kg, mein Extruder hat ca 7kg. Da Du aber von einer Begrenzung ab 4kg sprichst, habe ich die Masse nun auf 4kg gesetzt. Ich fahre ja insg. sehr langsam (50...200mm/s), so dass die zu niedrige Masse wahrscheinlich kein so großes Problem darstellt. Die Koordinaten der Werkzeugspitze sind auch sauber definiert. Den Schwerpunkt des Extruders kann/ muss ich doch nicht definieren, oder?
8.) Du schreibst als letztes noch: "Im Parameterbereich kann die Auflösung verändert werden": Kannst Du das bitte noch etwas genauer erläutern? Sprichst Du von der Bahnauflösung, auf die auch Michael anspielt, oder gibt es noch eine andere Auflösung?
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zu dem Post von Michael:
9.) allgemein zu Zonen: Ich habe gerade mal den Rapidcode mit den vordefinierten Zonen Z0, Z5 und Z10 laufen lassen, Geschwindigkeit war v50. Das Ruckeln tritt bei allen drei Zonendefinitionen auf, bei Z0 recht viel, bei Z10 etwas weniger.
So wie ich es verstehe, ist ein größerer Wert eigentlich besser für eine konstante Geschwindigkeit (bei Verzicht auf Genauigkeit). Allerdings schreibst Du ja, dass ein zu großer Zonenwert bei kleinen Wegstrecken auch das Gegenteil bewirken kann, da die Robotersteuerung den Zonenwert ständig neu berechnen muss und dadurch ein Ruckeln entsteht.
Ich habe das grundlegende Problem, dass mein 3D-Objekt aus Dreiecken besteht (Bild 1 im Anhang), diese werden vom Slicer in Scheiben in z-Höhe geschnitten und so die Bahnen (mit konstanter z-Höhe) erzeugt (Bild 2 im Anhang). Diese Dreiecken führen dazu, dass meine Bahnen immer unterschiedlich lang sind und es im Bereich der Spitzen der Dreiecke immer kurze Wegstrecken gibt. Dies erschwert den von Dir genannten Ansatz, einen eigene Zone mit passendem Zonenwert zu definieren.
Aber natürlich wird es ausprobiert: Ich habe mir nun im Rapidcode eine neue Zone z2druck definiert, und zwar über:
"VAR zonedata z2druck := [ FALSE, 0.5, 10, 10, 10, 10, 10 ];" alle Bewegungsinstruktionen verwenden das definierte z2druck.
Der 2. Wert (0,5) steht für pzone_tcp und ist wohl der entscheidende.
Damit wurde erstmal noch keine Verbesserung erreicht, der Roboter ruckelt immer noch.
10.) Nun habe ich im Code noch zusätzlich:
"AccSet 100,100;" eingefügt. Dies ändert erstmal auch nichts. Dann habe ich mit den Werten gespielt. der erste steht für % des normalen (Max-)Wertes der Beschleunigung. Der zweite Wert für die Beschleunigungsrampe. Laut ABB Doku: "Die Zahlen (eines dort vorgestellen Beispiels) zeigen, dass eine Verringerung der Beschleunigung fließendere Bewegungen bewirkt." Aber auch mit AccSet 50,100 bzw 100,50 bzw 20,100 erreiche ich keine Verbesserung, der Roboter stottert immer noch.
11.) Als letztes spiele ich mit der Bahnauflösung, er wird weiterhin Zone z2druck und AccSet 100,100; verwendet. Die Bahnauflösung stand bei 1.0. Ich hab das erstmal frech auf 0,5 heruntergesetzt, auch wenn Michael Schritte von 0,05 empfohlen hat (ich bin zu ungeduldig und hätte leichte Verbesserungen im Ruckeln vielleicht auch gar nicht erkannt). Ich wollte erstmal gucken, ob ein Effekt erkennbar ist. Eine Neustart später ist endlich eine Verbesserung in Sicht. Der Roboter fährt mit konstanterer Geschwindigkeit und vermindertem Ruckeln.
Nun auf 0,25 gesetzt und das Ergebnis wurde noch besser. Das Teachpendant erlaubt mir 0,167 als kleinsten, möglichen Wert. Ich habe nun final 0,2 verwendet. Damit läuft es nun schon DEUTLICH besser als vorher. Leichte Verbesserungen scheint noch eine Verringerung der Beschleunigung zu bringen. Die Übergänge zwischen zwei senkrechten Bahnen sind nicht so hart (z.B. wenn die z-Höhe beim 3D-Druck verändert wird). Hier muss ich aber mit laufendem Extruder gucken, welche Einstellungen das sauberere Druckergebnis erzeugt.

FAZIT: Bahnauflösung verringern bringt eine konstantere Robotergeschwindigkeit, zumindest im Fall von vielen kleinen Bahnsegmenten.

