Lösungen für eine effiziente roboterbasierte Nacharbeit
Von Carsten Krewet und Lea Strauß, Kleinwallstadt
Seit jeher zeichnen sich Produkte deutscher Unternehmen durch ihre hervorragende Qualität aus. Diese hohe Produktqualität stellt für die deutsche Industrie im internationalen Wettbewerb oft ein wichtiges Differenzierungsmerkmal dar. Um diesen Vorteil auch dauerhaft zu sichern, sind ständige Fortschritte im Bereich der Produktionstechnologien und insbesondere der Prozessautomatisierung von wesentlicher Bedeutung.
Auch wenn jeder einzelne Produktionsprozess stetig optimiert und damit auch die Qualität des jeweiligen Prozessergebnisses immer weiter gesteigert wird, kann in vielen Fällen auf eine sich an den Ausgangsprozess anschließende Nachbearbeitung nicht verzichtet werden, wenn alle geforderten Qualitätsanforderungen erfüllt werden sollen. So müssen gegossene Bauteile in der Regel geputzt werden, um die beim Gießen entstandene Gusshaut zu entfernen. Bei warmumgeformten Bauteilen ist oft eine Nachbearbeitung der Oberfläche notwendig, um Verzunderungen zu beseitigen und bei spanend bearbeiteten Bauteilen gibt es vielfach Sekundärgrate, die abgetragen werden müssen.
Abb. 1: Durch roboterbasierte Nachbearbeitung können Mitarbeiter von körperlich anstrengender und gefährdender Arbeit deutlich entlastet werden
Die roboterbasierte Nachbearbeitung ist hier eine bewährte Methode, da durch diese Variante unter anderem ein besonders hohes Maß an Flexibilität bewahrt werden kann. So kann bei einer roboterbasierten Entgratzelle beispielsweise der Prozess vergleichsweise einfach auf etwaige Änderungen an vorhandenen Bauteilen oder auf neue Produktlinien angepasst werden. Größere Umbauarbeiten an der Roboterzelle sind meist nicht notwendig. Aber auch die Nachbearbeitung von Bauteilen mit Robotern bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Wichtig bei der Lösungskonzeption sind verschiedene Konstanten:
- die Auswahl der am besten geeigneten Bearbeitungstechnologie und -strategie (Verfahren, Werkzeuge, Prozessparameter)
- de Wahl eines geeigneten Zellenkonzepts und eine optimale Einbindung in die individuelle Produktionsprozesskette
- die prozesssichere Bestimmung von Abweichungen des Ist-Zustands vom Soll-Zustand der zu bearbeitenden Bauteile
- die individuelle Anpassung der Bahnbewegung des Roboters an die Abweichung des Ist-Zustandes des Bauteils
- die taktzeitoptimierte Ausführung der Nachbearbeitung
Nur wenn alle genannten Parameter mit Bedacht ausgewählt wurden und ideal aufeinander abgestimmt sind, können optimale Nacharbeitsergebnisse in stets konstant höchster Qualität erzielt werden.
Die Boll Automation GmbH mit Sitz in Kleinwallstadt bei Aschaffenburg, ist bereits seit vielen Jahren Anbieter von roboterbasierten Nachbearbeitungslösungen. Ihre Technologie ermöglicht schon jetzt gleichbleibende Entgratergebnisse auch bei unterschiedlichen Gratgrößen und -formen, Bauteiltoleranzen und Einspannpositionen. Je nach Anwendungsfall wird dabei mit einem entsprechenden Werkzeug zum Entgraten, Trennen, Putzen/Fräsen oder Schleifen nachbearbeitet.
Abb. 2: Qualitätsverbesserung und -konstanz durch roboterbasierte Nachbearbeitung mit intelligenter Sensorik
Innovation durch Kombination mit intelligenter Sensorik
Gerade für die Automatisierung von bisher manuellen Tätigkeiten in schwierigen und körperlich belastenden Umgebungen, wie beispielsweise in der Gussputzerei, bietet sich eine roboterbasierte und sensorunterstützte Nacharbeit an.
Dabei bieten intelligente Sensorik (Robot Vision) und Werkzeuge große Vorteile und machen oft den Einsatz von Robotern in derartigen Anwendungsfällen überhaupt erst sinnvoll. So kann zum Beispiel die Intensität der Nachbearbeitung, basierend auf den gewonnenen Sensorinformationen, individuell an die jeweiligen Abweichungen angepasst werden. Hierdurch werden nicht nur Zeit und Energie gespart, sondern auch die Qualität der automatisierten Nachbearbeitung gesteigert. Dank der dadurch gewonnenen Flexibilität und durch die langjährige Erfahrung, können diese und andere vergleichbare Lösungen aus dem Hause Boll in den verschiedensten Bearbeitungsprozessen eingesetzt werden.
