Roboterschweißpositionierer: Eine Alternative zum herkömmlichen Schweißen

Dieser Materialhandhabungsroboter bewegt nicht nur das große Schweißstück in die Zelle, sondern positioniert das Teil auch für die beiden Schweißroboter, um ihre Schweißarbeiten abzuschließen. Fotos mit freundlicher Genehmigung von Acieta.

Schweißpositionierer sind in hochbeanspruchten Metallverarbeitungsbetrieben allgegenwärtig. Sie sind äußerst nützlich, um große Schweißteile in Position zu bringen und den Schweißern das Leben zu erleichtern.

Mittlerweile sind Schweißroboter auch in kleinen Werkstätten immer häufiger anzutreffen. Die Kosten sind in den letzten Jahren gesunken und sie sind einfacher zu programmieren. Da viele metallverarbeitende Unternehmen keine Schweißer finden, die für sie arbeiten möchten, denken sie auch über Roboterschweißzellen nach, um Engpässe in der Schweißabteilung zu beseitigen.

Auch bei der Umstellung auf Roboter in der Schweißabteilung sind Positionierer immer noch ein Teil des Mixes. Schweißpositionierer erfüllen die gleiche Funktion und stellen einen anspruchsvolleren Arbeitsleiter dar, da Schweißroboter keine Toiletten- oder Mittagspausen benötigen.

Angesichts der zunehmenden Zahl von Robotern in Metallverarbeitungsbetrieben war es nur eine Frage der Zeit, bis jemand eine einfache Frage stellte: Was wäre, wenn ein Materialhandhabungsroboter den Schweißpositionierer in der Schweißzelle ersetzen würde?

Acieta, ein Robotersystemintegrator, diskutiert diese Art der automatisierten Schweißzelleneinrichtung seit einigen Jahren auf der Jahrestagung der Fabricators & Manufacturers Association. Da die Hersteller nach mehr Effizienz bei ihren Schweißvorgängen strebten, waren sie viel aufgeschlossener gegenüber neuen Automatisierungsansätzen. Der FABRICATOR sprach mit Pete Rogers, Vizepräsident für den Betrieb des Acieta-Betriebs in Council Bluff, Iowa, über diesen Trend und den Einsatz von Materialhandhabungsrobotern als Positionierer für Schweißkonstruktionen.

Der HERSTELLER:Hat Acieta Kunden aus der Metallverarbeitung, die derzeit Materialhandhabungsroboter als Positionierer einsetzen?

Pete Rogers: Ich würde sagen, wir haben derzeit eine Handvoll Kunden, die das tun. Es wird immer mehr akzeptiert. Um ehrlich zu sein, ist der Arbeitskräftemangel für einen Großteil davon verantwortlich. Dies ist heute viel stärker Gegenstand der Diskussion als noch vor fünf Jahren.

Fabelhaft:Was hat dieses Interesse am Einsatz von Materialtransportrobotern als Positionierer ausgelöst?

Rogers: Wenn man in der Vergangenheit ein schwereres Teil hatte, benutzte man so etwas wie einen Sky Hook, um es auf einem 2-Achsen-Positionierer zu positionieren, der sich stapeln oder drehen ließ, und verwendete in Verbindung damit Schweißroboter. Der größte Nachteil bei diesen Zellen, obwohl es in den USA wahrscheinlich Tausende davon gibt, ist, dass sie die meiste Zeit nicht in Betrieb sind, weil es 20 bis 30 Minuten dauert, das Teil aus dem Gerät auszutauschen und das neue anzubringen.

Was wir also machen, ist das gleiche Konzept wie bei den Schweißrobotern, aber wir haben eine Person, die ein Teil in einen Bereich schiebt, wo ein größerer Roboter es erreichen kann. Der Roboter greift das Teil, platziert es vor den Schweißrobotern, entnimmt es aus der Zelle und greift nach einem anderen Teil. Sie haben also einen dritten Roboter im Mix. Mit diesem dritten großen Positionierungsroboter sparen Sie praktisch die Zeit ein, die zum Be- und Entladen der Vorrichtung erforderlich ist. Es gibt Ihnen auch etwas mehr Flexibilität bei der Teilepositionierung, da Sie über einen 6-Achsen-Roboter verfügen, der das Schweißstück überall dort platziert, wo es benötigt wird.

Der Materialhandhabungsroboter platziert die Schweißkonstruktion präzise dort, wo die beiden Schweißroboter arbeiten können. Es ist kein Schweißpositionierer erforderlich.

Fabelhaft:Erschwert die Hinzufügung eines Roboters zur Positionierung von Schweißteilen die Programmierung einer solchen Zelle?

Rogers: Ich würde nicht sagen, dass es die Programmierung unbedingt erschwert. Es fügt mehr Programmierung hinzu.

Aus Sicht der Anfangsinvestition wird das natürlich etwas höher ausfallen, da im Wesentlichen ein dritter Roboter programmiert werden muss. Sobald diese Zelle eingerichtet ist, gibt es meiner Meinung nach keine zusätzlichen Schwierigkeiten, das System zu warten oder weiter zu betreiben.