Vielen, vielen Dank an Konstantin und Michael für Eure Hilfe. Das bringt mich meinem Ziel deutlich näher.
Beste Grüße,
Ascan

PS: Als letzten Punkt muss ich nun nur noch langen Rapidcode (zwischen 20.000 und 500.000 Zeilen) in handliche Pakete von 10.000 Zeilen aufsplitten und diese dann im laufenden Betrieb nachladen. Ich weiß, dass das grundsätzlich bei ABB geht. Ich werde mich einlesen und bei Bedarf noch einmal um Hilfe bitten. Und dann sollte der Drucker eigentlich einsatzbereit sein...Juhuu!

Hallo,

noch meine Rückmeldung und Nachfragen zu den letzten Punkten:
-Die Einstellungen zur Bahnauflösung findet man am Teachpendant unter: Ich glaube unter Systemparameter (hier bin ich mir nicht ganz sicher), dann aber sicher unter: Param: Manipulator wählen, Bewegungssystem anwählen (bei mir stand da System1), Enter, Bahnauflösung auswählen, Wert ändern, mit OK bestätigen.

zum Post von Konstantin:
Punkt 3: Gut zu wissen, dass er sich nach jedem Neustart automatisch auf AccSet 100,100 zurücksetzt.
Punkt 4: Ich hatte beim Kauf einen leeren Pufferakku, daher musste ich dann den Roboter (mit inzwischen voll geladenem Pufferakku) auf die Kalibrierposition fahren und die Umdrehungszähler aktualisieren. Ich vermute, dies ist die von Dir erwähnte Synchronisation. Ich habe so genau wie möglich die Kalibriermarken angefahren (mit dem Auge Kimme und Korn möglichst exakt übereinander gebracht). Habe mich an der Stelle aber auch gefragt, ob das genau genug ist. In der Doku steht "bewegen sie den Roboter in die Nähe der Kalibrierposition (höchstens eine halbe Motorumdrehung entfernt)". Wie viel das ist kann ich nicht nachvollziehen da ich die Motorwelle nicht sehe und die Getriebuntersetzung nicht kenne.

Hierzu meine Fragen:
4a) Reicht es wenn ich nach Auge möglichst genau heranfahre und der Umdrehungsmesser ist dann im richtigen Bereich und die exakte Kalibrierung erfolgt mit den in der Steuerung gespeicherten "Resolvervalues", die ja auch auf einem Aufkleber auf dem Roboter vermerkt sind?
4b) Der Test Spitze-Spitze heißt doch einfach Spitze am Roboterarm montieren und eine zweite Spitze am Tisch fest montieren, so dass sich die Spitzen nahezu berühren, richtig? Dann speichere ich die Position ab, fahre manuell weg von dem Punkt und fahre den zuvor gespeicherten Punkt nun wieder an und guck mir an ob es Abweichungen gibt - korrekt??
4c) Ist es richtig, dass Feinkalibrieren nur mit Spezialtool geht oder man nen Techniker von ABB damit beauftragt?
8): Die geringere Bahnauflösung sollte für meine Zwecke gut funktionieren, da ich meistens kurze Wegstrecken habe und eigentlich nie hohe GEschwindigkeiten benötige.
Des Weiteren): Alles klar, Zonedata wird noch auf CONST gesetzt und ich setze die Masse des Extruders noch auf die korrekten 8kg und gucke, ob die Bewegung weiterhin smooth bleibt und mit konstanter Geschwindigkeit abgefahren wird.

Danke nochmal für deine Hilfe - Konstantin!

Im Anhang noch ein Bild von meinen beiden Testdrucken mit den neuen Einstellungen.

Beste Grüße,
Ascan

Hallo Konstantin,
danke für deine letzten Antworten und für den Link zum Kalibrieren/ Feinjustieren, ich hab es mir mal durchgelesen.
Ich werde das Feinkalibrieren allerdings noch etwas nach hinten schieben... es habe noch ein paar andere Baustellen die erstmal wichtiger sind (große Programme aufsplitten, Haftung am Druckbett verbessern etc).

Zur Fertigungszeit: Ich habe den Extruder heute schneller laufen lassen und alles funktioniert noch gut. Ich fahre nun den Roboter mit 65mm/s, der Extruder hat eine 3mm Düse und haut ca 2kg Kunststoff pro Stunde raus.
Das A-Profil (Bild aus dem vorigen Post von mir) sollte ein Hocker werden, habe den Druck aber vorzeitig gestoppt.
Er dauerte ca 30min, mit der neuen Extrudergeschwindigkeit noch ca 20min (Masse: 0,66kg)

Ich habe gerade noch ein 3er Blumentopf gedruckt, Photo hab ich angehängt. Den kann ich wenigstens schon mal in den Garten hängen, bisher waren es noch alles unfertige Testdrucke.
Druckzeit knapp 1h, Abmessungen: 50 x 17 x 14cm, Masse: 1,6kg
Wenn alles weiterhin stabil läuft kann ich bald mit größeren Objekten anfangen.
Danke für die Hilfe & Gruß, Ascan

Hallo Otto,

ich kenne keine andere Software die das macht.

Allerdings hat RoboDK die Roboter von "Motoman Yaskawa" in der Datenbank.

Sind das nicht evtl doch die richtigen Roboter?

https://robodk.com/doc/en/Robots-Motoman.html

Gruss,

Ascan