Die kontinuierlichen Fortschritte in der Automatisierung verändern die Fertigung weiterhin, indem sie die Qualität verbessern, die Produktivität steigern und die Kosten senken. Die Kosten, die Komplexität und der große Platzbedarf herkömmlicher Automatisierungssysteme machen sie jedoch für kleinere Betriebe oft unrentabel.
Nun sind kollaborative Roboter, kurz Cobots, auf den Plan getreten, um die Automatisierung für Hersteller mit kleineren Stückzahlen zugänglicher zu machen. Diese Systeme bieten viele der wesentlichen Vorteile herkömmlicher Automatisierungssysteme, sind jedoch kostengünstiger, kompakter und einfacher zu programmieren und zu bedienen als komplexere Lösungen.
Laserschweiß-Cobots bieten ein besonders überzeugendes Wertversprechen. Durch die Kombination der inhärenten Präzision und Geschwindigkeit des Laserschweißens mit automatisierten Bewegungen können sie die Schweißproduktivität erheblich steigern.
Aber wie identifiziert man die richtige Aufgabe für einen Laserschweiß-Cobot und integriert ihn erfolgreich? Hier gehen wir die wichtigsten Überlegungen durch, um einen Cobot zu identifizieren, zu spezifizieren und erfolgreich in Ihrem Betrieb einzusetzen.
Die richtige Anwendung finden
Welche Anwendungen können von einem Cobot profitieren?
Cobots eignen sich am besten für Anwendungen mit moderaten Produktionsmengen, sowohl für größere Baugruppen, die mehrere Schweißnähte erfordern, als auch für Anordnungen kleinerer Teile. Gute Schweiß-Cobot-Anwendungen umfassen häufig Aufgaben, bei denen manuelles Schweißen ungleichmäßig oder zeitaufwändig ist, eine vollständige industrielle Automatisierung jedoch nicht gerechtfertigt ist.
Wie jede Form der Automatisierung funktionieren Cobots am besten, wenn der Prozess von Teil zu Teil nicht wesentlich variiert. Das bedeutet konsistente Teilabmessungen, wiederholbare Befestigungen und vorhersehbare Schweißbahnen. Wenn Sie regelmäßig die gleichen Baugruppen schweißen und die Konsistenz und Produktivität verbessern möchten, könnte ein Cobot das richtige Werkzeug sein.
Das bedeutet jedoch nicht, dass Laserschweiß-Cobots für kleinere Chargen und Einzelaufträge nicht nützlich sind. Dank der relativ einfachen Programmierung kann ein Laserschweiß-Cobot bei kleinen Stückzahlen die gewünschten Ergebnisse erzielen, was für einen herkömmlichen Schweißroboter praktisch unmöglich ist.
Geradlinige Schweißnähte, Rundnähte und kleine Radien liegen alle im Leistungsbereich von Cobots. Tatsächlich kann jede Art von komplexer oder komplizierter Schweißbahn, die von Hand schwer auszuführen ist, von einem Cobot besser ausgeführt werden.
Allerdings können Arbeiten mit unregelmäßigen oder verzogenen Teilen, die schlecht zusammenpassen, Probleme verursachen. Das liegt daran, dass das Laserschweißen in Bezug auf die Passgenauigkeit im Allgemeinen anspruchsvoller ist als das Lichtbogenschweißen. Drahtgeführte Anwendungen sind etwas toleranter, aber das autogene Laserschweißen erfordert in der Regel Spaltgrößen von weniger als einem Millimeter.
Der erste Schritt bei der Bewertung eines Cobots besteht darin, sowohl die technische Eignung als auch den betrieblichen ROI zu beurteilen. Wiederholt sich der Prozess häufig genug, um eine Automatisierung zu rechtfertigen? Sind Schweißqualität und -konsistenz ein Problem oder ist die Verfügbarkeit von Arbeitskräften ein Schwachpunkt? Kann die Befestigung standardisiert werden? Wenn die Antworten „Ja” lauten, könnte ein Laserschweiß-Cobot Ihren Arbeitsablauf rationalisieren und Ihren Output verbessern, ohne die Kosten einer herkömmlichen Automatisierung zu verursachen.
Sicherheitshinweise
Da Cobots speziell für häufige Interaktionen mit Menschen konzipiert sind, unterscheiden sich ihre Sicherheitsanforderungen erheblich von denen herkömmlicher Robotersysteme. Dies gilt insbesondere für Laserschweißanwendungen.
Laserschweiß-Cobots gibt es in zwei Grundkonfigurationen – offen und geschlossen. Der gewählte Typ hat direkten Einfluss auf die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen und Schutzausrüstung.
