Kernthesen:
- Entwicklung einer Handführung zur intuitiven Bedienung von Leichtbaurobotern
- Optimierung der Fehlererkennbarkeit von Setzgerät-Systemen für das Clinchen und Blindnieten durch den Einsatz von roboterinhärenter Sensorik
- Fehlervermeidung durch automatisierte Bewegungen des Robotersystems
Zusammenfassung:
Die Bedeutung der Prozessdokumentation steigt für manuell durchgeführte Arbeitsprozesse zunehmend. Es werden innovative Digitalisierungslösungen im Sinne der Industrie 4.0 benötigt um die verwendeten Prozessdaten einfach zu erschließen und verfügbar zu machen. Insbesondere die Verknüpfung von Systemen, welche einen hohen Anteil an manueller Tätigkeit aufweisen (bspw. in der Montage individueller Baugruppen), stellt eine große Herausforderung dar.
Mechanische Fügeverfahren, wie bspw. das Blindnieten oder Clinchen, sind hierbei für das produzierende Gewerbe von großer Bedeutung. In Verbindung mit kollaborierenden Robotern eröffnen sich neue Möglichkeiten zur Unterstützung bis hin zur Teilautomatisierung der manuellen Fügeprozesse.
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurde die Fehlererkennbarkeit manueller Setzprozesse durch den Einsatz eines kollaborierenden Roboters und zusätzlicher Sensorik untersucht. Hierzu wurde eine intuitive Bedienung durch die Entwicklung einer Handführungseinrichtung und eines entsprechenden Algorithmus ermöglicht. Die entwickelte Lösung wurde mit einer Ergonomiebewertung für verschiedene Lastfälle validiert.
Die Fehlererkennbarkeit des Gesamtsystems, bestehend aus einem Handsetzgerät, einem Kraft-Momenten-Sensor und einem kollaborierenden Leichtbauroboter zeigt im Vergleich zur internen Prozessüberwachung eine signifikant gesteigert Fehlererkennbarkeit beim Clinchen und Blindnieten. Darüber hinaus wurden Bewegungsroutinen entwickelt, die vom Roboter vor dem Fügen automatisiert durchgeführt werden, um auftretende Fehler zu vermeiden.
Nutzen für KMU:
Mechanische Fügeverfahren eignen sich als kosten- und zeiteffiziente Fügeverbindungen, die in der Montage eingesetzt werden. Im Flugzeug- aber auch im Automobilbau liegt der Automatisierungsgrad der Montage unter 20%. Aufgrund einer hohen geforderten Flexibilität manueller Arbeitsprozesse ist eine Vollautomatisierung nicht wirtschaftlich.
Zugleich weist der Fügeprozess bei manueller Durchführung verschiedene Fehlerpotentiale auf. Kollaborierende Robotersysteme eröffnen hier neue Möglichkeiten zur Unterstützung bis hin zur Teilautomatisierung der manuellen Prozesse. Neue kostengünstige Leichtbauroboter mit einer entsprechend niedrigen Amortisationszeit sind vor allem für Anwendungsfälle interessant, die bisher vollständig manuell durchgeführt werden. Sogenannte Cobots gestatten eine Zusammenarbeit von Mensch und Roboter ohne fest installierte Schutzeinrichtungen.
Bezogen auf das mechanische Fügen kann die Dokumentation, Fehlererkennung und Fehlervermeidung auf die Robotersteuerung ausgeweitet werden, wodurch Roboter- und Setzgerätsensorik kombiniert für die Optimierung einer Fügeverbindung eingesetzt werden.
Der Bedarf nach solchen Systemen entsteht vor allem bei KMU, welche durch den Zusammenbau und die Montage von individuellen Baugruppen (bspw. Ausrüstungsmodule, Schaltschränke, Automaten) oder Reparatur (bspw. Automobilbau, Flugzeugbau) geprägt sind und zunehmend Leichtbaurobotik zum Zusammenbau dieser nutzen. Weiterhin ist die Einführung der Systeme auch für Hersteller von fügetechnischen Anlagen sowie von Fügeelementen durch die Erhöhung der Leistungsfähigkeit ihrer Anlagen interessant.
Projekt
Projekt Fördernummer AiF 20058BG
Referent: Stefan Neumann, M. Sc.,LWF Paderborn
