Schwerpunkte

Mensch-Roboter-Kooperation

Wie BMW seine Mitarbeiter ergonomisch entlastet

13. April 2017, 10:05 Uhr   |  Günter Herkommer

Wie BMW seine Mitarbeiter ergonomisch entlastet
© Kuka

Für die Qualitätssicherung der Kurbelwellengehäuse sollte der Prozess im BMW-Werk Landshut teilautomatisiert werden. Der Auftrag an den Systemintegrator lautete: Entwicklung einer Anlage, in der Mensch und Roboter direkt zusammenarbeiten.

Das BMW-Werk Landshut unterhält eine der modernsten Leichtmetallgießereien der Welt. Ob Drei-, Vier- oder Sechszylinder-Motoren: Für sämtliche Modelle der BMW-Flotte werden hier die Kurbelwellengehäuse gefertigt. Bislang erfolgte die Qualitätsprüfung mittels eines ‚Rhönrads‘. Das Kurbelgehäuse wurde dabei mit Muskelkraft samt ‚Rhönrad‘ gedreht, um es so von allen Seiten auf Fehler zu untersuchen. Das Problem dabei: Das Rhönrad ist schwer. Zudem mussten sich insbesondere großgewachsene Arbeiter bei jedem Prüfvorgang bücken, was schädlich für die Rückenergonomie ist.

Dies war der ausschlaggebende Grund für das Vorhaben von BMW, den Prozess der Qualitätssicherung soweit wie möglich zu automatisieren. Soweit wie möglich deshalb, weil es bei der Qualitätssicherung weiterhin des geschulten Blicks der Mitarbeiter bedarf. Folglich lautete der Auftrag an den Augsburger  Systemintegrator MRK-Systeme, eine Anlage zu entwickeln, in der Mensch und Roboter direkt zusammenarbeiten. Das Ziel war letztlich eine Applikation, die die Mitarbeiter entlastet, einfach zu bedienen ist sowie die kurzen Taktzeiten einhält. „Die Anforderungen von BMW waren prädestiniert für den Einsatz von Robotern, da diese sehr flexibel einsetzbar sind. Bei Bauteil-Änderungen können sie zudem einfach per Punkt- oder Logikkorrektur mit dem Kuka SmartPAD umprogrammiert werden“, erklärt Mohre, verantwortlich für den Bereich Operations bei  MRK-Systeme und in dieser Funktion maßgeblich an der Installation der Automatisierung beteiligt. Kurzum: Die Mensch-Roboter-Kollaboration sollte für die ergonomische Entlastung der Mitarbeiter von BMW sorgen.

Mitarbeiter steuert den Roboter mit Joystick
© Kuka

Der Mitarbeiter steuert den Roboter mittels Joystick, um ...

Seit eineinhalb Jahren stehen nun zwei identische Applikationen mit jeweils einem Kuka-Roboter für Traglasten bis 210 kg aus der KR-Quantec-Serie vom Typ KR 210 R2900 prime K – das K steht für die Konsolen-Ausführung des Roboters – an der Produktionslinie im bayrischen Landshut. Jeweils ein Mitarbeiter steuert dabei mittels Joystick die Bewegungen des Roboters, um in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen.

Mitarbeiter kontrolliert die Bauteile auf Fehler
© Kuka

... dann in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen.

Über ein Förderband werden dabei alle produzierten Kurbelwellengehäuse zunächst in den Arbeitsbereich angeliefert. Je nach Bauart – sprich Drei-, Vier- oder Sechszylinder – wählt die überlagerte Steuerung das entsprechende Programm zur Bewegungs­steuerung des Roboters aus. Die jeweiligen Programme unterscheiden sich in der Lage des Greifpunktes, welcher je nach Kurbelgehäuse in Längsrichtung verschoben ist. Das stellt sicher, dass die Konturbacken des Greifers formschlüssig schließen können. Erreicht das Kurbelwellengehäuse den Arbeitsbereich des Roboters, steuert der Werker mittels Joystick dessen ­Bewegungen. „Im Zuge der Entwicklung der Joysticks war es wichtig, die Kanäle stufenlos zu programmieren und die Auslenkungsrichtung in einer intuitiven Anordnung für den Betreiber zu gestalten“, erklärt Mohre. Der ­Roboter bewegt sich dabei auf einer vorgegebenen Bahn zu dem Gehäuse, schließt den Greifer und reicht das Bauteil dem Werker. Damit der Ro­boter die vorgegebene Bahn beziehungsweise Bewegungsfahrt nicht ­verlässt, wurden mit Hilfe des Handprogrammiergerätes feste Raumpunkte auf der Kuka-Steuerung einprogrammiert, die ausgehend vom Roboter-Ursprung mittels einer Koordinate definiert sind.

Nun prüft der Arbeiter das Bauteil mittels Kaltlichtlampe auf Fehler. Währenddessen hält der Roboter das rund 30 kg schwere Bauteil sicher in der für den Mitarbeiter optimalen Höhe. Hat der Werker den Prüfvorgang abgeschlossen, fährt er den Roboter samt Gehäuse zurück zum Förderband und legt das Bauteil darauf ab. Beendet ist der interaktive Prüfvorgang mit einem Knopfdruck. Damit dokumentiert der Mitarbeiter, ob das Bauteil ‚in Ordnung‘ oder ‚nicht in Ordnung‘ ist.

Um die Sicherheit des Mitarbeiters bei der direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine zu gewährleisten, basiert das Anlagenkonzept auf drei voneinander unabhängigen Sicherheitsvorrichtungen:

  • einer Speicherprogrammierbaren Steuerung (Safe-SPS), die auch den Greifer mit seinen Funktionen Auf/Zu-Bewegung, Bremsentest und Bauteil-Erkennung sicher erkennt und steuert;
  • einer sicheren Robotersteuerung, die den Roboter nur bestimmte Geschwindigkeiten in definierten Arbeitsräumen ausführen lässt sowie
  • einem Zustimmtaster, welcher entsprechend der Roboterproduktnorm in dreistufiger zweikanaliger Technik ausgeführt sein muss.
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1. Wie BMW seine Mitarbeiter ergonomisch entlastet
2. Einfache Bedienung ein Muss
3. Sicherheit hat 'Prio 1'

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