Cobots, oder kollaborative Roboter, sind Roboter, die dafür entwickelt wurden, mit und um Menschen herum zu arbeiten. Wie alle Roboter ermöglichen Cobots eine effizientere und präzisere Ausführung sich wiederholender Aufgaben.
Wenn Sie einen Cobot in Betracht ziehen, um die Schweißproduktivität und -sicherheit in Ihrem Betrieb zu steigern, lesen Sie weiter, um alles zu erfahren, was Sie wissen müssen, um mit einer Cobot-Lösung für das Laserschweißen zu beginnen.
Was ist ein Schweiß-Cobot?
Cobots werden zwar für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt, aber vor allem in der Fertigung und Produktion, beispielsweise beim Schweißen, haben sie einen enormen Aufschwung erlebt. Cobots für Schweißarbeiten kombinieren einen mehrachsigen Roboterarm mit einem Schweißbrenner und einer Stromquelle und sind in der Lage, viele Schweißarbeiten auszuführen. Cobot-Arme können auf verschiedene Weise montiert werden, aber Schweiß-Cobots werden in der Regel auf einem Tisch oder Wagen mit einer Fläche zur Befestigung von Werkstücken montiert.
Schweiß-Cobots können dieselben Handschweißverfahren wie menschliche Schweißer anwenden, darunter Laserschweißen, MIG- und WIG-Schweißen, Ultraschallschweißen, Plasmaschweißen und Punktschweißen. Die Wahl des idealen Schweißverfahrens ist bei der Auswahl eines Cobot-Schweißsystems von entscheidender Bedeutung, da viele der Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren unabhängig vom Grad der Schweißautomatisierung bestehen bleiben.
Was sind die Vorteile des Laserschweißens?
Laserschweißen ist ein Verfahren, bei dem die Energie eines Laserstrahls in Form von Wärme übertragen wird, um Teile zu verschmelzen oder zu verbinden. Laserschweißen, egal ob handgeführt, vollautomatisiert oder in einen Cobot integriert, bietet eine Reihe bedeutender Vorteile.
Präzision und Wiederholbarkeit
Das Laserschweißen ist äußerst präzise und liefert von Schweißnaht zu Schweißnaht konsistente Ergebnisse. Als berührungsloses Verfahren unterliegt das Laserschweißen im Laufe der Zeit praktisch keiner Verschlechterung der Schweißqualität. Die Präzision des Laserschweißens passt hervorragend zu Cobots, da sowohl der Prozess als auch die Bewegung in hohem Maße kontrolliert und wiederholbar sind.
Hitze & Verzerrung
Das Laserschweißen leitet die Wärme sehr präzise und erzeugt deutlich kleinere Wärmeeinflusszonen als alternative Schweißverfahren. Da beim Laserschweißen nur minimale Wärme auf das umgebende Material übertragen wird und die Verformung des Werkstücks stark reduziert wird, eignet es sich hervorragend für empfindliche Bauteile und dünnere Materialien.
Flexibilität
Laserschweißen kann mit und ohne Schutzgas sowie bei einer Vielzahl von Werkstoffen und Dicken durchgeführt werden. Stähle, Edelstähle, Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Messing und unterschiedliche Werkstoffe eignen sich hervorragend für das Laserschweißen.
Schweißgeschwindigkeit
Bei vielen Anwendungen ist das Laserschweißen deutlich schneller als alternative Schweißverfahren. Dieser Vorteil kommt vor allem in vollautomatischen Systemen zum Tragen, aber auch bei Handgeräten und Cobot-Anwendungen profitieren Anwender von den höheren Schweißgeschwindigkeiten. Das Laserschweißen hat sich vor allem deshalb so weit verbreitet, weil es bis zu viermal schneller ist als alternative Verfahren wie das WIG-Schweißen.
Schweißqualität
Laserschweißen erzeugt außergewöhnlich hochwertige Verbindungen mit hervorragender optischer Oberfläche und mechanischen Eigenschaften. Laser können je nach Einstellung der Laserparameter sowohl schmale als auch breite Schweißnähte erzeugen und können mit Drahtvorschubgeräten verwendet werden, um größere Schweißperlen zu erzeugen und breitere Spalten zu füllen. Laserschweißnähte erfordern oft keine oder nur minimale Nachbearbeitung, abgesehen von einem kurzen Bürstenstrich, was den Aufwand für mühsame Handarbeit weiter reduziert und die Produktivität erhöht.
