Intuitive Benutzerführung und Schutzkonzept ohne Einhausung überzeugt Automobilzulieferer

Leichtbauarm verschraubt Sitz

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Der Automobilzulieferer Lear hat mit Hilfe des Systemintegrators Faude einen Leichtbauroboter von Universal Robots in die Just-in-Time-Montage seiner Autositze eingegliedert und so die Prozesssicherheit erhöht.

Am Lear-Produktionsstandort in Besigheim werden im Schichtbetrieb Autositze nach Bedarf montiert. Um die Prozesssicherheit beim Verschrauben von Sitz und Lehne zu erhöhen, entschied man sich, diesen Produktionsabschnitt zu automatisieren. Bisher verfügten die Mitarbeiter aber nur über wenig Erfahrung mit Robotertechnologie, weshalb die Automatisierung wartungsarm und einfach zu steuern sein sollte.

Eine besondere Herausforderung bildeten die eingeschränkten Platzverhältnisse: „Die Autositze werden an einem Förderband montiert, auf dem sie nacheinander auf sehr engem Raum die einzelnen Produktionsschritte passieren. Wir brauchten deshalb einen kleinen, beweglichen Roboter, der in unmittelbarer Nähe zum Menschen einsetzbar ist“, erläutert Harald Beil, Manager Industrial Engineering bei Lear.
Die Wahl fiel auf den sechsachsigen Leichtbauroboter von Universal Robots. Der nur 18 Kilogramm schwere Roboter verfügt über eine Reichweite von 85 Zentimetern und eine Hebekraft von fünf Kilogramm. „Ein wesentlicher Vorteil des UR5 ist dessen intuitive Benutzerführung. Über ein Touchpad werden dem Roboter die einzelnen Wegpunkte gezeigt und gespeichert. Eine eintägige Schulung genügt, um technisch versierte, aber mit Automatisierungstechnik unerfahrene Mitarbeiter mit der Programmierung vertraut zu machen“, erklärt Dieter Faude, Geschäftsführer der Faude Automatisierungstechnik.
Darüber hinaus überzeugte Lear das Schutzkonzept. Der Roboter darf ohne Sicherheitsumhausung direkt neben dem Menschen eingesetzt werden: Sobald ein Gegendruck von 150 Newton oder mehr ausgeübt wird, stoppt er den Betrieb. Dieser Safety Mode wurde nach der ISO-Norm 10218 vom Dänischen Technologieinstitut zertifiziert.
Seit Januar 2011 ist der Leichtbauroboter für die Hochzeits-Verschraubung von Sitz- und Lehnenrahmen, dem letzten und wichtigsten Produktionsschritt vor der Endmontage, in Besigheim zuständig. Im Drei-Schicht-Betrieb bearbeitet er so rund 8500 Verschraubungen täglich. Befestigt ist der UR5 über dem Förderband, auf dem sich die von Hand vorgeschraubten Sitze bewegen.
Diese sind mit einem Transponder versehen, der Identifikationsdaten enthält. Sobald sich der Sitz unter dem Roboter befindet, wird der Transponder ausgelesen und der Roboter zieht an beiden Seiten des Autositzes mehrere Schrauben mit einem Drehmoment von bis zu 35 Newtonmetern und vorgegebenem Einschraubdrehwinkel fest. Der gesamte Vorgang wird dabei mit Hilfe des Elektroschraubers dokumentiert.
„Die größte Herausforderung war das geforderte Drehmoment von circa 32 Newtonmetern, um die nötige Taktzeit zu erreichen“, berichtet Faude. Gelöst hat er dies durch eine außermittige Aufnahme für die Elektroschraubereinheit (Hebel-Verlängerung), eine sehr schnelle Bild- und Positionsauswertung und optimierte Fahrwege.
Da die Sitze durch die vorherigen manuellen Arbeitsschritte in leicht unterschiedlichen Positionen stehen können, muss der Roboter in der Lage sein, in einem Raster von 50 x 50 mm zu erkennen, wo sich die jeweilige Schraube befindet. Dazu kommuniziert Faudes Flexvision Bildverarbeitungssystems mit dem Roboter. „Anhand einer 2D-Vermessung mit einer Kamera wird der Roboter exakt positioniert, so dass er das Schraubbit genau am Schraubenkopf platzieren kann“, so Faude. Besonders aufwendig war dies nicht: „Auf Basis unseres Standard-Paketes waren nur kleine Anpassungen notwendig“, schätzt Faude den Aufwand auf zwei bis drei Manntage. Dass die Verschraubungen digital überwacht werden und der Roboter via Bildverarbeitung Fehler sofort erkennt, erhöht die Prozesssicherheit. Fehlen beispielsweise Schrauben an einem Sitz, selektiert der Roboter dieses Produkt aus und gibt über ein Warnsignal eine Fehlermeldung ab. „Unsere Mitarbeiter ergänzen diese dann per Hand an einer Nacharbeitsstation“, erklärt Beil.
Die Anschaffungskosten der Systemlösung inklusive des Roboters lagen bei rund 50.000 Euro und amortisierten sich bereits nach wenigen Monaten. „Die Konkurrenz bot die bekannten Industrieroboter an, der Preis lag bei dem 3- bis 4-fachen“, verdeutlicht Faude den Preisvorteil. Daher prüft Lear, ob die vollautomatische Verschraubung der Autositze europaweit in die Produktion integriert werden kann. Darüber hinaus wird überlegt, den Roboter in weiteren Anwendungen einzusetzen, etwa bei Füge- und Klebevorgängen sowie Sägearbeiten.
Steckbrief
Branche: Automotive
Aufgabe der Roboter: Hochzeits-Verschraubung von Sitz- und Lehnenrahmen
Projektdauer: 12 Wochen
Eingesetzte Roboter: UR5
Besonderheit: mit Flexvision 2D/3D-Bildverarbeitung

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