In einer geschlossenen Anlage mit integrierter Einhausung sind der Cobot und der Schweißprozess vollständig in einem Schrank oder einer Zelle untergebracht. Diese Einhausungen sind in der Regel verriegelt, sodass sich der Laser automatisch abschaltet, wenn eine Tür geöffnet wird.
Dieses Gerät wird allgemein als Lasersystem der Klasse I eingestuft, was bedeutet, dass der Laser unter normalen Betriebsbedingungen als sicher gilt und keine spezielle PSA erforderlich ist. Eine integrierte Rauchabsaugung ist ebenfalls enthalten, die dabei hilft, den beim Schweißen entstehenden Rauch oder Partikel zu beseitigen.
Ein offenes Cobot-System verfügt über keine integrierte Abschirmung und muss daher hinter laserklassifizierten Barrieren oder Vorhängen positioniert werden, um Mitarbeiter in der Nähe vor direkten oder reflektierten Strahlen zu schützen. Diese Aufstellungen werden als Lasersysteme der Klasse IV klassifiziert.
Bei offenen Laserschweiß-Cobot-Anlagen laden und positionieren die Bediener in der Regel das Teil und starten dann den Schweißzyklus, bevor sie zurücktreten oder sich hinter eine Barriere begeben, während der Laser aktiv ist. Es ist sicher, während des Schweißens in der Nähe des Cobots zu bleiben, sofern die richtige PSA getragen wird – mindestens eine Laserschweißbrille und möglicherweise ein Laserschweißhelm und flammhemmende Kleidung –, aber in der Regel nutzen die Bediener die Gelegenheit, sich auf andere Arbeiten zu konzentrieren, während der Cobot einen Zyklus durchführt.
Mehrere Faktoren, darunter Kosten, Produktionsvolumen und insbesondere die Effizienz der Arbeitsabläufe, beeinflussen die Entscheidung zwischen einem geschlossenen und einem offenen Cobot.
Wenn der Platz begrenzt ist oder Sie sich nicht sicher sind, wie Sie die richtigen Sicherheitsprotokolle umsetzen sollen, kann ein geschlossener Cobot die Installation erheblich vereinfachen und beschleunigen.
Wenn Ihr Betrieb Wert auf schnellen Teilewechsel und ununterbrochenen Zugang legt, ist ein offenes System möglicherweise einem geschlossenen System vorzuziehen, bei dem eine Tür geöffnet werden muss, um Zugang zu den Teilen zu erhalten. Offene Systeme bieten außerdem einen maximalen Bewegungsbereich für den Cobot-Arm, was beim Schweißen größerer, komplexerer Teile ein wichtiger Faktor ist.
Planung der Cobot-Installation
Bei der Auswahl des richtigen Standorts für Ihren Laserschweiß-Cobot geht es um mehr als nur darum, freien Platz zu finden. Um erfolgreich zu sein, muss das System nahtlos in Ihre Produktion integriert werden.
Idealerweise sollte der Cobot so platziert werden, dass er eine effiziente Teilebewegung innerhalb des Prozessablaufs unterstützt, die Transportzeit minimiert und den bestehenden Betrieb nicht stört.
Laserschweiß-Cobots sind relativ kompakt und viele sind mit Rollen ausgestattet, die einen flexiblen Einsatz ermöglichen. Im täglichen Gebrauch werden sie jedoch in der Regel nicht häufig bewegt, insbesondere wenn sie an ein festes Absaugsystem angeschlossen sind. Am besten platzieren Sie das Gerät an einem Ort, an dem es stehen bleiben und effizient arbeiten kann.
Die Stromversorgung ist unkompliziert: Die meisten Cobot-Systeme werden mit Standard-120-Volt-Strom betrieben, während die Laserschweißeinheit selbst möglicherweise 208 Volt Einphasen-Strom benötigt. Auch hier ist in der Regel eine Rauchabsaugung erforderlich, was eine spezielle Absauganlage bedeuten kann, um eine sichere und konforme Arbeitsumgebung zu gewährleisten.
Die richtige Größe für Cobots auswählen
Zur Auswahl des richtigen Cobot-Systems gehört auch die Wahl der richtigen Armgröße. Ein zu kleiner Cobot kann Ihren Schweißbereich einschränken, da er die Teile einfach nicht erreichen kann oder eine umständliche Positionierung der Teile erfordert. Ein zu großer Arm kann unnötig Platz beanspruchen und zusätzliche Kosten verursachen.
Das IPG LightWELD Cobot-System kann mit zwei Cobot-Armgrößen mit einer Reichweite von entweder 1370 mm oder 1620 mm ausgestattet werden.