Schweißnahtreinigung
Laser werden über das Schweißen hinaus für eine Vielzahl von Aufgaben in der Fertigung und Materialbearbeitung eingesetzt. Die Laserreinigung ist eine solche Anwendung, die aufgrund ihrer Schnelligkeit und Flexibilität stark an Beliebtheit gewonnen hat. Einige Laserschweißsysteme bieten eine Reinigung vor dem Schweißen, um die Porosität der Schweißverbindung aufgrund von Verunreinigungen zu minimieren, während die Reinigung nach dem Schweißen die Notwendigkeit langsamerer Reinigungsmethoden wie Strahlen, Beizpaste und Schleifen reduziert oder eliminiert. Diese Laserreinigungsfunktionen werden vom gleichen Laser wie die Schweißfunktionen angetrieben und sind durch einen einfachen Wechsel der Brennerdüse zugänglich.
Welche Anwendungen eignen sich gut für Schweiß-Cobots?
Die Wahl zwischen einem Handlaserschweißgerät, einem vollautomatischen Laserschweißgerät oder einer Zwischenlösung ist eine wichtige Entscheidung, insbesondere für kleinere Fertigungsbetriebe und Werkstätten. Es gibt zwar eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen, aber einer der wichtigsten ist die Art der Anwendungen, Projekte und Teile, mit denen Sie voraussichtlich zu tun haben werden.
Letztendlich sind Laserschweiß-Cobots eine Form der Automatisierung – sie schließen zwar die Lücke zwischen menschlichen Schweißern und traditionellen Robotersystemen, doch Automatisierung ist am effektivsten, wenn es um die Ausführung sich wiederholender Aufgaben geht.
Die beiden Hauptvorteile eines Cobots sind Produktivität und Konsistenz. Sobald einem Schweiß-Cobot beigebracht wurde, wie man eine Schweißnaht herstellt, kann er dies praktisch perfekt (und schnell) immer wieder tun. Dies gilt unabhängig davon, ob dem Cobot 10 oder 100 Schweißaufgaben beigebracht wurden. Schweiß-Cobots glänzen besonders bei der Ausführung sich wiederholender Schweißarbeiten in Fertigungsumgebungen mit hoher Produktvielfalt und geringen Stückzahlen.
Wiederholte Schweißarbeiten können in vielen Formen auftreten. Einerseits eignen sich kleine Teile, die eine einzige Schweißnaht erfordern, gut für einen Schweiß-Cobot, da mehrere Teile an einer Schweißfläche befestigt und als Teil eines einzigen Programms bearbeitet werden können. Andererseits sind auch größere Teile, die mehrere Schweißnähte erfordern, wie beispielsweise Fahrzeugsitze, oft hervorragende Kandidaten für Schweiß-Cobots. Dank ihrer Flexibilität und einfachen Programmierbarkeit können Schweiß-Cobots an einem Tag ein Projekt bearbeiten und am nächsten Tag nahtlos zu einem anderen Projekt übergehen.
Das Gleiche gilt natürlich auch für menschliche Schweißer. Allerdings können selbst die besten Schweißkenntnisse und die größte Erfahrung Fehler, Unvollkommenheiten und Unregelmäßigkeiten nicht vollständig ausschließen. Wenn eine Schweißnaht nach exakten Vorgaben hergestellt werden muss und Ungenauigkeiten zusätzliche Nachbearbeitungsschritte, Nacharbeiten oder Ausschuss bedeuten, kann ein Schweiß-Cobot die Lösung sein.
