Wie Cobots das Schweißen erfolgreich automatisieren

Roboterlösungen beim Schweißen sind bei kleinen und mittelständischen Unternehmen angekommen. Der Automatisierungsbedarf beim Schweißen steigt. Bei gleichbleibendem Qualitätsanspruch kann der Handwerksbetrieb die Nachfrage nach seinen Dienstleistungen nicht mehr alleine durch sein eigenen Fachpersonal decken. So muss er nach geeigneten Alternativen suchen. Ein Unterfangen, das dem Fachkräftemangel und immer individuelleren Kundenwünschen geschuldet ist. Schweiß-Cobots, die mit moderner Software gespickt sind, können hierbei die Weichen in eine zukunftssichere Wirtschaftlichḱeit der Betriebe stellen.

Schweißarbeiten erfordern nicht nur eine hohe Genauigkeit, sie müssen auch gleichbleibend und sicher ausgeführt werden. So ist die reibungslose Kollaboration zwischen Mensch und Maschine von entscheidender Bedeutung. Hier kommen Cobots ins Spiel, die sich bei kleinen und mittelständischen Unternehmen einer immer größeren Beliebtheit erfreuen. Warum ist das so? Weil der Cobot, auch der kleine Bruder des Industrieroboters genannt, sich leichter, schneller und kostengünstiger programmieren und betreiben lässt. In Verbindung mit einem Brenner schlägt die Stunde der sauberen Schweißnaht. Überall dort, wo kleine und mittlere Serien einen automatisierten Prozess verlangen, sind Schweiß-Cobots eine betriebswirtschaftlich sinnvolle Alternative.

Als Herausforderungen galten lange die Defizite bei Rund- und Längsnähten. Mittlerweile profitieren beim Schweißen von feinen Konturen und kundenspezifischen Segmenten nicht nur Metallbauer vom Leistungsumfang eines Schweißroboters.

Während der Handwerker die Aufträge annimmt, führt der angelernte, “geteachte” Cobot diese präzise aus. Nicht nur aus arbeitsökonomischen Gründen bietet das Roboterschweißen für Handwerksunternehmen weitere Vorteile:

• Der Cobot füllt die Lücke des Fachkräftemangels.
• Er hat geringe Investitionskosten.
• Ein Cobot ist belastbarer.
• Der Schweiß-Cobot liefert eine konsistente Qualität der Produkte.
• Mit einem Schweiß-Cobot entfallen komplexe Schutzeinrichtungen am Arbeitsplatz.

Das Roboterschweißen unterscheidet sich für den Handwerker nur in einem Punkt vom Cobot-Schweißen: im Handling. Gemeint sind hier, die Programmierung, Integration in den Arbeitsprozess sowie die Wartung des Roboters.

Handwerksunternehmen sehen sich verstärkt „High-Mix-Low-Volume“-Produktionen (HMLV) konfrontiert. Mit intuitiv programmierbaren Cobots sind kleine Losgrößen jedoch kein Hexenwerk mehr. Hinzu kommt der vermehrte Einsatz von Laserliniensensoren am Schweiß-Cobot. Sie bieten die Möglichkeit, eine Bahn zu adaptieren und somit den Programmiervorgang zu vereinfachen.

Was zeichnet einen Schweiß-Cobot gegenüber dem traditionellen Handschweißen aus? Die Einsatzdauer. So haben die Schweiß-Profis von Binzel-Abicor herausgefunden, dass “die aktive Arbeitszeit des Cobots im Vergleich zum Handschweißer mehr als doppelt so hoch ist”. Damit reduziere sich zum einen die erforderliche Gesamtzeit für die Produktion. Zum anderen seien die Lohnkosten für die Produktion eines Teils mit einem Cobot ebenfalls niedriger und würden somit letztlich auch die Gesamtkosten senken.

Bei allen genannten Vorteilen von Schweiß-Cobots ist die technische Entwicklung beim “Teach-In-Verfahren” noch nicht abgeschlossen: Schweiß-Cobots lassen sich durch den Anwender zwar in wenigen Schritten bedienen und programmieren, dennoch ist die Programmierung einzelner Bauteile noch nicht anwenderfreundlich genug. Der Bediener müsste jeden manuell erzeugten Punkt anfahren und gegebenenfalls korrigieren.

In der Forschung und bei den Herstellern ist man sich der Problematik bewusst. So haben die Schweiß-Experten des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA eine neue Anwendung entwickelt: An den Schweiß-Cobots integrieren sie einen Laserliniensensor, wodurch die Teach-in-Verfahren effizienter und intuitiver ablaufen. Für die Entwicklung haben sich die Wissenschaftler die Praxiserfahrung aus der Industrie geholt. So sitzen Lorch Schweißtechnik sowie Haba Hähnle als Hersteller mit im Boot.

Das Roboterschweißen hat sich in den letzten Jahren verändert. Vor allem in Dänemark, das mit Universal Robots als Wiege der Cobot-Entwicklung gilt, macht ein neues Roboter-Start-Up auf sich aufmerksam. Smooth Robotics will mit ihrem sogenannten “SmoothTool” den Programmieraufwand für den Schweiß-Cobot weiter reduzieren. Anwender können durch den SmoothTool-Programmierungsflansch ihrem Schweißroboter im Freihandmodus zeigen, wie er die Aufgabe erledigen soll.

Wer bereits einen Cobot von Universal Robot besitzt, der darf sich über die UR+-Zertifizierung des SmoothTools freuen. Die flexible Programmstruktur soll es dem Anwender einfach machen, Webmuster, versetzte Objekte oder Schweißnähte hinzuzufügen. Außerdem visualisiert das SmoothTool den tatsächlichen Pfad in 3D, so dass die Schweißpfade vor dem Schweißen leicht überprüft werden können. Bediener profitieren des Weiteren von…

• individuelle Einstellung und Anpassung der Amplitude, Frequenz und Verweilzeit
• Kopieren und Versetzen von Objekten in X-, Y- und Z-Richtung oder
• manuelle Bewegung des Roboters an eine gewünschte Position
• Steuerung der Schweißnaht mit den Parametern Rückzug, Schweißlänge, Luftgeschwindigkeit und Anzahl der Nähte

Am Ende des Tages kommt auch der anwenderfreundlichste Schweiß-Cobot jedoch nicht ohne das Fachwissen des Handwerkers aus ‒ denn der Cobot macht nur das, was man ihn lehrt. Ein Teach-In-Verfahren ohne die korrekte Verwendung von obligatorischen Schweiß-Parametern treibt dem Handwerker und seinen Kunden nur unnötige Schweißperlen auf die Stirn. Ein profitables Return-on-Investment sieht anders aus.