Roboterzelle zum Schweißen, Kontrollieren und Nacharbeiten

Viele Anwender in der Automatisierungsbranche interessieren sich weniger für perfekte Einzelkomponenten als für ideal an ihre Anforderungen angepasste Komplettlösungen aus einer Hand. Um dieser Forderung gerecht zu werden, arbeiten viele Komponentenanbieter mit Systemintegratoren zusammen. Diese kennen das komplette Produktspektrum eines oder mehrerer Komponentenlieferanten, verfügen zudem über Prozess-Know-how und sind in der Lage, komplette Automatisierungsprojekte entsprechend spezifischen Kundenwünschen zu realisieren.

Automatisierungsspezialisten bei Komplettanlagen gefragt

Die Automatisierungsspezialisten von ASB Automation Technologie liefern ihren Kunden schlüsselfertige Automatisierungssysteme aus einer Hand. In den vergangenen Jahren realisierte das Unternehmen verschiedenste Projekte von der Automobilindustrie über die Fabrikautomation bis hin zur Logistik.

Dabei entstanden aufgrund individueller Anforderungen einzelner Projekte Produkte, die auch in anderen Anwendungen sinnvoll eingesetzt werden können. Dazu gehören ein System zum Vermessen, automatischen Verschweißen und zur automatischen Schweißnahtkontrolle sowie eine flexibel einsetzbare Automatisierungszelle.

In einem Projekt für Windkraftanlagen, bei dem unter anderem für die Herstellung der Türme Stahlringe verschweißt werden mussten, entstand das AWI-System (Automated Welding Inspection). Weil auf den Turm die mehrere hundert Tonnen schwere Gondel der Windkraftanlage montiert wird und er auch unter allen Betriebsbedingungen deren Schwingungen und den auftretenden Windkräften sicher widerstehen muss, ist bei seiner Herstellung höchste Zuverlässigkeit und Qualität gefragt.

Das AWI-System wurde konzipiert und entworfen, um Schweißnähte mit einem breiten Spektrum an Geometrien zu analysieren. Verwendet wird ein sechsachsiger Roboter, an dessen sechster Achse sowohl ein Schweiß- als auch ein Inspektionskopf angebracht ist.

SPS lässt Roboter, Schweißsystem und Inspektionskopf kommunizieren

Die Kommunikation zwischen Roboter, Schweißsystem und Inspektionskopf übernimmt eine SPS. Im ersten Schritt ermittelt das System am Bauteil die optimale Position für die Schweißnaht. Nach automatischer Korrektur der Roboterposition startet der Schweißprozess.

Direkt im Anschluss daran überprüft der Messkopf die Qualität der Naht. Schweißnähte, die diesen Qualitätstest nicht bestehen, werden sofort nachbearbeitet. Gleichzeitig werden die Bilddaten dieser Nicht-in-Ordnung-Teile in einer Datenbank hinterlegt. So lassen sich immer wiederkehrende Fehler analysieren und bei Bedarf Prozesse weiter optimieren.

Mit dem System können sowohl Stumpfnähte als auch V-, Überlapp- und Kehlnähte bearbeitet werden. Die Kombination aus Schweißen, Inspektion und Nachbearbeitung in einem Gerät ist bislang einzigartig.

Wichtig war den Automatisierungsexperten eine hohe Zuverlässigkeit der Messergebnisse. Deshalb wurde bei der Planung des Systems viel Zeit in die Entwicklung der richtigen Beleuchtungskonzepte und Algorithmen zur Qualitätsauswertung investiert.

Automatisierungssystem soll zuverlässig und flexibel sein

Gleichzeitig sollte das System sehr flexibel sein. Es kann in eine Montagelinie integriert werden oder eine eigenständige Lösung sein. Durch entsprechende Konfiguration der Software lässt es sich an unterschiedliche Anwendungen anpassen.