Schweißautomatisierung und der Mangel an Schweißfachkräften
Es ist kein Geheimnis, dass der Schweißberuf in den letzten Jahren mit einigen Herausforderungen konfrontiert war, da es deutlich schwieriger geworden ist, qualifizierte Schweißer zu finden, einzustellen und zu halten. Die American Welding Society geht davon aus, dass es bis 2028 mehr als 300.000 offene Stellen im Schweißbereich geben wird, basierend auf den aktuellen offenen Stellen, dem Branchenwachstum und der zu erwartenden Fluktuation aufgrund von Schweißern, die in den Ruhestand gehen. Hersteller, die wettbewerbsfähig bleiben wollen, müssen Maßnahmen ergreifen, um ihre Produktivität aufrechtzuerhalten.
Obwohl es sich um eine Form der Schweißautomatisierung handelt, ist es wichtig zu verstehen, dass Schweiß-Cobots nicht als Ersatz für qualifizierte menschliche Schweißer gedacht sind. Das Gegenteil ist der Fall: Per Definition sind kollaborative Roboter darauf angewiesen, dass Menschen sie trainieren und mit ihnen zusammenarbeiten. Selbst wenn dies nicht der Fall wäre, sind Schweiß-Cobots nicht für jede Anwendung perfekt geeignet, beispielsweise wenn Teile ungleichmäßig passen oder besondere Aufmerksamkeit oder Sorgfalt erfordern.
Schweiß-Cobots bieten jedoch eine überraschend kostengünstige und einfach zu integrierende Möglichkeit, den Schweißdurchsatz und die Produktivität zu steigern. Die mit einem Cobot erreichbare Geschwindigkeit und Konsistenz ermöglicht es erfahrenen Schweißern, mehr zu leisten, während sie gleichzeitig weniger ermüden und sich auf anspruchsvollere Aufgaben konzentrieren können, anstatt repetitive Arbeiten auszuführen. Durch die Steigerung der Produktivität der Schweißer und die Verringerung des Zeitaufwands für Routinearbeiten tragen Schweiß-Cobots dazu bei, dass Hersteller wettbewerbsfähig bleiben und der Beruf des Schweißers attraktiver wird.
Wie programmiert man einen Schweiß-Cobot?
Die wichtigste Art und Weise, wie menschliche Schweißer mit einem Schweiß-Cobot interagieren, besteht darin, ihn für die Durchführung von Schweißarbeiten zu programmieren. Die Programmierung ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal zwischen Cobots und herkömmlichen Industrierobotern. Herkömmliche Roboter erfordern in der Regel Mitarbeiter mit Erfahrung in der Roboterprogrammierung – und selbst dann ist der Prozess meist komplex und zeitaufwändig. Im Vergleich dazu können Schweiß-Cobots von Bedienern ohne Programmiererfahrung in nur wenigen Minuten programmiert werden.
Obwohl Cobots mit herkömmlichem G-Code programmiert werden können, ist dies in der Regel nicht erforderlich. Die gängigste Methode zur Programmierung eines Schweiß-Cobots ist das Teach-by-Touch-Verfahren. Teach-by-Touch bezeichnet das manuelle Führen des Roboterarms durch die einzelnen Schritte des Schweißvorgangs, bevor das Programm gespeichert wird. Bei dieser Art der Erstellung des Schweißbewegungsprofils werden Wegpunkte wie der Start- und Endpunkt der Schweißnaht festgelegt. Schweiß-Cobots können manuell programmiert werden, indem der Arm von Hand bewegt oder mit einem Handbediengerät gesteuert wird.
Die Programmierung eines Schweiß-Cobots umfasst jedoch mehr als nur die Ausführung der Bewegungen. Die meisten Schweiß-Cobots verfügen über eine Software, auf die über eine Steuerung zugegriffen werden kann und mit der Bediener Schweißparameter definieren können. Im Fall des LightWELD® Cobot-SystemParameter wie Laserleistung, Nahtbreite, Schweißart und Material werden definiert und genaue Schweißschritte werden mithilfe einer visuellen Programmiersprache festgelegt.
Sobald ein Auftrag programmiert wurde, lassen Bediener den Cobot in der Regel mit ausgeschalteter Laserleistung das Programm durchlaufen, um sicherzustellen, dass sich der Cobot wie vorgesehen verhält, bevor sie den eigentlichen Auftrag ausführen. Laserschweiß-Cobots können viele verschiedene Programme und voreingestellte Parameter speichern, die bei Bedarf abgerufen werden können, sobald der Bediener mit den Ergebnissen zufrieden ist.
