In der Produktion der Kopfhörerlautsprecher arbeiten kollaborierende Roboter Hand in Hand mit den Mitarbeitern.

In der Produktion der Kopfhörerlautsprecher arbeiten kollaborierende Roboter Hand in Hand mit den Mitarbeitern. Universal Robots

Bei der Umsetzung der ambitionierten Strategie im Rahmen eines 4-Jahres-Plans unterstützen kollaborierende Roboter die Mitarbeiter von Beyerdynamic nach und nach in verschiedenen Fertigungsprozessen. In einem Pilotprojekt setzt der Elektronikhersteller auf eine Lösung von Universal Robots in Zusammenarbeit mit Robotiq. Bei dieser Anwendung übernehmen zwei Cobots Teilaufgaben innerhalb der Kopfhörerproduktion. Durch die Zusammenarbeit von Menschen und Robotern stieg die Produktivität um 50 % – bei einer höheren Qualität der Kopfhörer.

Cobots arbeiten konstant präzise

In der Produktion hochwertiger Audiogeräte ist, insbesondere wenn es um Präzisionsarbeiten geht, die Prozessstabilität der entscheidende Faktor. Allerdings war diese für bestimmte filigrane und daher manuelle Arbeitsschritte in der Kopfhörerproduktion nicht dauerhaft gegeben. So müssen an einer Stelle Mitarbeiter die Membranen der Lautsprecher durch die Beschichtung mit einem Dispersionsmedium verfeinern. Bis zur Automatisierung zeichneten drei Mitarbeiter für diesen Prozess verantwortlich, welche die Flüssigkeit mit einem Pinsel auf die Membran auftrugen.

Peter Härtel und Jörg Lang programmieren die Roboter im Teach Modus. Damit kann der Anwender den Roboterarm greifen und ihm Aufgaben beibringen, indem er ihn per Hand von Wegpunkt zu Wegpunkt führt.

Peter Härtel und Jörg Lang programmieren die Roboter im Teach Modus. Damit kann der Anwender den Roboterarm greifen und ihm Aufgaben beibringen, indem er ihn per Hand von Wegpunkt zu Wegpunkt führt. Universal Robots

„Natürlich ist es für den Menschen unmöglich, über lange Zeit hinweg immer gleichmäßig ´zu pinseln´“, gibt Jörg Lang, Produktionstechniker in der Heilbronner Fertigung, zu bedenken. Daher kam es vor, dass Striche mal dicker oder dünner ausfielen. Entsprechend schwankte die Qualität der Membranen. Daher sah der Hersteller an dieser Stelle einen Ansatzpunkt, um seine Fertigungsprozesse durch den Einsatz kollaborierender Roboter zu optimieren: Eine Teilautomatisierung sollte die Qualitätsschwankungen reduzieren sowie die Produktivität des Vorgangs erhöhen.

Cobots schütteln und rühren

Sommerfest (c) beyerdynamic

Bild: Beyerdynamic

Um mögliche Berührungsängste hinsichtlich der Roboter abzubauen, bevor sie überhaupt im Werk ihre Arbeit aufnahmen, wurde einer der Cobots für ein Sommerfest des Unternehmens zum Cocktail mixen programmiert. Diese ‚Just for fun‘-Applikation hat allen gezeigt, wie unmittelbar und sicher die Roboter sich in ein menschliches Umfeld einfügen. „Sehr schnell hat die Neugierde unserer Mitarbeiter überwogen und sie sind mit den Robotern direkt warm geworden“, erklärt Peter Härtel.

Traditionelle Industrieroboter erschienen dem Unternehmen aber aufgrund ihrer hohen Kosten wie auch des umfangreichen Platzbedarfs als ungeeignet. Zudem hatte der Elektronikhersteller bereits gute Erfahrungen mit den Cobots UR3 und UR5 von Universal Robots gesammelt. Peter Härtel, Head of Strategic Operations and Quality bei Beyerdynamic, erklärt: „Die UR-Roboter haben wir ursprünglich für unsere Qualitätstests angeschafft. Sie sind sicher, flexibel einsetzbar und lassen sich leicht für neue Aufgaben programmieren, sodass wir alle Tests mit ihnen machen können.“ Das brachte ihn auf die Idee, weitere Roboter direkt neben seinen Mitarbeitern auch in der Fertigung einzusetzen. Als Resultat dieser Überlegungen kollaborieren mittlerweile ein UR3 und UR5 mit den drei Mitarbeitern in der Membranbeschichtung. Insgesamt läuft der Fertigungsprozess somit stabiler und mit konstanter Qualität – und während die Roboter die repetitiven Aufgaben übernehmen, widmen sich die Arbeiter Tätigkeiten mit höherer Wertschöpfung.