Beginnen Sie mit einer einfachen „Reichweitenstudie”. Dazu müssen Sie die Geometrien Ihrer Teile und die Schweißstellen kartieren, um sicherzustellen, dass der Cobot alle Verbindungsstellen innerhalb seines Bewegungsbereichs – sowohl linear als auch winklig – problemlos erreichen kann. Einige Anbieter bieten virtuelle Simulationswerkzeuge an, mit denen Sie die Reichweite in einer digitalen Umgebung visualisieren und validieren können, bevor Sie das System kaufen oder installieren.
Es ist auch ratsam, die Zukunftssicherheit zu berücksichtigen, falls sich die Größe oder Konfiguration Ihrer Teile und Baugruppen in Zukunft ändern sollte.
Voraussetzungen für den Erfolg von Cobots
Einer der wichtigsten Vorteile von Cobots für das Laserschweißen ist ihre benutzerfreundliche Oberfläche. Trotz ihrer relativ einfachen Handhabung ist die Integration von Cobots jedoch nicht völlig narrensicher.
Häufig beginnen die effektivsten neuen Laserschweiß-Cobot-Einsätze damit, einen internen „Verantwortlichen“ für das System zu benennen. Dabei handelt es sich um eine Person in Ihrem Betrieb, die nicht nur weiß, wie man das System bedient, sondern auch motiviert ist, sich für die Technologie einzusetzen.
Der Besitzer dieser Technologie muss kein Robotik-Experte sein. Er sollte jedoch technisch versiert sein und bereit sein, Verantwortung für die Programmierung und Überwachung zu übernehmen.
Grundlegende Vorgänge wie das Be- und Entladen von Teilen können in der Regel vom regulären Produktionspersonal durchgeführt werden. Die Programmierung des Cobots, die Anpassung der Parameter und die Verwaltung der Systemleistung erfordern jedoch jemanden, der sowohl den Schweißprozess als auch den Produktionskontext versteht. Hier sind Schulungen durch den Anbieter oft von unschätzbarem Wert.
Hersteller wie IPG bieten Schulungen sowohl für das Cobot-System als auch für die Laserschweißeinheit (z. B. LightWELD) an. Diese Schulungen umfassen die Grundlagen der Bedienung des Systems sowie die Neukalibrierung von Werkzeugen wie der „Bullseye“-Vorrichtung, die beim Austausch von Komponenten oder beim Wechsel zwischen manuellem und automatischem Modus verwendet wird. Mit einer angemessenen Schulung können Bediener sicher neue Schweißbahnen einrichten, Zykluszeiten optimieren und eine gleichbleibende Qualität gewährleisten.
Wenn Sie Zeit in Schulungen investieren, erreichen Sie mehr als nur die Automatisierung einer Aufgabe. Vielmehr bauen Sie internes Fachwissen auf, das die Skalierbarkeit und den langfristigen Erfolg unterstützt.
Anbieter-Support
Die Wahl eines Cobots bedeutet auch die Wahl eines Cobot-Anbieters. Das Niveau und die Qualität des Supports, den Ihr Cobot-Anbieter bietet, hat einen erheblichen Einfluss darauf, wie schnell Sie den Betrieb aufnehmen können und wie gut das System im Laufe der Zeit funktioniert.
Suchen Sie nach einem Anbieter, der sowohl während als auch nach der Installation einen reaktionsschnellen, kompetenten Support bietet. Ein aufmerksamer Service und Support ist besonders wertvoll für Betriebe mit begrenzter interner Automatisierungskompetenz oder solche, die mit engen Produktionsplänen arbeiten.
Berücksichtigen Sie neben dem reaktiven Support auch die Fähigkeit des Anbieters, Sie bei der Skalierung zu unterstützen. Können Sie Programme problemlos zwischen mehreren Cobots übertragen? Werden Schulungen sowohl für das System als auch für den Schweißprozess angeboten? Sind Simulationswerkzeuge verfügbar, um Setups vor der Inbetriebnahme zu testen? Diese Funktionen tragen dazu bei, Ihre Investition zu maximieren und Ausfallzeiten zu reduzieren.
Ein guter Anbieter fungiert auch als strategischer Partner, der Beratung zu Befestigungen, Prozessoptimierung und fortlaufenden Schulungen anbietet. Insbesondere für Anwender, die zum ersten Mal Automatisierungssysteme einsetzen, kann ein sachkundiger und engagierter Anbieter dazu beitragen, dass aus einer erfolgreichen Installation eine skalierbare, wiederholbare Automatisierungsstrategie wird.
Erste Schritte mit einer 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.
