Wie Cobots Maschinen- und Anlagenbauer wettbewerbsfähig halten
Kleine Losgrößen, komplexe Fertigungsprozesse und Termindruck gehören seit jeher zu den Herausforderungen im Maschinenbau. Der Einsatz von Cobots, kombiniert mit dem richtigen Greifwerkzeug und passender Sensorik, bietet Fertigungsbetrieben einen Ausweg.
Smarte Greifwerkzeuge können unterschiedlich große Objekte ohne Probleme "anpacken". So eignen sie sich ideal für den Einsatz in der Auftragsfertigung, wo sich die Bedingungen bei jedem Auftrag ändern.
Foto: OnRobot
Der Maschinen- und Anlagenbau ist das Herzstück der deutschen Investitionsgüterindustrie und einer der größten industriellen Arbeitgeber Deutschlands. Trotzdem steht die Branche permanent unter Druck. Denn die überwiegend kleinen und mittelständischen Betriebe (KMU) produzieren als Auftragsfertiger zumeist in kleinen Losgrößen. Gleichzeitig sind die Herstellungsprozesse komplex. Die Kunden erwarten trotz allem eine rasche, fristgerechte Lieferung. Erschwerend kommt hinzu, dass sich Krisen – wie zuletzt die Corona-Pandemie – mit starken Ausschlägen der Nachfrage bemerkbar machen.
Pro und Contra Robotereinsatz
Automatisierung kann helfen, mit solchen Unwägbarkeiten umzugehen: Sie ermöglicht es Fertigungsbetrieben, effizienter zu produzieren und sich flexibel auf variable Produktionsbedingungen einzustellen. Damit wird es für sie möglich, sich im verschärften Wettbewerb erfolgreich zu behaupten. Jedoch: Viele Betriebe schrecken bisher vor der Nutzung von Robotern zurück.
Herkömmliche Industrieroboter erfordern nicht nur hohe Investitionen. Sie setzen auch spezielle Schutzvorrichtungen sowie zeitintensive Schulungen voraus. Zudem ist ihre Programmierung aufwendig und benötigt Expertise – ein Nachteil, wenn sich die Auftragslage jeden Tag ändern kann und es schnell gehen muss.
Flexibel produzieren mit Cobots – was gehört dazu?
„Kollaborative Applikationen“ schaffen Abhilfe. Die Nachteile herkömmlicher Industrieroboter lassen sich damit umgehen. Der Begriff beschreibt die Kombination aus kollaborierendem Roboterarm (Cobot), leistungsfähiger Sensorik und funktionalen Endeffektoren, z. B. Greifern oder Werkzeug-Aufsätzen. Entsprechende Applikationen lassen sich nach erfolgreicher Risikobeurteilung unmittelbar neben dem Menschen einsetzen, was Schutzzäune obsolet macht. Ihre intuitive Bedienung erfolgt in der Regel über die Nutzungsoberfläche des jeweiligen Cobots. So können Anwender die Applikation einfach für neue Anwendungen umrüsten.
Greifer mit integrierten Kraft-/Drehmomentsensoren in den „Fingerspitzen“ können beispielsweise Ventile in Motorblöcke einsetzen.
Foto: OnRobot
Das „End-of-Arm-Tooling“ lässt sich durch Werkzeugwechsler zudem schnell austauschen. So kann ein und derselbe Roboterarm unterschiedlichste Aufgaben übernehmen. Vor diesem Hintergrund eignen sich kollaborative Applikationen ideal für die Auftragsfertigung, bei der sich die Produktion bei jedem Auftrag auf neue Werkstücke, Prozesse und Verfahren einstellen muss. Durch die schnelle Umrüstung ist bereits die Herstellung kleiner Chargen rentabel.
Cobots und End-Of-Arm-Tools lassen sich unkompliziert integrieren und sind oft schon nach wenigen Stunden einsatzbereit. Dadurch profitieren Anwender von einem schnellen ROI, was die Anschaffung auch für KMUs erschwinglich macht.
Das Einsatzspektrum lässt sich noch ausweiten
Mittlerweile optimieren kollaborative Applikationen verschiedenste Prozesse. In Kombination mit der richtigen Sensorik und entsprechendem Greifwerkzeug können sie selbst hochpräzise Montageaufgaben übernehmen. Dazu gehören etwa Schrauben, Dichten, Nieten oder das Einsetzen von Stiftverbindungen. Elektrische Parallelgreifer können Ventile in Zylinderköpfe einsetzen oder Schaltgetriebe montieren. Beim „RG2-FT“ des Anbieters OnRobot funktioniert dies über optische Sensoren sowie Kraft/Drehmomentsensoren in seinen Fingerspitzen. Diese übermitteln die Prozessdaten an den Roboterarm, der seine Bewegungen verzögerungsfrei anpasst. So kann der Greifer Objekte zentriert fassen und genau positionieren, selbst wenn er die exakten Parameter nicht kennt. Gerade in der Feinmontage, wo filigrane Werkstücke millimetergenau platziert werden müssen, ist das von Vorteil.