Roboter inmitten der Produktionslinie

Für die Membranbeschichtung der Kopfhörerlautsprecher platziert ein Arbeiter ein geschweißtes Bauteil auf einer vordefinierten Fläche, sodass die in der Roboterapplikation integrierte Kamera das Werkstück erkennt und der Cobot es aufnehmen kann.

Für die Membranbeschichtung der Kopfhörerlautsprecher platziert ein Arbeiter ein geschweißtes Bauteil auf einer vordefinierten Fläche, sodass die in der Roboterapplikation integrierte Kamera das Werkstück erkennt und der Cobot es aufnehmen kann. Universal Robots

Um die Beschichtung der Lautsprechermembranen mit den beiden Robotern zu automatisieren, wurde dieser Prozess in zwei Aufgabenbereiche unterteilt: Handling und Spraying. Für den Arbeitsschritt Handling ist ein UR5 Roboterarm mit einer Robotiq Wrist Camera sowie einem 2-Finger Greifer ausgestattet. Bei der Membranbeschichtung platziert ein Arbeiter im ersten Schritt einen geschweißten Kopfhörerlautsprecher auf einer vordefinierten grünen Fläche, welche das Sichtfeld der Kamera repräsentiert. Der Handling Roboter kann so das Werkstück erfassen und den Lautsprecher aufnehmen, woraufhin er diesen auf einen rotierenden Teller legt. Dann übernimmt ein UR3 mit einer integrierten Sprühpistole den Spraying-Prozess mit dem Dispersionsmedium. Im Anschluss nimmt der erste Roboter den beschichteten Lautsprecher wieder auf und deponiert ihn auf einem Tablett, das der Roboter selbstständig weiterschiebt, sobald es vollständig mit Werkstücken bestückt ist. Für eine nahtlose Zusammenarbeit tauschen die Roboter ihre Daten  via Modbus aus und geben sich so eigenständig die Freigaben für den nächsten Arbeitsschritt.

Flexibel durch Plug-and-Play

Mittels eines 2-Finger-Greifers nimmt der Roboter den Lautsprecher auf und setzt ihn zur Weiterverarbeitung auf einen rotierenden Teller.

Mittels eines 2-Finger-Greifers nimmt der Roboter den Lautsprecher auf und setzt ihn zur Weiterverarbeitung auf einen rotierenden Teller. Universal Robots

Die Leichtbauroboter überzeugen Beyerdynamic durch ihre flexiblen Einsatzmöglichkeiten, den geringen Platzbedarf sowie ihre leichte Bedienung und Programmierung. „Wir programmieren unsere Applikationen selbst, ohne auf externe Dienstleister angewiesen zu sein“, betont Peter Härtel. „Dank der intuitiven Steuerung können unsere Mitarbeiter den Umgang mit den Robotern schnell selbst erlernen.“ Jörg Lang fügt hinzu: „Auch die Kamera und der Greifer waren schnell installiert und über die Software- und Programmierumgebung einsetzbar.“ Durch diese Plug-and-Play-Integration zwischen dem Roboterarm und dem Zubehör ließ sich das Pilotprojekt innerhalb von nur dreieinhalb Monaten umsetzen.

Nicht nur in technischer Hinsicht, auch bei der Belegschaft von Beyerdynamic waren die neuen Roboterkollegen schnell integriert und erhielten die Spitznamen ‚Jonathan‘ und ‚Fritzchen‘. „Anfangs standen unsere Mitarbeiter den Robotern noch etwas skeptisch gegenüber. Immerhin betraten wir mit den Robotern innerhalb der Produktion Neuland“, erklärt Wolfgang Luckhardt, Managing Director von Beyerdynamic. Entsprechend konnte sich keiner vorstellen, wie die MRK in der Praxis aussieht und welche Änderungen in der Prozesskette damit einhergehen. Daher legte das Unternehmen vom Start weg Wert auf eine offene Kommunikation, um potenzielle Bedenken zu zerstreuen. Außerdem stellte Beyerdynamic den Mitarbeitern die Zusammenarbeit mit den Robotern zur Wahl und fragte ab, wer Interesse an dem Projekt hat.

Helfer für Qualität ‘Made in Germany‘

Aufgrund der MRK-Applikation und der mit ihr verbundenen Produktivitäts- und Qualitätssteigerung sieht sich Beyerdynamic in der Lage, auch in Zukunft in Deutschland zu produzieren. Laut Managing Director Wolfgang Luckhardt markieren die bislang mittels Automatisierung erreichten Erfolge lediglich den Anfang: „Natürlich setzen wir für die Zukunft auf Wachstum und somit auch auf einen weiteren Anstieg unserer Produktivität und Qualität.“ Hierbei handelt es sich um einen langfristigen und dynamischen Prozess, für den das Unternehmen fest mit dem Einsatz von weiteren Robotern in zusätzlichen Bereichen der Fertigung plant.