Obwohl das System ursprünglich für die Türme der Windkraftanlagen entwickelt wurde, kommt es auch für viele andere Prozesse zum Einsatz. So konnte das AWI-System zum Beispiel sehr einfach für die Herstellung und Kontrolle von PVC-Nähten im Kfz-Bereich oder für das Schweißen von Stoßfängern für Nutzfahrzeuge angepasst werden. Auch dort spielt hohe Genauigkeit eine große Rolle.

In der Regel übernimmt ASB in der Erstinbetriebnahmephase die Konfiguration selbst. Da eine umfangreiche Schulung der Mitarbeiter immer dazugehört, kann der Anwender künftig das AWI-System selbst an neue Anwendungen anpassen.

Schweißen und Prüfen lassen sich in vielen Branchen automatisieren

Typische Einsatzbereiche finden sich neben der Automobilbranche überall dort, wo geschweißt und geprüft werden muss. So kann das System beispielsweise bei der automatisierten Herstellung von Rohren oder in der Metallmöbelfertigung helfen, Produktionszeiten, Ausschuss und Rücklieferungen zu reduzieren, Zykluszeiten zu verkürzen und gleichzeitig Qualität und Kundenzufriedenheit zu erhöhen.

Ein weiteres Beispiel, bei dem aufgrund eines individuellen Problems eine vielseitig einsetzbare Lösung entstand, ist die mobile Automatisierungszelle ASB-Flex. In vielen Industriebereichen kommt man heute nicht mehr an der Automatisierung von Prozessen vorbei, wenn man qualitativ hochwertige Produkte herstellen und in einem sinnvollen Kostenrahmen arbeiten will.

Automatisierungszelle erspart komplette Umstellung der Produktion

Eine komplette Umstellung der Produktion mag in etlichen Fällen jedoch nicht sinnvoll oder machbar sein. Für diese Anwendungen oder solche, bei denen Automatisierungslösungen zu unterschiedlichen Zeiten an verschiedenen Orten benötigt werden, eignet sich die mobile Automatisierungszelle.

Ein Hersteller von Spritzgussteilen fertigt auf fünf Maschinen parallel unterschiedliche Bauteile. Einerseits wurden Schüttgüter gefertigt, andererseits aber auch Bauteile, die nach der Herstellung korrekt in Kisten zu verpacken sind. Damit nicht jede Maschine mit einer Automatisierungszelle versehen werden musste, entstand eine mobile Roboterzelle, die einfach per Gabelstapler oder Kran von Maschine zu Maschine verfahren werden kann.

Mit einem Barcode-Reader oder per RFID-Tag identifiziert die Zelle die jeweilige Maschine und ermittelt ihre genauen Positionsdaten relativ zur Maschine. Nach Eingabe des Bauteilcodes für das abzustapelnde Produkt sowie Anschluss der Leitungen für Strom und Druckluft ist die Automatisierungszelle funktionsbereit.

Automatisierungszellen lassen sich relativ rasch umrüsten

Der Zeitaufwand für den kompletten Umrüstprozess ist dabei abhängig von der Anwendung und dem Aufbau der jeweiligen Zelle und kann zwischen wenigen Minuten und maximal einer Stunde liegen. Weil ASB völlig flexibel darin ist, welche Automatisierungskomponenten auf der mobilen Automatisierungszelle vorgesehen werden, lässt sich dieses Konzept bei unzähligen verschiedenen Anwendungen einsetzen.

Inzwischen wurden die Zellen für unterschiedliche Projekte vom Teilerohbau über die Scheibenverklebung bis hin zur Endmontage angepasst. Auch das AWI-System für die Schweißnahtherstellung und -kontrolle lässt sich auf einer solchen mobilen Zelle anbringen und so flexibel an verschiedenen Stellen einer Produktion einsetzen.

Dipl.-Ing. (FH) Nora Crocoll und Dipl.-Ing. (FH) Dietrich Homburg gehören zum Redaktionsbüro Stutensee. Jürgen Decker ist Senior Project Manager bei der ASB Automation Technologie, 71154 Nufringen.