Die kontinuierlichen Fortschritte in der Automatisierung verändern die Fertigung durch Qualitätsverbesserung, Produktivitätssteigerung und Kostensenkung. Doch die Kosten, die Komplexität und der große Platzbedarf herkömmlicher Automatisierungssysteme machen sie für kleinere Betriebe oft unpraktikabel.
Jetzt sind kollaborative Roboter, kurz Cobots, auf den Plan getreten, um die Automatisierung auch für kleinere Hersteller zugänglich zu machen. Diese Systeme teilen viele wichtige Vorteile mit der herkömmlichen Automatisierung, sind aber preiswerter und kleiner und einfacher zu programmieren und zu bedienen als komplexere Lösungen.
Laserschweiß-Cobots bieten ein besonders überzeugendes Wertversprechen. Durch die Kombination der Präzision und Geschwindigkeit des Laserschweißens mit automatisierter Bewegung können sie die Schweißproduktivität erheblich steigern.
Aber wie findet man die richtige Aufgabe für einen Cobot zum Laserschweißen und wie kann man ihn erfolgreich integrieren? Im Folgenden gehen wir die wichtigsten Überlegungen zur Identifizierung, Spezifikation und zum erfolgreichen Einsatz eines Cobots in Ihrem Betrieb durch.
Die richtige Anwendung finden
Welche Anwendungen können von einem Cobot profitieren?
Cobots sind ideal für Anwendungen mit mäßigem Produktionsvolumen, sowohl für größere Baugruppen, die mehrere Schweißungen erfordern, als auch für Anordnungen kleinerer Teile. Schweiß-Cobots eignen sich besonders für Aufgaben, bei denen manuelles Schweißen zu ungleichmäßigen Ergebnissen führt oder viel Zeit in Anspruch nimmt – eine vollständige industrielle Automatisierung sich jedoch nicht lohnt.
Wie jede Form der Automatisierung funktionieren Cobots am besten, wenn sich der Prozess von Teil zu Teil nicht wesentlich unterscheidet. Das bedeutet gleichbleibende Teileabmessungen, wiederholbare Spannvorrichtungen und vorhersehbare Schweißpfade. 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 nicht auch für kleinere Serien und einmalige Aufträge geeignet sind. Die relativ einfache Programmierung bedeutet, dass ein Cobot bei Kleinserien die gewünschten Ergebnisse in einer Weise liefern kann, die für einen herkömmlichen Schweißroboter praktisch unmöglich ist.
Geradlinige Schweißnähte, kreisförmige Nähte und kleine Radien sind mit dem Cobot gut machbar. Tatsächlich lassen sich komplexe oder anspruchsvolle Schweißnähte, die manuell nur schwer auszuführen sind, oft präziser und zuverlässiger mit einem Cobot erledigen.
Allerdings können Aufträge mit unregelmäßigen oder verzogenen Teilen mit schlechter Passung Probleme verursachen. Dies liegt daran, dass das Laserschweißen im Allgemeinen anspruchsvoller ist als das Lichtbogenschweißen, was die Passgenauigkeit angeht. Anwendungen mit Drahtvorschub sind etwas nachsichtiger, aber beim autogenen Laserschweißen sind in der Regel Spaltmaße von weniger als einem Millimeter erforderlich.
Der erste Schritt bei der Bewertung eines Cobots besteht darin, sowohl die technische Eignung als auch die betriebliche Rentabilität zu beurteilen. Wird der Prozess oft genug wiederholt, um eine Automatisierung zu rechtfertigen? Sind Schweißqualität und -konsistenz ein Problem, oder ist die Verfügbarkeit von Arbeitskräften ein Problem? Können die Vorrichtungen standardisiert werden? Wenn ja, könnte ein Cobot Ihre Arbeitsabläufe rationalisieren und Ihren Output verbessern, ohne den Aufwand einer herkömmlichen Automatisierung.
Sicherheitsaspekte
Da Cobots speziell für die häufige Interaktion mit Menschen gedacht sind, unterscheiden sich ihre Sicherheitsanforderungen erheblich von denen herkömmlicher Robotersysteme. Dies gilt insbesondere für Laserschweißanwendungen.
Cobots gibt es in zwei Grundkonfigurationen - offen und geschlossen. Der gewählte Typ hat direkten Einfluss auf die erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen und Schutzausrüstungen.
