Roboter Montagelösung hilft, Mensch-Roboter-Teams zu konfigurieren

Intelligente Montageautomatisierung für die Bedürfnisse des Mittelstands entwickeln – Das ist das Ziel des vom Fraunhofer IPA koordinierten EU-Projekts LIAA. Die 15 Projektpartner zeigen zwei Exponate für das Nieten und Löten auf der internationalen Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung Motek vom 10. bis zum 13. Oktober 2016 in Stuttgart.

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Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Montageaufgaben werden besonders in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) noch immer meist manuell ausgeführt. Dies liegt an den dynamischen und vielfältigen Herausforderungen dieses Produktionsabschnitts, wie beispielsweise kleinen Losgrößen und vielen Produktvarianten. Dabei könnten Unternehmen von mehr Automatisierung profitieren, indem sich die Produktqualität und Arbeitsbedingungen für den Werker verbessern und die Produktivität aktuell rein manueller Arbeitsplätze steigt. Auch kann die Produktion flexibler und kosteneffizienter werden.

Deshalb will das Projekt LIAA – kurz für „Lean Intelligent Assembly Automation“ – mithilfe der Mensch-Roboter-Kooperation den Grad der Automatisierung in der Montage sinnvoll erhöhen und die Stärken von Werker und Roboter nutzen. Die hybriden Arbeitsplätze sind laut Projekt schnell aufgebaut und leicht an sich ändernde Arbeitsaufkommen anpassbar. Um solche Arbeitsplätze in der Realität umzusetzen, haben die Projektpartner mit Systemintegratoren und Anwendern zusammengearbeitet und analysiert, wie eine Teilautomatisierung bestimmter Montageprozesse sinnvoll lösbar wäre. Möglich kann das mit einer herstellerunabhängigen Softwareumgebung sein. Sie bietet Programme, mit denen sich Roboter einfach in manuelle Montagearbeitsplätze integrieren lassen.

MRK-Arbeitsplätze in wenigen Stunden einrichten

Die Programme bilden den typischen Prozess für den Aufbau eines Arbeitsplatzes ab: Sie helfen, den Arbeitsplatz zu entwerfen, dann zu konfigurieren und am Ende unterstützen sie, die Anwendung in Betrieb zu nehmen und auszuführen.

Für den Entwurf gibt es Programme, die eine systematische Planung und Simulation der entstehenden Arbeitsplätze ermöglichen. Während aktuell noch Monate für diese Planungsphase vergehen, möchte LIAA sie mithilfe seiner Lösungen auf wenige Wochen reduzieren. Ein Beispiel ist das „Hybrid Workplace Design Tool“: Es legt sicherheitsrelevante Anforderungen des geplanten Arbeitsplatzes offen und zeigt, welche Einflüsse das Sicherheitskonzept auf Zielkriterien wie Flexibilität oder Geschwindigkeit des Roboters hat. Ein anderes Programm soll dabei helfen, Aufgaben zwischen Roboter und Werker zu verteilen.

Die Projektpartner nutzen zudem Technologien wie Augmented Reality, um Roboter schneller zu programmieren, Anwender zu trainieren oder den Prozess zu überwachen. Virtuelle Tests des MRK-Arbeitsplatzes sind bereits vor dem Aufbau möglich, was Zeit spart. Einmal aufgebaut, unterstützt LIAA auch bei der Konfiguration individueller Software- oder Mechatronikkomponenten oder dem Aufzeigen von Abhängigkeiten. Das Ziel ist es, die heute Wochen dauernde Konfigurationszeit auf weniger als einen Tag zu reduzieren.

Roboter, die nieten und löten

Manuelles Nieten ist anstrengend und zudem fehleranfällig, weil es eine sich wiederholende, monotone Aufgabe ist. Um das zu verbessern, haben die IPA-Entwickler einen MRK-Arbeitsplatz mit einer fixierten Nietpistole konstruiert, sodass der Werker diese nicht mehr halten muss. Er kann die Werkstücke in eine Fixierung am Roboter einlegen und der Roboter bewegt diese dann zur Nietpistole. Verschiedene Sicherheitsmaßnahmen sorgen dafür, dass der Arbeitsplatz alle Normen erfüllt. Der Roboter ist auf einem mobilen Werkzeugwagen aufgebaut, sodass er je nach Bedarf an manuelle Arbeitsplätze angedockt werden kann.

Auch das Löten von Hand ist ein fehleranfälliger Prozess, der oft Ausschuss produziert. Ein Roboter kann sich gut für diesen qualitätskritischen Part eignen und in dieser Anwendung als „dritte Hand“ des Werkers dienen. Der Lötkolben ist am Roboter befestigt und der Roboter stellt ebenso das Lötmittel bereit. Eine Kamera erkennt das Werkstück und der Roboter bewegt sich automatisch an die richtige Position. Der ganze Prozess soll sicher sein, da der Lötkolben von einer Schutzhülle umgeben ist und erst einen Zentimeter über dem Werkstück freigegeben wird.

Die 15 Projektpartner zeigen ihre neuen Technologien und Anwendungen auf der internationalen Fachmesse für Produktions- und Montageautomatisierung Motek vom 10. bis zum 13. Oktober 2016 in Stuttgart. Am Partnerstand des Fraunhofer IPA (Halle 7, Stand 7230) zeigen IPA-Wissenschaftler die Vorteile des Softwarepakets „Pitasc“. Das ist für eine Vielzahl an kraftgeregelten Montageaufgaben unabhängig vom Roboterhersteller oder -typ einsetzbar. Erstmals können so komplexe und Sensitivität erfordernde Montageaufgaben wie beispielsweise. die Schaltschrankmontage wirtschaftlich und ohne Expertenwissen automatisiert werden. Für alle fünf Demonstratoren ist Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) eine Schlüsseltechnologie.

Motek 2016: Halle 7, Stand 7137

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