Der innovative Hersteller von Roboterzubehör hat seinen Sitz in Odense, Dänemark. Er stellt Hard- und Software-Technologien für Lösungen bereit, die bei kollaborativen Robotern (den Cobots) die Einsatzmöglichkeiten weiter optimieren. Entwickelt werden Greifer, Sensoren und weitere Cobot-Ausrüstung, die den Einsatz der Technologie in verschiedenen Anwendungsbereichen überhaupt erst möglich macht. Dazu gehören Bereiche wie die Verpackung, Qualitätskontrolle, Materialbeförderung, Maschinenwartung, Montage, das Schweißen, aber auch die Feinbearbeitung von Bauteiloberflächen.
Ausgestattet mit der entsprechenden Sensorik, können kollaborierende Roboterarme auch sensible Oberflächenbehandlungen wie Schleifen, Entgraten oder Polieren übernehmen.
Foto: OnRobot
Neben seiner Zentrale in Dänemark verfügt OnRobot nunmehr auch über Vertriebsstätten in Deutschland, China, den USA, Spanien, Malaysia sowie Ungarn und beschäftigt mehr als 160 Mitarbeiter (www.onrobot.com/de).
Kraftaufwand ist genau dosierbar
Auch die Maschinenbeschickung lässt sich mithilfe kollaborativer Applikationen leicht automatisieren. Diese eintönige Tätigkeit bindet häufig die wertvolle Arbeitszeit qualifizierter Mitarbeiter. Da gerade bei CNC-Maschinen Werkstücke unterschiedlicher Form und Größe im Spiel sind, muss sich eine Automatisierungslösung flexibel darauf einstellen. Greifer mit individuell justierbaren „Fingerspitzen“ wie der RG2 und der RG6 passen ihren Griff selbständig an das Objekt im Fokus an. Vision-Systeme wie „Eyes“ machen die Applikationen noch selbständiger. Dadurch können Cobots auch zufällig angeordnete Teile greifen und einheitlich positionieren, z. B. in der Versorgung von CNC-Maschinen mit zu bearbeitenden Teilen.
Bildverarbeitungssysteme wie „Eyes“ erlauben den Cobots eine automatisierte Teileerkennung und Tiefenwahrnehmung in 2,5D. Dadurch können Anwender auch Tätigkeiten automatisieren, die Orientierung benötigen – beispielsweise in der Kommissionierung oder in der Qualitätsprüfung.
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Auch der Greifer 3FG15 optimiert diesen Prozess, indem er dank der Ausrichtung seiner drei Finger auch zylindrische Objekte problemlos greift. Mit der richtigen Sensorik und dem entsprechenden Greifwerkzeug können Cobots außerdem beim Entgraten, Polieren oder Schleifen unterstützen. Kraft/Drehmomentsensoren befähigen sie, die aufgewandte Kraft genau zu dosieren und an das jeweilige Werkstück anzupassen. Die Beispiele zeigen, wie das zunehmende Feingefühl der Applikationen Anwender befähigt, Produktionsschritte zu automatisieren, bei denen dies zuvor undenkbar war.
Der Dreifinger-Greifer kann auch zylindrische Werkstücke bis 15 kg problemlos greifen. Er fasst Objekte sowohl im Kraft- als auch im Formschlussverfahren.
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Fertigungsbetriebe werden „fit für die Zukunft“
Dabei macht der Einsatz kollaborativer Applikationen die Fertigung skalierbar. Bei Bedarf lassen sich Produktionsvolumina erhöhen oder herunterschrauben, denn Robotik-Anwendungen arbeiten, wenn nötig, rund um die Uhr. Mitarbeiter können sich anspruchsvolleren Aufgaben widmen, bei denen ihre Expertise stärker zum Tragen kommt – beispielsweise in der Qualitätsprüfung, Produktentwicklung oder Prozessoptimierung. So verleihen kollaborative Applikationen Maschinen- und Anlagenbauern die Flexibilität, adäquat auf eine zunehmend volatile Auftragslage zu reagieren und tragen dazu bei, die Branche auch in Zeiten wirtschaftlicher Unruhe wettbewerbsfähig zu halten.
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