Bei einer geschlossenen Anlage mit integriertem Gehäuse sind der Cobot und der Schweißprozess vollständig in einem Schrank oder einer Zelle untergebracht. Diese Gehäuse sind in der Regel verriegelt, so dass sich der Laser automatisch abschaltet, wenn eine Tür geöffnet wird.
Dieses System wird im Allgemeinen als Lasersystem der Klasse I eingestuft, was bedeutet, dass der Laser unter normalen Betriebsbedingungen als sicher gilt und keine besondere PSA erforderlich ist. Eine integrierte Rauchabsaugung ist ebenfalls enthalten und hilft bei der Bewältigung von Rauch und Partikeln, die beim Schweißen entstehen.
Ein offenes Cobot-System verfügt nicht über einen eingebauten Schutz, so dass es hinter lasergerechten Barrieren oder Vorhängen positioniert werden muss, um Arbeiter in der Nähe vor direkten oder reflektierten Strahlen zu schützen. Diese Aufbauten werden als Lasersysteme der Klasse IV eingestuft.
Bei offenen Laserschweiß-Cobot-Anlagen laden und positionieren die Bediener in der Regel das Teil und leiten dann den Schweißzyklus ein, bevor sie zurücktreten oder sich hinter eine Barriere begeben, während der Laser aktiv ist. Der Aufenthalt in der Nähe des Cobot während des Schweißens ist sicher, sofern die richtige PSA getragen wird - mindestens eine Laserschweißbrille und möglicherweise ein Laserschweißhelm und flammensichere Kleidung -, aber normalerweise nutzen die Bediener die Gelegenheit, sich auf andere Arbeiten zu konzentrieren, während der Cobot einen Zyklus durchführt.
Mehrere Faktoren, darunter Kosten, Produktionsvolumen und vor allem die Effizienz des Arbeitsablaufs, beeinflussen die Entscheidung zwischen einem geschlossenen und einem offenen Cobot.
Wenn der Platz begrenzt ist oder Sie nicht sicher sind, wie Sie die richtigen Sicherheitsprotokolle implementieren sollen, kann ein geschlossener Cobot die Installation erheblich vereinfachen und beschleunigen.
Wenn Ihr Betrieb Wert auf einen schnellen Teilewechsel und ununterbrochenen Zugang legt, ist ein offenes System einem geschlossenen System vorzuziehen, bei dem eine Tür geöffnet werden muss, um an die Teile zu gelangen. Offene Systeme bieten auch einen maximalen Bewegungsbereich für den Cobot-Arm, was beim Schweißen größerer, komplexer Teile ein wichtiger Faktor ist.
Planung der Cobot-Installation
Bei der Wahl des richtigen Standorts für Ihren Cobot zum Laserschweißen geht es um mehr als nur darum, eine freie Fläche zu finden. Um erfolgreich zu sein, muss das System nahtlos in Ihre Produktion integriert werden.
Im Idealfall sollte der Cobot so platziert werden, dass er eine effiziente Bewegung der Teile innerhalb des Prozessablaufs unterstützt, die Verfahrzeit minimiert und die bestehenden Abläufe nicht stört.
Cobots zum Laserschweißen sind relativ kompakt und werden oft auf Rollen geliefert, die einen flexiblen Einsatz ermöglichen. Im täglichen Gebrauch werden sie jedoch in der Regel nicht häufig bewegt, vor allem, wenn sie an ein festes Rauchabzugssystem angeschlossen sind. Am besten ist es, das Gerät dort zu platzieren, wo es stehen bleiben und effizient arbeiten kann.
Die Stromversorgung ist unkompliziert: Die meisten Cobot-Systeme laufen mit standardmäßigen 120 V, während die Laser-Schweißanlage selbst möglicherweise eine einphasige Stromversorgung mit 208 V benötigt. Auch hier ist in der Regel eine Rauchabsaugung erforderlich, was unter Umständen ein eigenes Abluftsystem notwendig macht, um eine sichere und normgerechte Arbeitsumgebung zu gewährleisten.
Auswahl der richtigen Cobot-Größe
Zur Wahl des richtigen Cobot-Systems gehört auch die Wahl der richtigen Armgröße. Ein zu kleiner Cobot kann den Schweißbereich einschränken, weil er die Teile einfach nicht erreichen kann, oder er kann eine ungünstige Positionierung der Teile erfordern. Ein zu großer Arm kann unnötigen Platz beanspruchen und zusätzliche Kosten verursachen.
