Flexible Teilautomatisierung des robotergestützten mechanischen Fügens bei hohen Zangengewichten

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Kernthesen

  • Die aus der MRK bekannten Kollaborationsformen lassen sich auf die konventionelle Industrierobotik für handgeführte Werkzeuge übertragen, sodass eine intuitive Art der Roboterprogrammierung erfolgt und ungeschultes Personal den Roboter nach einer kurzen Einweisung bedienen kann.
  • Durch ein neu implementiertes Messkonzept mit erweiterter Sensorik an der Fügezange können produktionsbedingte Prozessfehler im Rohbau- und in Montageanwendungen systematisch und reproduzierbar klassifiziert werden.
  • Die Fügezange in Kollaboration mit dem Roboter kann mittels eines Steuerungskonzeptes qualifiziert werden, die klassifizierten Prozessfehler auszugleichen oder entsprechende Warnungen auszugeben.

     


Zusammenfassung

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Überführung von Erkenntnissen aus der Mensch-Roboter-Kollaboration im mechanischen Fügen auf Fügezangen mit hohen Massen und Prozesskräften für teilautomatisierte Produktionsprozesse. So wird die Lücke zwischen manuellen und vollautomatisierten Systemen durch einen innovativen Ansatz geschlossen.

Durch den Einsatz eines Industrieroboters mit hoher Traglast (über 100 kg) und einer entsprechenden Fügezange wird ein flexibel zu bedienendes System entwickelt, das die Automatisierung von konventionell manuell geführten Fügeprozessen im Musterbau und der Kleinserienfertigung mit variablen Fertigungsaufträgen, insbesondere in KMU, ermöglicht.

Somit wird die Möglichkeit geschaffen, immer günstiger werdende Industrieroboter analog zu einer Gewichtsausgleichseinrichtung (Balancer) zu bedienen. Im Forschungsvorhaben werden hierbei zwei verschiedene Bereiche betrachtet. Einerseits wird die Übertragbarkeit der MRK auf Werkzeuge mit großen Massen untersucht. Dabei werden Erkenntnisse aus dem Umgang mit leichten Werkzeugen mit Ansätzen von Balancersystemen kombiniert (Fh IGP).

Andererseits wird eine Clinch- und Halbholstanzniet-Fügezange mit Sensorik erweitert, um in der Kleinserienfertigung auftretende Prozessfehler (z.B. Schiefstellungen, Spalte, Blechausdünnungen) detektieren zu können. Im Zusammenspiel mit der Robotersteuerung wird ein Steuerungskonzept erstellt nach welchem der Roboter beispielsweise adaptiv aus der manuellen Heranführung resultierende Schiefstellungen der Fügezange ausgleicht oder bei nicht korrigierbaren Fehlern eine Warnung ausgibt (LWF).


Darstellung des Nutzens für KMU

Wichtige Forschungsergebnisse der letzten Jahre werden zusammengeführt, in einem Anlagenkonzept vereint und für den intuitiven Einsatz für Mitarbeiter mit wenig bis gar keinen Kenntnissen in der Roboterprogrammierung verfügbar gemacht. Zur sicheren Programmierung konventioneller Industrieroboter sind aktuell mehrtätige Basis- und Fortgeschrittenenschulungen notwendig, die pro Tag und Mitarbeiter sehr kostenintensiv sind.

Diese Kosten entfallen mit der neuen intuitiven Bedienung und zusätzlich wird die Programmierzeit um bis zu 70 % reduziert. Dies ermöglicht den wirtschaftlichen Einsatz von Robotertechnik auch in Bereichen, die derzeit von einem hohen manuellen Arbeitsanteil geprägt sind.

Aufgrund des hohen Anteils von Clinch- und Halbhohlstanznietsystemen im Automobilbau wird das Forschungsvorhaben verstärkt an Kleinserien in der Automobil- und Zulieferindustrie adressiert. Blechbauteile wie Tunnelbleche in der Bodengruppe aber auch Strukturbauteile oder Gussbauteile wie Federbeinaufnahmen sind typische Anwendungen. Zudem bieten sich Einsatzmöglichkeiten im Sondermaschinenbau sowie im Bereich Automatisierung, Roboterapplikationen oder auch im Bereich der weißen Ware.

Durch die intelligente Prozessüberwachung und Fehlervermeidung kann die Qualität der Fügepunkte und damit der Werkstücke gewinnbringend gesteigert werden und es KMUs ermöglicht werden, Fertigungsverfahren auch mit hohen Zangengewichten wirtschaftlich einzusetzen.


Projekt

EFB 02/119, IGF 21012N - Laufzeit 01.06.2020 - 30.11.2022

Referent: M.Sc., Marten Stepputat, Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik Rostock - M.Sc., Jan Wippermann, Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik, Universität Paderborn

 


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