Fabelhaft:Denken Sie, dass die Tatsache, dass immer mehr Fertigungsbetriebe jeder Größe in automatisierte Schweißzellen investieren, dadurch offener für diese neue Variante der Automatisierung wird?

Rogers: Ich glaube, das wäre der Fall. Sie beginnen also mit Ihren einfacheren Standard-Schweißzellen. Jemand lädt Teile aus dieser Standardzelle und entlädt sie, und die Werkstattleitung beobachtet, wie die Zelle Teile produziert. Aus diesem Grund sehen wir ein größeres Interesse daran und werden solche Systeme auf den Markt bringen.

Es ist wirklich auf den Arbeitskräftemangel zurückzuführen. Anstatt diese Leute zu haben, die die Zelle betreuen und mit Kränen be- und entladen müssen, können Sie sie jetzt an anderer Stelle im Werk einsetzen.

Fabelhaft:Ist der Einsatz eines Materialhandhabungsroboters als Positionierer eher für Werkstätten geeignet, die mit großen Schweißteilen arbeiten, oder kann er auch mit kleinen Teilen arbeiten?

Rogers: Technisch gesehen könnten Sie diesen Ansatz für Teile aller Größen verwenden. Möglicherweise erhalten Sie jedoch nicht so viel für Ihr Geld oder eine so hohe Rendite für die kleineren Teile. Das liegt vor allem daran, dass einer der Faktoren für die Kapitalrendite die Begrenzung der Ausfallzeit dieser Schweißzelle ist. So erfordert beispielsweise eine Standard-Schweißzelle, von der wir hier sprechen, lediglich, dass jemand das kleine Teil mit der Hand greift, es in die Vorrichtung wirft und zusieht, wie die automatischen Klemmen das Teil verriegeln. Selbst mit manuellen Klemmen würde es weniger als eine Minute dauern.

Der Echtzeitvorteil liegt in den schweren Teilen. Hier sehen Sie, dass die Positionierungsroboter einen schnellen ROI ermöglichen.

Jetzt haben wir einige Schweißzellen, in denen Materialhandhabungsroboter stationäre Schweißvorrichtungen beladen und dann ein Roboter das Teil schweißt. Der Materialhandhabungsroboter greift dann das Teil aus der stationären Vorrichtung und bewegt es auf eine Palette oder etwas Ähnliches. In diesem Bereich ist ein größerer finanzieller Vorteil zu verzeichnen, da der Weg von der Schweißzelle zur nächsten Station entfällt.

Gezeigt wird einer der beiden Schweißroboter, die mit dem Materialhandhabungsroboter zusammenarbeiten, der auch als Positionierer fungiert.

Fabelhaft:Gewinnt ein produzierendes Unternehmen durch eine Schweißzellenanordnung mit Schweißrobotern und einem Materialhandhabungsroboter, der als Positionierer dient, an Flexibilität?

Rogers: Ja, insbesondere wenn man sich traditionellere Schweißzellen ansieht, die bei Verwendung des 2-Achsen-Positionierers ein manuelles Be- und Entladen von Teilen erfordern. Wenn Sie Teile wechseln, gibt es eine Werkzeugwechselzeit. Sie müssen die Schweißvorrichtung herausziehen und eine andere einsetzen. In einer anderen Roboterzelle, die mir in den Sinn kommt, in der wir zwei verschiedene Teile hergestellt haben, haben wir einen automatischen Werkzeugwechsler an diesem Materialhandhabungsroboter verwendet. Deshalb haben wir zwei verschiedene Greifer entworfen, die auch als Vorrichtungen dienten. Abhängig davon, welches Teil sich in der Zelle befand, nahm der Roboter den Greifer/die Vorrichtung auf, bewegte dieses Teil und konnte den anderen Greifer/die andere Vorrichtung in wenigen Sekunden aufnehmen. Die Umstellungszeit von Teilenummer zu Teilenummer war äußerst kurz.

Daher verwenden wir in diesem Fall Werkzeugwechsler, wenn wir mehrere Teile bearbeiten. Was wirklich zu Ihrer Einschränkung wird, ist die Anzahl der Werkzeuge, die Sie in der Zelle stapeln können und trotzdem Platz zum Arbeiten haben.

Fabelhaft:Was sind einige der unvorhergesehenen Vorteile für einen Hersteller, der diese Art von automatisiertem Schweißaufbau einführt?

Rogers: Wenn eine Werkstatt über mehrere Teile und Vorrichtungen in einer Schweißzelle verfügt, ist ihr manchmal nicht unbedingt bewusst, dass die Zeit für den Vorrichtungswechsel nahezu entfällt. Das ist ein großer Vorteil. Dadurch kann der Shop schlanker werden.

Das bedeutet, dass Sie jetzt nicht 50 dieser Teile bauen müssen, nur damit sich der Austausch der Vorrichtung lohnt, was eine Stunde dauern kann. Sie können ein oder zwei bauen, die Vorrichtungen wechseln, ein oder zwei bauen, wieder austauschen und trotzdem mehr produzieren. Die Möglichkeit, dem Heiligen Gral des One-Piece-Flow durch die Anlage näher zu kommen, kommt der Realität näher.

