Cobot-Schweißen ohne Robotikexpertise

Das Fraunhofer IPA hat gemeinsam mit Trumpf und Lorch eine Technologie entwickelt, die kollaborative Schweißroboter revolutioniert: Ein intelligentes Sensor-Add-on ermöglicht erstmals die vollautomatische initiale Planung der Roboterbahn ganz ohne vorherige
Programmierung. Mit dieser Lösung bewarb sich das Entwicklungsteam unter dem Projektnamen "TR4CE-Weld – Tracing in Realtime 4 Cobot-Enhanced Welding" für den diesjährigen "euRobotics Technology Transfer Award". Gestiftet vom europäischen Roboterverband euRobotics und jährlich verliehen auf dem European Robotics Forum, setzte sich die Bewerbung mit einem schriftlichen Teil und einem Vortrag direkt auf dem ERF, dieses Jahr im norwegischen Stavanger, durch. Der Award würdigt seit 2004 herausragende Leistungen beim Transfer von Robotiktechnologie aus der Forschung in die Industrie.

Die prämierte Lösung traf einen entscheidenden Marktbedarf, denn demografischer Wandel und Fachkräfteengpässe verschärfen den Mangel an qualifiziertem Schweißpersonal dramatisch. Automatisierung wird daher auch für kleinere Stückzahlen unverzichtbar, war aber bisher kaum wirtschaftlich umsetzbar – insbesondere in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). Die Kooperation zwischen Forschung und Industrie liefert hier eine praxisgerechte Antwort: Die Handhabung bleibt einfach und schnell – auch ohne tiefgreifendes Expertenwissen. Die Fachkraft positioniert den Roboter lediglich am Startpunkt der Naht. Ein vorgeschalteter Lasertriangulationssensor erfasst dann die Fügezone selbstständig. Die Software berechnet in Echtzeit Schweißbahn und Brennerausrichtung, sodass der Einsatz innerhalb weniger Sekunden beginnen kann. Der entscheidende Durchbruch: Während bisherige
Sensorik-Systeme lediglich vorprogrammierte Bahnen aufgrund von Toleranzen korrigieren, übernimmt die neue Entwicklung die komplette Erstprogrammierung. Abweichungen bei Folgebauteilen werden automatisch kompensiert. Diese Innovation erschließt die effiziente Produktion kleiner Losgrößen mit Cobots auf einem völlig neuen Niveau.

Beide Industriepartner haben Lizenzen erworben und bringen die Technologie bereits seit wenigen Jahren auf den Markt: Trumpf integrierte das System unter dem Namen "Smart Seam Tracking" in die prämierte Lichtbogen-Schweißzelle "TruArc Weld 1000". Lorch bietet die Erweiterung als "Seam Pilot" für seinen kollaborativen Schweißroboter an.

Bestätigung für intensive Forschungsarbeit

Für das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA ist die Auszeichnung eine Bestätigung für herausragende praxisnahe Forschung. Die technologischen Grundlagen für diesen Erfolg wurden im Rahmen des KI-Fortschrittszentrums "Lernende Systeme und Kognitive Robotik" mit Förderung des Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg gelegt. So konnte eine exemplarische Lösung entwickelt werden, die vielen Unternehmen einen Mehrwert bietet. Außerdem existiert zwischen dem Fraunhofer IPA und der Firma Trumpf bereits eine langjährige Kooperation im Rahmen des "S-TEC Lab Flexible Blechfertigung". Ziel dieser Zusammenarbeit ist es, Forschungsergebnisse erfolgreich in unternehmerische Anwendungen zu überführen. Im Rahmen dessen wurde auch der Transfer der prämierten Lösung ermöglicht.

Weiterentwicklung der Technologie

Das Team am Fraunhofer IPA arbeitet bereits an einem Transfer auf andere adaptive Roboterprozesse, am Mehrlagenschweißen und auch an der Integration von optischer Qualitätsprüfung in den Cobot. Interessierte Unternehmen mit entsprechenden Use Cases oder Fragestellungen können gern auf das Team des Fraunhofer IPA für einen "proof of concept" zugehen.