Trendumfrage: roboterbasiertes Schweißen

„Hundertprozentige Prozesskontrolle“

In der aktuellen Trendumfrage hat ROBOTIK UND PRODUKTION Experten zum Thema roboterbasiertes Schweißen befragt. Dabei ging es um die fortschreitende Digitalisierung und die neuen Möglichkeiten, die diese mit sich bringt, außerdem um die Frage, welche weiteren neuen Technologien derzeit Einzug in das roboterbasierte Schweißen halten. Es antworteten Caren Dripke, Abteilungsleiterin Entwicklung Robotik bei Lorch Schweißtechnik, Albert Sanchez, Vice President Industry Team Automotive Supplier & Metal bei Kuka, Wolfgang Scherleitner, Head of Prototyping Centre Perfect Welding bei Fronius International, Stephan Pittner, CTO bei Carl Cloos Schweißtechnik, sowie Maximilian Merk, Leiter Technologie Schweißen bei Trumpf Werkzeugmaschinen.

Bild: ©Jürgen Effner/AdobeStock.com

ROBOTIK UND PRODUKTION: Wie beeinflusst die zunehmende Digitalisierung das Roboterschweißen?

Caren Dripke, Lorch Schweißtechnik: Bis vor Kurzem setzte man das Roboterschweißen vor allem bei Anwendungen mit sehr hohen Stückzahlen und in hochspezifizierten, auf ein einzelnes Bauteil angepassten Roboterzellen ein. Die zunehmende Digitalisierung ermöglicht nun den Einsatz auch bei kleineren Stückzahlen und Werkstücken, die bisher fast ausschließlich manuell geschweißt wurden. Ein weiteres großes Thema: die Verfolgbarkeit von Daten. War bisher das digitale Tracking überwiegend hochautomatisierten Prozessen vorbehalten, können jetzt im Prinzip alle Schweißprozesse digital erfasst werden. Das heißt, auch für kleine und mittelständische Betriebe ist es interessant, ihre Schweißprozesse zu automatisieren und zu digitalisieren.

„Bei Lorch haben wir kollaborierenden Robotern
das Schweißen beigebracht. Mit dem Lorch Cobot Welding Package ist die Bedienung des Cobots
für Schweißer sehr schnell erlernbar. Der Cobot steht als neues Teammitglied zur Verfügung und unterstützt die Fertigung bereits bei Kleinserien.“
Caren Dripke, Lorch Schweißtechnik (Bild: Lorch Schweißtechnik GmbH)

Albert Sanchez, Kuka: Die digitale Transformation beeinflusst auch klassische Industriezweige und -techniken wie das Schweißen immer mehr. Wir beobachten auf Kundenseite z.B. eine zunehmende Bereitschaft zur Dokumentation und Nutzung von Prozessdaten. Hier bieten wir mit Kuka.ProcessScreen ein passendes Softwareprodukt. Ebenso wird die Offlineprogrammierung immer häufiger eingesetzt – auch für Kleinserien. Zudem legen Kunden immer mehr Wert auf eine flexible Einbindung von Peripherie-Hardware.

„Wir beobachten auf Kundenseite eine zunehmende Bereitschaft zur Dokumentation und Nutzung von Prozessdaten. Hier bieten wir mit Kuka. ProcessScreen ein passendes Softwareprodukt. Zudem legen Kunden immer mehr Wert auf eine flexible Einbindung von Peripherie-Hardware.“
Albert Sanchez, Kuka (Bild: Kuka AG)

Wolfgang Scherleitner, Fronius: Die Digitalisierung beeinflusst das Roboterschweißen in vielerlei Hinsicht. Ständige Softwareentwicklungen verbessern die Performance der Schweißsysteme in puncto Bedienkomfort, Nahtqualität und Geschwindigkeit. Typische Digitalisierungsbereiche mit hohem Innovationspotential sind die Roboterprogrammierung und Simulation, die Schweißnahtsuche, die Online-Nahtverfolgung, die Schweißnahtprüfung, die Bauteilvermessung oder die Datendokumentation. Moderne Schweißsysteme erkennen die Bauteile anhand von Seriennummern und wählen die vorgesehenen Schweißprogramme selbstständig. Spezialisierte Dokumentationssoftware zeichnet die einzelnen Schweißparameter auf, speichert sie in Datenbanken und visualisiert Grenzwertabweichungen in Echtzeit. Schweißprobleme können auf diese Weise sofort erkannt und behoben werden. Kommt es zu spezifischen Häufungen, deutet das auf notwendige Servicearbeiten hin (Predictive Maintenance). Mittlerweile arbeiten Roboterschweißsysteme im Zuge der Digitalisierung immer autonomer. Mit Robotern synchronisierte Bauteilschleusen sowie Lager- und Regalsysteme stützen die einzelnen Abläufe zusätzlich. Dazu kommen Greif-, Brenner- und Kontaktrohrwechselsysteme sowie andere autonomiefördernde Komponenten.