Der manuelle Werkzeugwechsel, sei es beim Schweißen oder bei einer Abkantpresse, schränkt die Häufigkeit, mit der ein Hersteller die Werkzeuge von Teil zu Teil wechseln muss, wirklich ein. Es bestimmt auch, wie viele Teile sie vor dem Wechsel stapeln.

Das ist also einer der größeren Vorteile dieser Art der Schweißautomatisierung. Geschäfte müssen nicht über so viel Lagerbestand verfügen und können die laufenden Arbeiten reduzieren.

Wir verfügen über ein automatisiertes System, das aus der Laserschneidmaschine greift, in einer Abkantpresse biegt und am Ende schweißt. Es ist eine Art Minifabrik. Im Vergleich zu dieser neuen automatisierten Einrichtung mit der alten Gerätekonfiguration konnte die Werkstatt tatsächlich rund 80 Prozent Platz einsparen. Und es ist eine 6.000 Quadratmeter große Zelle. Es ist kein kleiner Fußabdruck.

Fabelhaft:Gibt es irgendwelche Einschränkungen für eine automatisierte Zelle wie diese?

Rogers: Wenn es um die größeren Schweißkonstruktionen und die Schwerlastroboter geht, die diese Teile bewegen, müssen die Schweißkonstruktionen ziemlich gut befestigt werden und die Teile müssen wirklich konsistent sein. Wenn Sie diese großen Schweißteile auf einem stationären und robusteren 1- oder 2-Achsen-Positionierer platzieren würden, wäre das Ergebnis inkonsistenter. Um die Teilekonsistenz bei diesen inkonsistenten Teilen aufrechtzuerhalten, könnten Berührungssensorik oder Sicht- oder Laserverfolgung verwendet werden, aber das funktioniert nur bis zu einem gewissen Punkt. Ich kann nicht alles reparieren.

Es gibt also Einschränkungen, die durch die vorgelagerten Prozesse bestimmt werden. Wir fragen unsere Kunden: „Sind Ihre Teile beim Schweißen konsistent?“ Und sie antworten: „Ja, sie kommen beim Schweißen perfekt heraus.“ Dann müssen wir auf den Schweißbereich zeigen und fragen, warum der Schweißer zwei Vorschlaghämmer in seiner Zelle hat. Offensichtlich würden Sie diese wahrscheinlich nicht benötigen, wenn die Teile konsistent wären.

Die Kunden, die bereit sind, in die Verbesserung ihrer vorgelagerten Prozesse zu investieren, steigern am Ende des Tages tatsächlich ihren Durchsatz.

Fabelhaft: Welche Art von Person sollte mit der Leitung einer solchen automatisierten Schweißzelle beauftragt werden? Ist es ein Ingenieur, der Roboter programmiert, oder vielleicht ein Schweißer, der nach einer Veränderung sucht?

Rogers: Das ist eine tolle Frage. Was wir wirklich predigen, ist die Suche nach einem internen Champion. Finden Sie die Person, die seit 20 Jahren in der Anlage arbeitet und vielleicht etwas anderes als manuelles Schweißen machen möchte. Holen Sie sie an Bord und übertragen Sie ihnen die Verantwortung für den Betrieb der Zelle. Das System läuft von selbst. Die für die Zelle verantwortliche Person wird jedoch hilfreich sein, wenn es darum geht, der Schweißzellenmischung einen weiteren Teil hinzuzufügen und einen Teil der Fehlerbehebung durchzuführen, falls ein Problem auftritt. Wenn Sie die Bediener schulen und sie mit den Robotersystemintegratoren in Verbindung bringen können, die einen Teil der anfänglichen Programmierungseinrichtung durchführen, zeigt das dem Bediener, wie alles funktioniert.

So ist der Bediener bereits mit dem System vertraut, bevor es auf den Boden kommt. Die Hersteller, die bereit sind, diese Investition zu tätigen, haben großen Erfolg.

Fabelhaft:Sehen Sie einen Tag, an dem die Robotik so weit fortgeschritten ist, dass Materialtransportroboter in derselben Zelle mit menschlichen Schweißern eingesetzt werden können, ähnlich wie kollaborative Roboter, die Seite an Seite mit Menschen am Fließband arbeiten?

Rogers: Es gibt keinen Grund, warum Sie die kollaborative Robotertechnologie nicht nutzen könnten, um ein Teil für einen Schweißer anzubringen. Auf diese Weise ist der Schweißer nicht darauf angewiesen, das Teil in die richtige Position zu bringen oder die richtige Vorrichtung finden zu müssen, um sicherzustellen, dass sich das Teil in der richtigen Position befindet.

Das sehe ich kommen. Was wir in diesem Fall sehen müssen, ist, dass die Zahl der kollaborativen Roboter weiter steigen muss, was den Preis senken wird. Im Moment wären sie furchtbar teuer, aber wenn man 20 verschiedene Positionierer eliminieren könnte, wären sie vielleicht nicht so teuer.