11. Dezember 2019 
 
1. April 2019

Hannover Messe: Schweißroboter entlastet Werker

Bisher manuell durchgeführte Schweißarbeiten lassen sich mit sensorgeführten kollaborativen Robotern teilweise automatisieren. Dabei wird der Werker durch einen präzisen Roboterarm unterstützt, der ihm langwierige und körperlich ermüdende Arbeit abnimmt, erläutert Fraunhofer-Forscher Dr.-Ing. Christian Henke im Gespräch mit DIE MESSE.

Foto: Fraunhofer IEMFoto: Fraunhofer IEM
Nimmt dem Schweißer schwere Arbeiten ab: neuer sensorgeführter und kollaborativer Roboter
Herr Dr. Henke, Schweißprozesse vollständig zu automatisieren, ist nicht immer wirtschaftlich. Welche Gründe gibt es dafür?
Dreh- und Angelpunkt ist hier die Größe des jeweiligen Fertigungsauftrags. Das Automatisieren von Schweißprozessen lohnt sich gegenwärtig vorwiegend für große und mittlere Stückzahlen. Das automatisierte Schweißen einer Variantenvielfalt zahlt sich bislang nur aus, wenn die jeweilige Gesamtstückzahl der Produktvariante nicht zu gering sind. Der Programmieraufwand hinter dem automatisierten Schweißen ist schlichtweg zu hoch: Unternehmen programmieren neue Produktvarianten in einem ersten Schritt meist offline. Erst in einem zweiten Schritt wird das Programm im Teach-Modus optimiert und in Betrieb genommen. Das Einrichten kostet also Zeit – so viel, sodass bei Einzelanfertigungen à la Losgröße 1 eine rein händische Schweißarbeit immer noch schneller erledigt ist. Da der Trend in der Industrie jedoch klar in Richtung Individualisierung geht, gibt es Handlungsbedarf.

Das Fraunhofer IEM hat einen kollaborativen, sensorgeführten Schweißroboter entwickelt, der die Teilautomatisierung eines bisher rein manuellen Schweißprozesses ermöglicht. Für welche Anwendungen bietet sich diese Lösung an?
Bei einem teilautomatisierten Schweißprozess wird der Werker durch einen präzisen Roboterarm unterstützt, der ihm insbesondere langwierige und körperlich ermüdende Arbeit abnimmt. Das betrifft zum Beispiel die Bearbeitung großer Bauteile mit langen Schweißnähten. Die Teilautomatisierung eignet sich für Längs- und Rundnähte und für Mehrlagenschweißen – und vor allem dort, wo die Schweißvorgänge lange andauern und eine gute Zugänglichkeit zum Bauteil gegeben ist. Der Schweißroboter muss im Gegensatz zum Werker die Schweißpistole nicht regelmäßig absetzen und kann sehr lange durcharbeiten. Der Werker behält trotzdem die Kontrolle über den Schweißprozess und kann flexibel eingreifen. Das Ergebnis dieser Teamarbeit sind sehr homogene Schweißnähte von hoher und gleichbleibender Qualität. Typische Anwendungsbereiche sind Schweißarbeiten bei Prozessapparaten, Reaktoren, Tanks und Stahlträgern.

Über ein Bedienpanel können Mitarbeiter den Schweißvorgang konfigurieren. Warum entfällt dabei der üblicherweise nötige Programmieraufwand?
Auf das Programmieren können wir dank vorgefertigter Programmmodule und kluger Sensorik verzichten. Der Werker wählt zunächst ein Schweißprogramm, das je nach zu bearbeitendem Material und Materialstärke vorkonfiguriert ist. Auch die benötigte Schweißnaht und die Bauteilgeometrie haben Einfluss darauf, ob er zum Beispiel den Modus „Rundnaht“ oder „Längsnaht“ wählt. Liegt das Bauteil in einer definierten Position, kann der Werker die Schweißnaht direkt aus der Konstruktionszeichnung auswählen. Im nächsten Schritt führt der Werker den Roboter zur Schweißnaht und richtet die Schweißpistole aus. Hier kommen Sensoren ins Spiel, die die Naht selbständig erfassen. Der Schweißprozess erfolgt dann automatisch. Gerade für kleine Betriebe, die zwar über viel Prozessexpertise im Schweißen verfügen, aber keine eigenen Roboterprogrammierer beschäftigen, ist die Lösung sehr interessant.

Der Roboter nimmt dem Werker schwere körperliche Arbeit ab, die Kontrolle behält aber stets der Mitarbeiter. Weshalb ist das wichtig?
Gewisse Tätigkeiten übernimmt der Roboter komplett, und zwar zum Vorteil des Werkers: Er wird körperlich entlastet, weil er die Schweißpistole nicht minutenlang selbst führen muss. Der gesamte Schweißprozess kann so also in einem Zuge erfolgen, selbst wenn er bei sehr langen Nähten auch gut und gerne eine Stunde dauern kann. Andere Tätigkeiten wie Kontrolle und Prüfung obliegen aber weiterhin dem menschlichen Teammitglied. Insbesondere bei individuellen Bauteilen ist der Schweißprozess sehr anspruchsvoll und muss stetig manuell bewertet werden. Der Werker überwacht die Qualität und kann rechtzeitig Korrekturen vornehmen. Enge und verwinkelte Stellen sind für Roboter oft nicht zugänglich. Hier kann der Werker den Prozess anhalten und den Schweißkopf manuell an die nächste Naht führen. An besonders kritischen Stellen, etwa am Anfang der Schweißnaht, muss er sich also voll auf den Schweißprozess konzentrieren. An manchen Stellen kann er den Roboter aber auch allein arbeiten lassen und sich in der Zwischenzeit um andere Dinge kümmern.

Das Fraunhofer IEM stellt den Schweißroboter auf der Hannover Messe in Halle 19 am Stand C24 vor. Mit welchen Erwartungen fahren Sie nach Hannover?
Wir wollen zeigen, wie einfach und zugleich nützlich unsere teilautomatisierte Lösung ist. Durch die einfache Einrichtung und Bedienung kann von Schweißfacharbeitern ohne besondere Programmierkenntnisse betreut werden und bietet einen Vorteil gegenüber deutlich komplexeren und kostenintensiveren Lösungen. Besonders kleinere Betriebe können so mit geringem Aufwand ihre Flexibilität gegenüber Kunden erhöhen.

Ein Ausblick: Welche weiteren Pläne haben Sie am Fraunhofer IEM für die Weiterentwicklung des teilautomatisierten Schweißens in der Schublade?
Unser Ziel ist es, das teilautomatisierte Schweißen weiterzuentwickeln – und zwar gemeinsam mit den Anwendern aus der Industrie. Dazu starten wir dieses Jahr ein Forschungsprojekt, indem wir selbstlernende Ansätze und Selbstoptimierung integrieren. So können wir auf Basis vorangegangener Schweißprozesse optimierte Parameter wie Schweißstrom, Drahtvorschub oder Nahtgeschwindigkeit ermitteln und somit die Nahtqualität signifikant erhöhen. Auch der Automatisierungsgrad soll erhöht werden, etwa durch ein automatisches Scannen der Werkstücke.

Herr Dr. Henke, vielen Dank für das Gespräch.

https://www.iem.fraunhofer.de/
https://www.hannovermesse.de/

 

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