Die oft undefinierte Ausbildung eines Grates hat die automatische Nacharbeit bisher in vielen Fällen sehr erschwert oder teilweise auch unmöglich gemacht. Durch die intelligente Kombination von Robotik mit Prüf- und Messtechnik kann diese Situation aufgelöst werden. Es entsteht ein gezielter automatischer Nacharbeitsprozess Effizienz durch Standardisierung: Robicut.
Neben der Erschließung von neuen Einsatzfeldern für die Automatisierung der Nachbearbeitung mit Robotern mittels intelligenter Sensor- und innovativer Werkzeugsysteme, spielt auch die Steigerung der Effizienz von roboterbasierten Nachbearbeitungssystemen eine wichtige Rolle, um für eine weitere Verbreitung entsprechender Systeme zu sorgen. Ein relevantes Mittel zur Steigerung der Effizienz ist die Realisierung von standardisierten, modular aufgebauten Zellen. Diese Zellen bestehen aus vereinheitlichten, vielfach bewährten Komponenten, die durch ihren modularen Aufbau individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden können.
Abb. 3: Das modulare Zellenkonzept, Robicut, aus dem Hause Boll Automation bietet ein Höchstmaß an Flexibilität und Individualität
Für den Anwendungsbereich der roboterbasierten Entgratung und Nachbearbeitung wurde von der Boll Automation GmbH, das modulare Zellenkonzept Robicut entwickelt. Die Robicut-Zelle kombiniert flexible Handhabungs- und Zuführtechnik mit innovativen Bildverarbeitungssystemen und individuell ausgewählten Werkzeugen. Durch die Ergänzung mit adaptiver Prozessführung und intelligenten Sicherheitskonzepten werden ein wirtschaftlicher Produktionsprozess sowie bestmögliche Prozessqualität erzielt. Die Zelle kann, je nach zu bearbeitendem Material und Bauteilgröße, exakt auf den individuellen Anwendungsfall abgestimmt, aus einem Modulbaukasten zusammengestellt werden. Es können verschiedenste Materialien, wie unter anderem Kunststoff oder Aluminium, mit unterschiedlichen Verfahren, wie beispielsweise Fräsen, Bürsten oder Schleifen bearbeitet werden.
Die Vorteile des modularen Zellenkonzepts für die Nachbearbeitung von Bauteilen mit Robotern sind vielzählig. Alle Zellenkomponenten sind perfekt auf den individuellen Anwendungsfall abgestimmt und enthalten nur, was für den speziellen Prozess benötigt wird. Darüber hinaus ergeben sich die allgemeinen Vorteile roboterbasierter Nachbearbeitung und Entgratung:
- Qualitätsverbesserung und -konstanz trägt zu verbesserter Marktstellung und höheren Erträgen bei
- Reproduzierbarkeit des Nacharbeitsergebnisses sichert die gleichbleibend hohe Maßhaltigkeit der ausgelieferten Teile
- kürzere Taktzeiten für Nachbearbeitung und Fertigung insgesamt
- Entlastung der Mitarbeiter von körperlich anstrengender und beispielsweise durch Stäube oder Dämpfe gefährdende Arbeit
- geringere Mitarbeiterfluktuation
In Tabelle 1 sind die Module aufgelistet, aus denen die passende Variante ausgewählt werden kann.
Das modulare Zellenkonzept, Robicut, wird zudem in verschiedenen Ausbaustufen für einfache, bis hin zu sehr komplexen Nachbearbeitungsaufgaben angeboten. Jede dieser Ausbaustufen kann individuell auf den Anwendungsfall angepasst werden (Tab. 2).
Abb. 4: Das modulare Zellenkonzept Robicut kann für Nachbearbeitungsaufgaben verschiedenster Materialien sowie Bauteil- und Losgrößen zum Einsatz kommen
Um die Automatisierung im Bereich der Nachbearbeitung weiter voranzutreiben sind sowohl innovative neue Lösungen als auch standardisierte, modular aufgebaute Zellenkonzepte notwendig. Intelligente Werkzeugkonzepte, gepaart mit neuartigen Sensorsystemen ermöglichen die Erschließung von bisher nicht automatisierbaren Anwendungsfällen. Individuell anpassbare, aber dennoch aus standardisierten Modulen zusammengesetzte Lösungskonzepte steigern deren wirtschaftliche Effizienz.
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