Das IPG LightWELD Cobot System kann mit zwei Cobot-Armgrößen mit einer Reichweite von 1370 mm oder 1620 mm ausgestattet werden.
Beginnen Sie mit der Durchführung einer einfachen "Reichweitenstudie". Dabei werden die Geometrien Ihrer Teile und die Positionen der Schweißnähte kartiert, um sicherzustellen, dass der Cobot jedes Gelenk innerhalb seines Bewegungsbereichs - sowohl linear als auch winklig - bequem erreichen kann. Einige Hersteller bieten virtuelle Simulationstools an, um die Reichweite in einer digitalen Umgebung zu visualisieren und zu validieren, bevor das System gekauft oder installiert wird.
Es ist auch ratsam, an die Zukunftssicherheit zu denken, für den Fall, dass sich die Größe oder Konfiguration Ihrer Teile und Baugruppen in Zukunft ändert.
Erfolgreiche Einrichtung von Cobots
Einer der Hauptvorteile von Cobots für das Laserschweißen ist ihre leicht zugängliche Benutzeroberfläche. Doch trotz ihrer relativen Benutzerfreundlichkeit ist die Cobot-Integration nicht völlig narrensicher.
Oft beginnen die erfolgreichsten neuen Einsätze von Laser-Schweiß-Cobots damit, einen internen „Verantwortlichen“ für das System zu benennen. Dabei handelt es sich um eine Person in Ihrem Betrieb, die nicht nur weiß, wie das System zu bedienen ist, sondern die auch motiviert ist, die Technologie aktiv zu fördern.
Dieser Technologie-Verantwortliche muss kein Robotikexperte sein. Er sollte jedoch ein technisches Verständnis haben und bereit sein, die Verantwortung für die Programmierung und die Aufsicht zu übernehmen.
Grundlegende Vorgänge wie das Be- und Entladen von Teilen können in der Regel vom normalen Produktionspersonal erledigt werden. Für die Programmierung des Cobots, die Anpassung der Parameter und die Verwaltung der Systemleistung ist jedoch jemand erforderlich, der sowohl den Schweißprozess als auch den Produktionskontext versteht. Hier sind herstellergeführte Schulungen oft von unschätzbarem Wert.
Hersteller wie IPG bieten Schulungen sowohl für das Cobot-System als auch für das Laserschweißgerät (wie LightWELD) an. Diese Schulung umfasst 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 der richtigen Schulung können die Bediener selbstbewusst neue Schweißpfade einlernen, die Zykluszeiten optimieren und eine gleichbleibende Qualität gewährleisten.
Wenn Sie Zeit in Schulungen investieren, tun Sie mehr, als nur eine Aufgabe zu automatisieren. 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. Der Umfang und die Qualität des Supports, den Ihr Cobot-Lieferant anbietet, sind ausschlaggebend dafür, wie schnell Sie das System in Betrieb nehmen können und wie gut es im Laufe der Zeit funktioniert.
Suchen Sie nach einem Anbieter, der sowohl während als auch nach der Installation reaktionsschnellen, fachkundigen Support bietet. Ein aufmerksamer Service und Support ist besonders wertvoll für Betriebe mit begrenzten internen Automatisierungskenntnissen oder solchen, die mit engen Produktionsplänen arbeiten.
Neben dem reaktiven Support sollten Sie auch die Fähigkeit des Anbieters zur Skalierung berücksichtigen. Können Sie Programme problemlos zwischen mehreren Cobots übertragen? Werden Schulungen sowohl für das System als auch für den Schweißprozess angeboten? Stehen Simulationswerkzeuge zur Verfügung, um Setups zu testen, bevor sie in Betrieb genommen werden? Diese Fähigkeiten tragen dazu bei, Ihre Investition zu maximieren und Ausfallzeiten zu reduzieren.
Ein guter Anbieter fungiert auch als strategischer Partner, der Hilfestellung bei der Einrichtung, der Prozessoptimierung und der laufenden Schulung bietet. Besonders für Erstanwender von Automatisierungssystemen kann ein sachkundiger und engagierter Anbieter eine erfolgreiche Installation in eine skalierbare, wiederholbare Automatisierungsstrategie verwandeln.
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. Zum Glück sind die Laserschweißexperten von IPG bereit, Ihnen zu helfen. Der Einstieg ist ganz einfach - senden Sie uns ein Muster, besuchen Sie eines unserer weltweiten Anwendungslabore oder erzählen Sie uns einfach von Ihrer Anwendung.
