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Roboter programmiert sich selbst

10. Juli 2020, 12:00 Uhr | Inka Krischke

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Wie funktioniert das im Detail?

Vereinfacht gesagt wird das Werkstück auf einer Vorrichtung lose platziert oder – sofern nötig – fixiert, je nach Bauteil und Größe. Die Positionierung spielt keine Rolle, da der Roboter die Echtmaße erkennt. Zum Maßnehmen erhält er den Auftrag per Klick auf einem Touchscreen. Anschließend bewegt er sich über das Bauteil und liest dessen Maße und Lage mittels Laserscanner ein. Dieser Laserscanner wird fest an einer linearen Achse oder direkt am Roboter montiert. Während der Bewegung über das Bauteil wird ein präzises 3D-Model des Bauteils selbst erstellt, weshalb eine exakte Nullpunkt-Fixierung und ein Suchen der Nähte nicht erforderlich sind.
Das Ergebnis ist eine Punktwolke. Die IRPS-Basissoftware erkennt daraus eine in der Datenbank hinterlegte Bauteilform – zum Beispiel einen Doppel-T-Träger – und erstellt mittels algorithmischer Programme ein fertiges Roboterschweiß- und Bewegungsprogramm. Parallel wird das optometrische 3D-Scannerbild erzeugt und auf dem Touchscreen dargestellt.
Dieses 3D-Modell des Bauteils lässt sich am Monitor im Raum drehen, ähnlich wie bei CAD-Modellen. Die Darstellung dient zur Prüfung und eventuellen Änderung zum Beispiel von Schweißnähten, Schweißparametern oder Brennerstellung.

Die IRPS-Software funktioniert auch als übergeordnete Steuerung des Schweiß-roboters. Sie steuert den Prozessablauf, erstellt das Bewegungsprogramm für den Scan-Vorgang, erzeugt aus der erhaltenen 3D-Punktwolke nach dem Scan ein Modell des Bauteils und schreibt fertige Roboter-Schweiß- und -Bewegungsprogramme. Die Software ist per Lizenz an die IRPS-Hardware gekoppelt. Sie steuert einen 6-achsigen Roboter, eine lineare Zusatzachse und einen Scanner. Weitere Zusatzachsen, Roboter oder Scanner sind optional möglich.
Hat der Scan das Bauteil erkannt und die Schweißnähte grafisch platziert, gibt der Werker mit einem einzigen Klick auf den Touchscreen den kompletten Schweißvorgang frei. Detaillierte Roboter- und Schweißkenntnisse sind nicht erforderlich.

Aus der Theorie in die Praxis

Goldbeck nahm die IRPS-Anlage im Früh-jahr 2019 in Betrieb. Zum Startzeitpunkt war die Anlage konfiguriert mit dem Fokus auf Doppel-T-Träger mit einer Länge bis zu 3000 mm. Da diese Werk-stücke sehr schwer sind, wurde ein Drehtisch installiert; so kann ein Werkstück geschweißt und währenddessen ein fertiges Teil entnommen sowie ein neues Teil eingelegt werden. Drehpositionierer wenden die Träger in die optimale Schweißposition.

Der Laserscanner ist am Roboterarm montiert und der sechsachsige Roboter kann an einer Linearachse verfahren werden. Dadurch hat er einen maximalen Arbeitsraum. Das Werkstück wird vom Drehpositionierer entlang der Längs-achse leicht über Eck gedreht. IRPS scannt daher zunächst zwei von oben sichtbare Seiten des Werkstücks und erzeugt nicht nur das Schweißprogramm, sondern auch die für das optimale Schweißen notwendigen Lagever-änderungen für den Drehpositionierer. Sind die sichtbaren und erreichbaren Ebenen geschweißt, wird das Werkstück automatisch um 180° gewendet und erneut gescannt. Dann folgt der Schweißvorgang für die beiden weiteren Seiten. Es wird eine immer wieder reproduzierbare Schweißqualität erzielt.
»Neben diesem einfachen Ablauf hat uns überzeugt, dass IRPS lernfähig ist und damit eine Art Künstlicher Intelligenz besitzt«, so Christian Schneider. »Bauteile, die das System einmal erkannt hat, werden ebenso wie die dazu verwendeten Schweißparameter in einer Parameterdatenbank abgelegt und müssen beim nächsten vergleichbaren Werkstück nicht mehr neu erlernt werden. Die Treffergenauigkeit hinsichtlich vorgeschlagener Schweißstellen und Nahtausführung war von Anfang an hoch.«

Zusammengefasst ermöglicht IPRS eine reproduzierbare hohe Nahtqualität und die Möglichkeit, Bauteile gegenüber manuellem Schweißen in einem Zug zu schweißen. Die Anlage ist rentabler, weil sie ohne Pause auch im Mehrschicht-betrieb einsetzbar ist, und weil es zudem keines Programmierers bedarf, um Programme anzupassen. Die Effizienzsteigerung mit IRPS führte bei Goldbeck zu der Idee, die Produktfamilien um mehrere automatisch schweißbare Baugruppen zu erweitern und damit das Fertigungs-
spektrum dieses IRPS-Schweißroboters zu vergrößern.