„Zeitgemäße Simulationssoftware erkennt Achslimits, berechnet Anfahrtswege, Startpunkte und Endpunkte und setzt selbstständig Positionspunkte. Stökonturen werden visualisiert und Brenneranstellungen korrigiert. All das reduziert die Teach-Zeiten am Roboter und erhöht die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage.“ Wolfgang Scherleitner, Fronius International (Bild: Fronius International GmbH

Stephan Pittner, Carl Cloos Schweißtechnik: Steigende Anforderungen an Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Qualität erfordern neue und intelligente Fertigungslösungen. Die Bereiche Automatisierung und Software wachsen stärker zusammen. Die zunehmende Digitalisierung ermöglicht eine bessere Steuerung und kontinuierliche Verbesserung von Roboterschweißsystemen. Auch künstliche Intelligenz gewinnt dabei immer mehr an Bedeutung und ist ein wichtiger Partner des Menschen in der Fabrik der Zukunft. Deshalb bauen wir unsere Palette an digitalen Lösungen mit einem kontinuierlich wachsendem Entwicklungsteam aus.

Insgesamt steigt die Nachfrage nach wirtschaftlicheren hochkomplexen, verketteten Fertigungssystemen. Cloos bietet hierzu die Möglichkeit, mit modularen Standardsystemen bei einem Anstieg der Produktionskapazitäten sukzessive zu automatisieren und ohne eine Erhöhung des Personaleinsatzes den Ausstoß zu vervielfachen.
Stephan Pittner, Carl Cloos Schweißtechnik (Bild: Carl Cloos Schweißtechnik GmbH)

Maximilian Merk, Trumpf: Der Prozessschritt Schweißen ist für viele Unternehmen sehr arbeitsintensiv. Das führt dazu, dass bei klassischen Blechbauteilen das Fügen den höchsten Anteil an den Produktionskosten einnimmt. Hier gibt es großes Einsparpotential. Die größte Herausforderung, zumindest in Nordamerika und Europa, ist der Fachkräftemangel. Fügen und die folgende Nacharbeit gehen nur mit entsprechendem Personal. Gute Schweißer sind jedoch schwierig zu finden. Das ist ein Megatrend, den wir bereits seit einigen Jahren beobachten und der sich noch weiter zuspitzen wird. Genau aus dem Grund sehen wir einen weiteren Trend beim Schweißen, und zwar die Automatisierung. Doch genau hier stehen unsere Kunden wieder vor neuen Herausforderungen. Denn oft fehlt das Wissen, um eine Schweißanlage zu programmieren. Die Digitalisierung ist der Schlüssel, um diesen dringend notwendigen technologischen Fortschritt zu realisieren und den Einstieg ins Roboterschweißen einfach zu ermöglichen.

„Ob simulieren oder programmieren,
durch die Digitalisierung dieser Vorgänge werden Nebenzeiten an der Maschine für die
Anwender reduziert und Fallstricke können bereits sehr früh erkannt und gelöst werden.“
Maximilian Merk, Trumpf (Bild: Trumpf GmbH + Co. KG)

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche neuen Möglichkeiten bieten sich dem Anwender durch die Digitalisierung?

Sanchez, Kuka: Prinzipiell ist es natürlich immer gut, so viel wie möglich über die eigene Produktion und die eingesetzten Verfahrenstechniken zu wissen. So kann man seine Performance kontinuierlich überwachen und entsprechende Schlussfolgerungen aus der Datenerfassung ziehen. Das führt zu einer höheren Qualität in der Fertigung und einer geringeren Ausschussquote. Digitalisierung hat also das Potenzial, Qualität und Effizienz zu steigern. Vielversprechende Aussichten auch für das Roboterschweißen. Nicht unbedingt neu, aber auch ein wichtiger Teil der Digitalisierung ist zudem die Nachverfolgbarkeit mit Blick auf produzierte Teile – z.B., wann mit welchen Prozessdaten geschweißt wurde.

