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Nacharbeit

Robotersystem für eine genaue Kantenverrundung

| Autor/ Redakteur: Alexander Kuss / Frauke Finus

Scharfe Kanten an sicherheitskritischen Bauteilen führen zu einem erhöhten Nacharbeitsaufwand. Das Fraunhofer-IPA hat dafür jetzt ein Robotersystem entwickelt, mit dem Kanten automatisiert und hochgenau verrundet werden können, das vereinfacht die Nacharbeit.

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Bild 1: Eine hochgenaue Kantenverrundung mittels eines Robotersystems vereinfacht an komplexen Turbinenbauteilen die nötigen Nacharbeiten.
Bild 1: Eine hochgenaue Kantenverrundung mittels eines Robotersystems vereinfacht an komplexen Turbinenbauteilen die nötigen Nacharbeiten.
(Bild: Fraunhofer IPA)

Flexibilität, höchste Qualität und Reduktion von Nacharbeitsprozessen sind Themen, denen sich produzierende Unternehmen stellen müssen. Für die Nacharbeit an Bauteilkanten kommen bisher oft nur große Spezialanlagen oder zeitaufwendige manuelle Prozesse infrage. Zusammen mit dem Bereich Steam Turbines der Siemens AG am Standort Mülheim an der Ruhr hat das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung ein Robotersystem entwickelt, um flexibel und automatisiert Kanten an Turbinenwellen zu verrunden (Bild 1).

Durch den beweglichen Roboter können dabei zum einen schwer zugängliche Stellen erreicht werden. Zum anderen wird eine hohe und vor allem wiederholbare Qualität des Verrundungsprozesses sichergestellt. Durch intelligente Sensorik kann der Roboter die Kanten am Bauteil außerdem selbstständig erkennen und sich selbst programmieren. Durch die Verbindung von Sensorik und Software wird die Lage der Bauteilkanten exakt erkannt und automatisiert ein entsprechendes Roboterprogramm erzeugt. Hierbei werden Genauigkeiten von 0,1 mm erreicht. Robotersysteme, die hohe Genauigkeiten erreichen, indem sie durch Sensoren auf veränderliche Umgebungsbedingungen reagieren und automatisch aus CAD-Daten programmierbar sind, ermöglichen die wirtschaftliche Automatisierung auch bei kleinen Losgrößen und großen Bauteiltoleranzen.

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Roboter passt sich an Umgebung an, so entfällt manuelle Bauteil-Positionierung

Durch den großen Bewegungsraum des Roboters in Verbindung mit schlanken Endeffektor-Werkzeugen werden auch schwer zugängliche Stellen erreicht (Bild 2). Vor allem große Bauteile können oft nicht exakt positioniert werden. Daher passt beim vom Fraunhofer-IPA entwickelten Robotersystem eine Software zur Sen- sordatenauswertung das Bearbeitungsprogramm des Roboters immer der aktuellen Bauteillage an. Eine aufwendige Positionierung des Bauteils oder ein manuelles Einmessen entfällt.

Hierzu vermisst der Roboter das Bauteil berührungslos und findet die genaue Bauteillage durch einen Abgleich mit dem CAD-Modell des Bauteils. Danach wird ein an Bauteilposition und Bauteilgeometrie individuell angepasstes Roboterprogramm automatisch aus den CAD-Daten des Bauteils erstellt. Teure und unflexible Vorrichtungen und Gestelle zum Erreichen der notwendigen Genauigkeit werden durch einfach rekonfigurierbare Software ersetzt. Dies ermöglicht auch die einfache Integration des Robotersystems in eine bestehende Produktionslinie und sogar in vorhandene Fertigungsanlagen. Flexible Automatisierungslösungen für Nacharbeitsaufgaben, die in bestehende Fertigungslinien integriert werden können, werden in Zukunft immer wichtiger.

Durch die automatische Anpassung des Robotersystems an die zu bearbeitenden Bauteile ohne manuelle Programmieraufwände wird die entwickelte Technologie zudem auch für Anwendungsbereiche interessant, in denen eine Roboterlösung bisher nicht wirtschaftlich war. Die Forscher des IPA arbeiten daran, die gezeigte Technologie auf neue Anwendungsbereiche zu übertragen. Vor allem bei bahngeführten Prozessen wie dem Verrunden, Entgraten oder Bahnschweißen kann die hochgenaue Bauteillokalisierung und automatische Programmerzeugung eine wirtschaftliche und zukunftsorientierte Automatisierung ermöglichen.

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