Sind Cobots für das Laserschweißen sicher?
Sicherheit ist sowohl bei Schweiß-Cobots als auch bei Laserschweißlösungen ein vorrangiges Anliegen. Die Sicherheit von Bedienern und Umstehenden zu gewährleisten, ist einfacher als man denkt, erfordert jedoch dennoch PSA und Integrationsüberlegungen.
Beginnen wir mit den Cobots selbst. Als Roboter, die für die Arbeit in unmittelbarer Nähe zu menschlichen Mitarbeitern konzipiert sind, sind Cobots in der Regel mit einer Vielzahl von Sicherheitsfunktionen ausgestattet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern, die oft einen Käfig benötigen, um sicherzustellen, dass sie nicht mit Hindernissen in Berührung kommen, sind Cobots in ihrer Leistung und Kraft begrenzt, sodass sie sich nicht schnell genug bewegen, um Verletzungen zu verursachen. Bei einer Kollision mit einem Hindernis stoppt ein Schweiß-Cobot sofort seine Bewegung und schaltet die Schweißleistung ab. Cobots sind in der Regel mit einer abgerundeten Geometrie und ohne Quetschstellen konstruiert.
Laserschweißen erfordert wie jede andere Art des Schweißens Sicherheitsmaßnahmen. Eine persönliche Schutzausrüstung für Schweißer ist erforderlich und sollte hitzebeständige Handschuhe und Kleidung sowie einen Augenschutz umfassen. Während des Laserschweißens sind Laserschutzbrillen mit einer optischen Dichte (OD) von mehr als sechs bei 1070 nm die Mindestanforderung für alle Personen, die Sichtkontakt zum Schweißbrenner haben. Für Schweißer, die sich näher an der Schweißstelle befinden, ist zusätzlich ein Laserschutzhelm erforderlich. Auch die Rauchentwicklung muss berücksichtigt werden. Eine ausreichende Rauchabsaugung kann einen speziellen Rauchabsauger und Atemschutzgeräte erfordern, wenn der Schweißbereich nicht über eine ausreichende Belüftung verfügt.
Der Standort, an dem der Laserschweiß-Cobot installiert wird, muss ebenfalls berücksichtigt werden. Einige Laserschweiß-Cobots verfügen über verriegelbare Gehäuse, die bei eingeschaltetem Laser geschlossen werden können – dank dieser Option kann das System praktisch überall installiert werden. Laserschweiß-Cobots ohne integrierte Gehäuse müssen in einer geschlossenen Umgebung mit lasersicheren Wänden, verriegelbaren Türen und Sicherheitsschildern installiert werden. Bei der Integration einer Laserlösung sollte ein bestimmter Mitarbeiter als Lasersicherheitsbeauftragter (LSO) fungieren, der dafür sorgt, dass die besten Praktiken für Lasersicherheit eingehalten werden.
Wie viel kosten Cobots für das Laserschweißen?
Die Kosten sind einer der wichtigsten und attraktivsten Aspekte eines Laserschweiß-Cobot-Systems. Herkömmliche Roboterlösungen sind in der Regel sehr teuer und erfordern sowohl viel Platz als auch komplexe Integrationsmaßnahmen. Schweiß-Cobots sind kompakt, einfach einzurichten und zu integrieren und in der Regel wesentlich kostengünstiger als ihre herkömmlichen Pendants. Obwohl Laserschweißlösungen von vielen als teuer angesehen werden, sind Laserschweiß-Cobots in etwa genauso teuer wie alternative Schweiß-Cobot-Systeme.
Erste Schritte mit einer Laserschweiß-Cobot-Lösung
Die Implementierung einer Cobot-Lösung für das Laserschweißen kann einschüchternd wirken, insbesondere für diejenigen, die keine Erfahrung mit Automatisierung oder Laserschweißen haben. Glücklicherweise stehen Ihnen die Laserschweißexperten von IPG gerne zur Seite. Der Einstieg ist ganz einfach: Senden Sie uns ein Muster, besuchen Sie eines unserer weltweiten Anwendungslabore oder teilen Sie uns einfach Ihre Anwendung mit.