Pittner, Carl Cloos Schweißtechnik: Neben dem Erfassen sämtlicher Produktionsdaten, wie Schweißparameter, Lichtbogenzeiten, Programmlaufzeiten oder unterschiedlicher Effizienzkennzahlen, ist es Anwendern vor allem wichtig, diese Daten schnell, übersichtlich und individuell einstellbar verfügbar zu haben. Hier setzen sich vor allem plattformbasierte Online-Tools immer stärker durch. Mit unserer C-Gate IoT Platform können Anwender in Echtzeit auf Informationen aus ihrer Schweißfertigung zugreifen. Die modular aufgebaute, browserbasierte Digitalisierungsplattform ermöglicht einen nahezu unbegrenzten Zugriff auf alle verfügbaren Daten der Roboteranlage. Anwender erhalten bei Bedarf detaillierte Informationen über die Anzahl und Qualität der gefertigten Teile bis hin zu der Diagnose einzelner Schweißnähte. Ursachen für etwaige Störungen und Unterbrechungen des Fertigungsablaufs können schnell lokalisiert werden. Außerdem erhält der Kunde Hinweise auf Anpasungsmöglichkeiten sowie wichtige Daten zur Unterstützung der vorbeugenden Wartung und Instandhaltung. Das ermöglicht unsere intuitive, selbst erlernbare und frei parametrisierbare Oberfläche. Somit sind Produktionsverantwortliche jederzeit auf dem aktuellen Stand der Produktivität der Anlage.

Merk, Trumpf: Die TruArc Weld 1000 z.B. ist ein automatisiertes System für das Lichtbogenschweißen. Das Besondere: Die Programmierung, bestehend aus einer smarten Softwarelösung und einem kollaborativen Roboter, ist sehr simpel gestaltet, sodass Schweißfachkräfte ohne großen Schulungsaufwand zum Programmierer werden können. Es reicht ein E-Learning, das der Anwender über einen QR-Code an der Maschine jederzeit abrufen kann. Auch die Installation der Maschine kann der Kunde anhand eines E-Learnings selbst übernehmen. Bei der TruLaser Weld 5000 ist die Programmierung der Maschine digitalisiert und kann mit der Software TruTopsWeld offline am Computer durchgeführt werden. Ob simulieren oder programmieren, durch die Digitalisierung dieser Vorgänge werden Nebenzeiten an der Maschine für die Anwender reduziert und Fallstricke können bereits sehr früh erkannt und gelöst werden.

Dripke, Lorch Schweißtechnik: Bei Lorch haben wir kollaborierenden Robotern das Schweißen beigebracht. Mit dem Lorch Cobot Welding Package ist die Bedienung des Cobots für Schweißer sehr schnell erlernbar, sodass Roboterschweißen auch in kleinen und mittleren Fertigungsbetrieben mit dem Cobot als flexible Arbeitsunterstützung eingesetzt werden kann. Der Cobot steht als neues Teammitglied zur Verfügung und unterstützt die Fertigung bereits bei Kleinserien. Speziell in oft klassisch handwerklich geprägten Unternehmen ist der Cobot sehr gut in die Arbeitsabläufe zu integrieren. Für die Schweißfachkräfte verbessert sich aufgrund des Cobots nicht nur die Arbeitsergonomie und die Sicherheit. Durch den Einsatz modernster Technologie wird auch der Beruf des Schweißers nochmals attraktiver. Für den Betrieb selbst ist eine Steigerung der Produktivität bei gleichbleibender Qualität ein entscheidender Vorteil.

Scherleitner, Fronius: Voll digitalisierte Roboterschweißsysteme zeichnen sich durch hohe Präzision beim Schweißen und hundertprozentige Prozesskontrolle aus. Ein besonderes Highlight, weil fehlervermeidend und zeitsparend, ist die Möglichkeit der Offline-Programmierung und Simulation sämtlicher Schweißabläufe. Diese werden nicht unmittelbar beim Schweißsystem, sondern entfernt vom Roboter erstellt. Die Anlage schweißt während der Programmierarbeiten weiter, ein unnötiger Produktionsstillstand wird vermieden. Zeitgemäße Simulationssoftware erkennt Achslimits, berechnet Anfahrtswege, Startpunkte und Endpunkte und setzt selbstständig Positionspunkte. Störkonturen werden visualisiert und Brenneranstellungen korrigiert. All das reduziert die Teach-Zeiten am Roboter und erhöht die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage. Hightech-Kameras bieten den Schweißtechnikern einen unmittelbaren Blick auf Lichtbogen, Tropfenablöse und Schweißnaht. Laser-Sensorik korrigiert Brennerbewegungen, gleicht Spaltunregelmäßigkeiten aus und inspiziert Schweißnähte. Last but not least können fertig geschweißte Bauteile mit robotergesteuerten Kamerasystemen vermessen und ein Toleranzen überschreitender Verzug festgestellt werden.

