Der Roboter lässt sich ohne Sicherheitsumhausung direkt neben dem Menschen einsetzen. Sobald ein Gegendruck von 150 N oder mehr ausgeübt wird, stoppt er den Betrieb.

Der Roboter lässt sich ohne Sicherheitsumhausung direkt neben dem Menschen einsetzen. Sobald ein Gegendruck von 150 N oder mehr ausgeübt wird, stoppt er den Betrieb.Universal Robots

An seinem Produktionsstandort in Besigheim montiert der Automobilzulieferer Lear Corporation Autositze im Schichtbetrieb just in time – also nach Bedarf. Dabei gilt es, schnell und flexibel zu arbeiten und dennoch qualitativ hochwertige Produkte zu garantieren. Um die Prozesssicherheit beim Verschrauben von Autositzen und Lehnen zu erhöhen, entschied sich das Unternehmen diesen Produktionsabschnitt zu automatisieren. Da die Mitarbeiter nur über geringe Erfahrungen mit Robotertechnologie verfügten, sollte die Automatisierungstechnik wartungsarm und einfach zu steuern sein. Ein zusätzliches Problem bei diesem Projekt bildeten die eingeschränkten Platzverhältnisse in der Produktionshalle: „Die Autositze werden an einem Förderband montiert. Auf diesem passieren sie nacheinander auf sehr engem Raum die einzelnen Produktionsschritte. Wir brauchten deshalb einen kleinen, beweglichen Roboter, der in unmittelbarer Nähe zum Menschen einsetzbar ist“, erläutert Harald Beil, Manager Industrial Engineering bei Lear.

Im Drei-Schicht-Betrieb bearbeitet der Roboter rund 8.500 Verschraubungen täglich.

Im Drei-Schicht-Betrieb bearbeitet der Roboter rund 8.500 Verschraubungen täglich.Universal Robots

Seite an Seite mit dem metallenen Kollegen

Der Lösungsanbieter von Produktions- und Prozessautomation Faude Automatisierungstechnik konnte eine Lösung bieten, die allen Anforderungen entsprach: Einen sechsachsigen Leichtbauroboter des dänischen Herstellers Universal Robots. Der 18 kg schwere künstliche Arbeiter verfügt über eine Reichweite von 85 cm und eine Hebekraft von 5 kg. „Ein wesentlicher Vorteil des UR5 ist dessen intuitive Benutzerführung. Der Bediener zeigt dem Roboter die einzelnen Wegpunkte über ein Touchpad, der diese speichert. Eine eintägige Schulung genügt, um technisch versierte, aber mit Automatisierungstechnik unerfahrene Mitarbeiter mit der Programmierung vertraut zu machen“, erklärt Dieter Faude, Geschäftsführer von Faude Automatisierungstechnik. Darüber hinaus überzeugte Lear vor allem das Schutzkonzept: Im Gegensatz zu raumfüllender, schwerer Automatisierungstechnologie lässt sich der Roboter ohne Sicherheitsumhausung direkt neben dem Menschen einsetzen: Sobald ein Gegendruck von 150 N oder mehr ausgeübt wird, stoppt der Roboter den Betrieb. Das Dänische Technologieinstitut hat diesen Safety Mode nach der europäischen ISO-Norm 10218 zertifiziert. Darüber hinaus prüft Faude bei allen Projekten den Roboter in seiner jeweiligen Anwendung, um Sicherheitsrisiken ausschließen zu können.

Beitrag zur Qualitätssicherung

Seit 2011 ist der Roboter von Universal Robots für die sogenannte Hochzeits-Verschraubung von Sitz- und Lehnenrahmen zuständig, dem letzten und wichtigsten Produktionsschritt vor der Endmontage im Lear-Werk Besigheim. Eingesetzt wird er im Drei-Schicht-Betrieb und bearbeitet so rund 8.500 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 individuelle Identifikationsdaten enthält. Sobald der Sitz an der Station ankommt, wird der Transponder ausgelesen und der Roboter zieht entsprechend an beiden Seiten des Autositzes mehrere Schrauben mit einem Drehmoment von bis zu 35 Nm und vorgegebenem Einschraubdrehwinkel fest. Außerdem dokumentiert er dabei den gesamten Vorgang.

Das Bildverarbeitungssystem erkennt Fehler sofort und sorgt damit für eine erhöhte Prozesssicherheit.

Das Bildverarbeitungssystem erkennt Fehler sofort und sorgt damit für eine erhöhte Prozesssicherheit.Universal Robots

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 mal 50 mm zu erkennen, wo sich die jeweilige Schraube befindet. Diese Anforderung erfüllte Faude mit seinem Bildverarbeitungssystem Flexvision, das mit dem UR5 kommuniziert. Die Bildverarbeitungssoftware, die gegenüber externen Störungen wie Fremdlicht unempfindlich ist, erkennt die Lage der Schraube. „Anhand einer 2D-Vermessung mit einer Kamera wird der Roboter exakt positioniert, so dass er das Schraubbit genau am Schraubenkopf platzieren kann. Durch seine sechs Achsen ist er so beweglich, dass er schnell den richtigen Drehwinkel einnehmen kann“, erklärt Faude. Vor der Integration in die laufende Produktion testeten die beiden Unternehmen Faude und Lear die Schnittstellen mit dem Roboter und die Lichteinflüsse, um die optimalen Kameraeinstellungen zu finden.

Da die Lösung die Verschraubungen digital überwacht und der Roboter über das Bildverarbeitungssystem Fehler sofort erkennt, sorgt die Automatisierung dieser Schlüsselstelle für eine erhöhte Prozesssicherheit. Fehlen beispielsweise Schrauben an einem Sitz, sortiert der Roboter dieses Produkt aus und gibt eine Fehlermeldung ab. „Unsere Mitarbeiter ergänzen diese dann per Hand an einer Nacharbeitsstation. Da der Roboter eine hohe Anzahl Schrauben vor der Endmontage befestigt und überwacht, trägt er entscheidend zur Fehlervorbeugung und damit zur Qualitätssicherung bei“, erklärt Beil. Zudem kontrolliert der Roboter jede einzelne Verschraubung und protokolliert alle Messwerte wie etwa Anzugsmoment und Schraubwinkel. Alle Ergebnisse werden so gespeichert, dass sie nachträglich dem entsprechenden Sitz zugeordnet werden können.

Kosteneffektive Investition mit Ausbaupotenzial

Die Anschaffungskosten der Systemlösung inklusive des Roboters lagen bei rund 50.000 Euro und amortisierten sich nach wenigen Monaten. Da der UR5 energieeffizient arbeitet, sind auch die laufenden Betriebskosten überschaubar. Beil bewertet den Einsatz des Roboters daher positiv: „Wir sind sehr zufrieden mit dem Preis-Leistungs-Verhältnis des UR5. Aufgrund seines Sicherheitsmodus und seiner Wendigkeit fügt er sich perfekt in unsere Produktionsbedingungen ein. So konnten wir schnell erste Erfolge in Sachen Kostenoptimierung und Prozesssicherheit verbuchen.“ Derzeit prüft Lear, ob sich die vollautomatische Verschraubung der Autositze europaweit in die Produktion integrieren lässt. Darüber hinaus überlegt das Unternehmen, den Roboter in weiteren Anwendungen einzusetzen, etwa bei Füge- und Klebevorgängen sowie Sägearbeiten.