Roboter unterstützen Menschen bei der Membranbeschichtung von Lautsprechern

Auch zukünftig rentabel in Deutschland produzieren zu können – dafür suchte der Hersteller von Kopfhörern, Mikrofonen und Konferenzsystemen Beyerdynamic eine Lösung. Das Unternehmen ist einer der wenigen Premiumhersteller von Audiogeräten, der seine Produkte fast ausschließlich in Deutschland fertigt und das größtenteils in Handarbeit. Damit das auch zukünftig so bleibt, möchte der Spezialist seine Produktivität bei gleichbleibenden Kapazitäten um 50 Prozent steigern, ohne seine hohen Qualitätsstandards zu vernachlässigen. Im Rahmen eines Vier-Jahres-Plans setzt der Traditionsbetrieb diese Strategie aktuell um. Herzstück sind zwei kollaborierende Roboter von Universal Robots (UR), welche Mitarbeiter an verschiedenen Stationen im Fertigungsprozess sukzessive unterstützen sollen.

In der Produktion hochwertiger Audiogeräte ist die Prozessstabilität einer der entscheidenden Faktoren – speziell, wenn es um Präzisionsarbeiten geht. Jedoch konnte diese für bestimmte, filigrane Tätigkeiten in der Kopfhörerproduktion in traditionsgemäßer Handarbeit nicht gewährleistet werden: So müssen an einer Stelle innerhalb der Produktionsabfolge die Membranen der Lautsprecher durch die Beschichtung mit einem Dispersionsmedium verfeinert werden. Vor der Automatisierung dieses Schrittes waren drei Mitarbeiter dafür verantwortlich. Mit einem Pinsel trugen sie das Medium per Hand auf die Membran auf. „Natürlich ist es für den Menschen unmöglich, über lange Zeit hinweg immer gleichmäßig zu pinseln. Irgendwann wird ein Strich nun mal dicker und ein anderer dünner. Entsprechend wiesen unsere Membranen starke qualitative Schwankungen auf“, erklärt Jörg Lang, Produktionstechniker bei Beyerdynamic. Genau hier sah der Hersteller einen geeigneten Ansatzpunkt, um seine Fertigung durch den Einsatz kollaborierender Roboter zu optimieren: Mittels einer Teilautomatisierung wollte er zum einen die Qualitätsschwankungen reduzieren und zum anderen die Produktivität des Vorgangs erhöhen.

Traditionelle Industrieroboter erschienen dem Unternehmen aber wegen der vergleichsweise hohen Anschaffung- und Implementierungskosten und wegen ihres umfangreichen Platzbedarfs als ungeeignet. Hingegen hatte der Betrieb bereits gute Erfahrungen mit den Robotern von Universal Robots gemacht. Peter Härtel, Head of Strategic Operations and Quality bei Beyerdynamic, erzählt: „Die UR-Roboter haben wir ursprünglich für unsere Qualitätstests angeschafft. Sie sind sicher, flexibel einsetzbar und lassen sich leicht für immer neue Aufgaben programmieren, sodass wir alle erdenklichen Tests mit ihnen machen können. Das brachte uns auf die Idee, die Roboter direkt neben unseren Mitarbeitern auch in der Fertigung einzusetzen.“ Mittlerweile unterstützen ein UR3 und ein UR5, benannt nach ihrer Traglast in Kilogramm, drei Mitarbeiter in der Membranbeschichtung.

Um die Beschichtung der Lautsprechermembranen mit den beiden UR-Robotern zu automatisieren, unterteilten die Spezialisten den Prozess zunächst in zwei Aufgabenbereiche: Handling und Spraying. Für den Arbeitsschritt Handling ist ein UR5-Roboterarm mit einer integrierten Robotiq-Wrist-Camera sowie einem Robotiq-2-Finger-Greifer ausgestattet. Für die Membranbeschichtung platziert ein Arbeiter im ersten Schritt einen geschweißten Kopfhörerlautsprecher auf einer vordefinierten grünen Fläche, die das Sehfeld der in der Applikation integrierten Kamera repräsentiert. Der Handling-Roboter erfasst so das Werkstück und nimmt den Lautsprecher auf. Anschließend legt er diesen auf einen Drehmotor. Dort übernimmt ein UR3 mit einer integrierten Sprühpistole den Spraying-Prozess und beschichtet die Membran durch Aufsprühen des Dispersionsmediums. Im Anschluss legt dann wieder der UR5 den beschichteten Lautsprecher auf einem Tablett ab. Sobald dieses vollständig mit Werkstücken beladen ist, schiebt er es selbstständig weiter, um Platz für neue Teile zu schaffen. Für eine nahtlose Zusammenarbeit kommunizieren die Roboter per Datenaustausch miteinander und geben sich so eigenständig die Freigaben für den jeweils als nächstes anstehenden Arbeitsschritt.

Die Leichtbauroboter von Universal Robots überzeugten dabei in vielerlei Hinsicht: „Besonders dass die Roboter extrem einfach zu programmieren sind, war für uns das ausschlaggebende Argument für Universal Robots. So können wir unsere Applikationen selbst programmieren, ohne auf externe Dienstleister angewiesen zu sein”, erklärt Peter Härtel und ergänzt: „Dank der intuitiven Steuerung können unsere Mitarbeiter den Umgang mit den Robotern schnell selbst erlernen. Außerdem punkten die UR-Roboter mit einem unschlagbaren Preis-Leistungs-Verhältnis.” Jörg Lang fügt hinzu: „Auch die Kamera und der Greifer von Robotiq waren schnell installiert und nahtlos über die Software- und Programmierumgebung verwendbar. Dank dieser Plug&Play-Integration zwischen dem UR-Roboterarm und dem Robotiq-Zubehör ließ sich unser Pilotprojekt in kürzester Zeit umsetzen.” aru