ROBOTIK UND PRODUKTION: Welche weiteren neuen Technologien halten Einzug in das roboterbasierte Schweißen?

Pittner, Carl Cloos Schweißtechnik: Wir erleben eine wachsende Nachfrage nach Lösungen für das wirtschaftliche Schweißen von kleinen Losgrößen mit dem Roboter. Mit unserer Offline-Programmiersoftware RoboPlan werden Schweiß- und Verfahrwege sowie Sensorroutinen an 3D-Modellen parallel zur laufenden Produktion erstellt und anschließend an die Steuerung des Roboters übertragen – ein enormer Zeitgewinn im gesamten Prozessablauf sowie eine Erhöhung des Output der Produktionsanlage. Noch weiter gehen wir mit unserem Qirox Instant Robot Programming System. Das scannerbasierte System erzeugt vollautomatisch und ohne 3D-Bauteildaten Schweißprogramme. Das eröffnet neue Wege für die automatisierte Produktion von Schweißbaugruppen in Losgröße 1. Unser Cobot Welding System bietet einen einfachen Einstieg in das automatisierte Schweißen. Durch das Zusammenspiel von Mensch und Cobot können auch hier kleine Losgrößen wirtschaftlich und in gleichbleibender Qualität geschweißt werden. Sowohl beim Qirox IRPS als auch beim Cobot Welding System benötigen die Bediener keine detaillierten Schweiß- und Programmierkenntnisse – ein wichtiger Faktor im Hinblick auf den zunehmenden Fachkräftemangel. Darüber hinaus möchten unsere Kunden Lösungen für die automatisierte Schweißtechnik immer öfter mit unterschiedlichen Fertigungstechnologien, wie z.B. dem automatisierten Schleifen, in einer Produktionslinie integrieren. Insgesamt steigt die Nachfrage nach wirtschaftlicheren hochkomplexen, verketteten Fertigungssystemen. Cloos bietet hier die Möglichkeit, mit modularen Standardsystemen bei einem Anstieg der Produktionskapazitäten sukzessive zu automatisieren und ohne eine Erhöhung des Personaleinsatzes den Ausstoß zu vervielfachen.

Dripke, Lorch Schweißtechnik: Die Nutzung von Clouddiensten nimmt bereits jetzt deutlich zu. Unternehmen stehen heute schon die kompletten Informationen der Schweißprozesse in Kombination mit der Cloudlösung Lorch Connect zur Verfügung. Neben einem Onlinemonitoring können die Unternehmen die Daten zur Auftragskalkulation verwenden oder mit geringem Zeitaufwand sämtliche Schweißnähte mit allen zugehörigen Parametern dokumentieren. Die Digitalisierung schafft hier eine Vielzahl neuer Möglichkeiten, um die Transparenz im Fertigungsprozess weiter zu erhöhen.

Scherleitner, Fronius: Immer mehr Betriebe setzen auf Automation und hier vor allem auf Cobots. Die kostengünstigen Roboterschweißsysteme erfordern keine Programmierkenntnisse. Sie sind einfach und intuitiv zu bedienen. Bewegt der Bediener den Schweißbrenner von den Startpunkten der Schweißnähte zu ihren Endpunkten, kann er durch Tastendruck Teach-Punkte setzten. Mit ihrer Hilfe legt das Cobot-System Schweißbahn und Schweißfolge selbständig fest. Vorkonfigurierte Kennlinien für diverse Metalle und Wandstärken vereinfachen die Auswahl der erforderlichen Schweißparameter. Heutzutage können Updates, Softwareerweiterungen oder neue Kennlinien über Cloudapplikationen installiert werden. Außerdem ist es möglich, Dokumentationsdatenbanken, die in einer Unternehmenscloud gespeichert sind, standortunabhängig mit unterschiedlichen Schweißsystemen zu vernetzen. Dadurch werden Schweißparameter verschiedener Bauteile nicht nur an einem Standort, sondern weltweit abruf- und reproduzierbar.

Merk, Trumpf: Je nach Unternehmensgröße und Kundenbedarf wollen wir unseren Kunden die richtige Lösung für die Schweißtechnik anbieten, ob es ein Cobot ist, um eine schnelle und intuitive Programmierung an der Maschine zu ermöglichen, oder ob es datengetriebene cloudbasierte Services für das Lean Management sind. Wir werden das Angebot immer auf unseren Kunden ausrichten. Die Digitalisierung eröffnet bereits heute viele neue Möglichkeiten, aber wir stehen erst am Anfang.