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Symbiotic Human-Robot Solutions for Complex Surface Finishing Operations

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Roboter verbessern Endbearbeitung von komplexen Freiformoberflächen

Nahezu alle industriellen Fertigungssektoren bauen nach wie vor auf manuelle Oberflächenbearbeitung. Dank bahnbrechender Roboter-‚Zellen‘ werden Menschen und Roboter bald zusammenarbeiten, um die Arbeit schneller, besser und kostengünstiger zu erledigen.

Digitale Wirtschaft
Industrielle Technologien

Industrieroboter sind weit verbreitet. Sie können einfache, sich wiederholende Aufgaben schnell erledigen, auch wenn hohe Präzision und hohe Zuverlässigkeit erforderlich sind. Wenn es jedoch um die Endbearbeitung komplexer Metalloberflächen in freier Form geht, wird heute noch immer 90 % der Arbeit manuell ausgeführt. Mehr als 95 % der rund 7 000 Unternehmen weltweit in diesem Bereich sind kleine und mittelgroße Unternehmen. Europäische Unternehmen sind aufgrund der Lohnungleichheit im Vergleich zu China, Indien und Brasilien im Nachteil, wenn es um arbeitsintensive Tätigkeiten geht. Fünfzehn Teams aus Wissenschaft und Industrie in fünf europäischen Ländern haben an dem EU-finanzierten SYMPLEXITY-Projekt mitgearbeitet, um dieses Problem anhand von sicheren Systemen, in denen Mensch und Roboter zusammenarbeiten, zu lösen. Partnerschaftliche Identifikation kritischer Oberflächenfunktionen Im Hinblick auf die Werkzeug- und Formenbauindustrie konzentrierte sich SYMPLEXITY auf drei breit genutzte Bearbeitungstechniken: Schleifbearbeitung, Flüssigkeitsstrahlpolieren und Laserstrahlpolieren. Eine der größten Schwierigkeiten bei der Automatisierung der Endbearbeitung von komplexen Freiformen ohne menschliche Augen und Hände besteht darin, die Oberflächeneigenschaften des Produktes vor, während und nach der Verarbeitung zu verstehen. Um diese beachtliche Hürde zu überwinden, haben Wissenschaftler Sensor- und Messtechnik für die automatisierte, objektive Erkennung von Oberflächeneigenschaften entwickelt. Mathematische Daten, die der Roboter in Berechnungen verwendet, werden in einer Datenbank gespeichert, wo auch der menschliche Betreiber darauf zugreifen kann. Für alle, die sich nicht für Maschinen und Messtechnik begeistern, ändert SYMPLEXITY alles. Wissenschaftler haben HoloLens von Microsoft genutzt, um gemessene Daten und Parameter mittels erweiterter Realität in 3D auf das eigentliche Teil zu legen. Das macht nicht nur Spaß, sondern sollte auch zu schnelleren, einfacheren und effektiveren Entscheidungen hinsichtlich Überarbeitungen und Mängeln führen. Symbiotische Beziehungen zwischen Mensch und Roboter SYMPLEXITY produzierte einen leichten und einen partnerschaftlichen Roboter in Industriequalität. Ersterer kann eigenständig Prozesse wie automatisiertes Laserstrahlpolieren, automatisierte Oberflächenmessungen und Reinigung durchführen. Entsprechend kann er vom Betreiber als flexibles Bearbeitungssystem für Überarbeitungen eingesetzt werden. Das zweite Vorführmodell stellt das Konzept einer rekonfigurierbaren Roboterzelle vor. Es basiert auf der konventionellen computerisierten numerischen Steuerung (CNC), einem computergestützten Design-Protokoll (CAD) für die Konvertierung von räumlichen oder geometrischen Designs in numerische Darstellungen. Dies hat SYMPLEXITY mit Technologien für Schleifbearbeitung, Flüssigkeitsstrahlpolieren und einem optischen Oberflächenmesssystem verbunden. Die modulare Konfiguration der Roboterzelle ermöglicht getrennte Bearbeitungsverfahren oder die sich ergänzende Verwendung von beiden. Projektkoordinator Sebastian Hähnel erklärt: „Durch die Schleifbearbeitung sind relativ hohe Zerspanraten möglich, während Flüssigkeitsstrahlpolieren aufgrund von weniger Einschränkungen der Baugröße des Werkzeugs eine bessere Zugänglichkeit des Werkzeugs ermöglicht.“ Die automatisierte Programmierung der Poliervorgänge und die flexible Steuerung der Maschinenparameter wie der angewandten Kraft führen dazu, dass beim Halten des Werkzeugs die Haptik sehr realistisch ist. Wichtig ist, dass die Roboterzelle das maschinelle Lernen sowohl durch Robotererfahrung als auch durch menschliches Wissen unterstützt. Autonome Bearbeitung komplexer Oberflächen in Sicht Hähnel meint: „Eines der Highlights des Projekts war die Möglichkeit, das SYMPLEXITY-Projekt mit der rekonfigurierbaren Roboterzelle bei der Automatica 2018 in München vorzustellen. Das Konzept weckte sehr viel Interesse und führte zu neuen Beziehungen zu Kunden und potenziellen künftigen Projektpartnern.“ Die SYMPLEXITY-Lösungen verbinden Menschen, Daten und Maschinen. Die Fertigungswerkzeuge und Qualitätskontrollsysteme, die Mensch und Roboter symbiotisch vereinen, versprechen, 80 % der derzeit noch manuell ausgeführten Polierarbeiten in die autonome Roboterkontrolle zu übergeben. Dadurch erhalten europäische Werkzeug- und Formenbauunternehmen einen Wettbewerbsvorteil gegenüber Ländern, die auf günstigere Arbeitskräfte angewiesen sind, um die Produktpreise niedrig zu halten.

Schlüsselbegriffe

SYMPLEXITY, Roboter, Polieren, automatisiert, Roboterzelle, manuell, partnerschaftlich, industriell, Oberflächenbearbeitung, symbiotisch, rekonfigurierbar, Metrologie, HoloLens

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