Robotergestützte Verschraubung

Vereint schrauben

MRK-Lösung für Schraubprozess. Für Faude ist die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) Alltag. Ein Beispiel für diese Zusammenarbeit ohne trennende Schutzeinrichtung ist ein Arbeitsplatz mit Leichtbauroboter und Verschraubeinheit. Hinsichtlich Normen- und Rechtslage sind dabei alle Vorgaben erfüllt.

Mit einem kabellosen Bedienterminal samt Safety-Funktionen bekommen Ergonomie und Effizienz eine neue Dimension. (Foto: Faude)

Als systemneutraler Integrator für Leichtbauroboter weiß Faude, wie passende Komponenten rund um einen MRK-Roboter aussehen müssen. Beispielsweise für einen Roboter von Universal Robots hat Faude Lösungen im Portfolio, die die Roboternorm 10218-1 erfüllen. Berücksichtigt sind dabei die entsprechenden Radien aus der TS 15066 und die Zweikanaligkeit der Applikation sowie die Lebensdauer der Komponenten, die darin verbaut sind. Die Summe aus Leichtbauroboter mit Schraubeinheit und Kamerasystem, E-Schrauber, Haltesystem und Schrauberbit ergibt eine MRK-Station zum sicheren Verschrauben ohne jegliche Verletzungsgefahr für Mitarbeiter. Bemerkenswert ist die kleine Schraubeinheit am Schrauber, deren Schraubklinge mit überfederter Hülse ausgestattet ist – inklusive Kollisionsschutz. Alle Normen und Voraussetzungen für einen kollaborierenden Betrieb mit dem Menschen sind erfüllt, sowohl EN-ISO 10218-1, EN-ISO 10218-2 als auch die technischen Spezifikationen der Berufsgenossenschaft TS 15066.

Beim Ablauf eines typischen Prozesses wird das Werkstück vom Förderband am Bearbeitungsplatz indexiert ausgehoben. Anschließend fährt der Roboter mit Schraubeinheit auf die Bildaufnahmeposition, wobei für die exakte Schrauberposition zuerst die Positionsdaten ermittelt und dann mit der aktuellen Roboterposition verrechnet werden. Dann erfolgt – sicher und positionsgenau – die Verschraubung aller Schrauben in richtiger Reihenfolge und korrektem Drehmoment. Für komplex ablaufende Schraubapplikationen gibt es einen sogenannten MRK-Check, der hilft, die notwendigen Rahmenbedingungen für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb zu realisieren. Besonders das Thema der Risikobewertung steht bei MRK-Applikationen im Vordergrund.

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MRK-Checkliste
Hier hilft eine MRK-Checkliste: Wie ist die Verschraubeinheit abgesichert – mit Überfederung oder Schutzkappe? Gibt es Klemm- oder Quetschkanten? Kann ein Finger oder eine Hand zwischen Werkstück und Schraube gelangen? Wie schnell bewegt sich der Roboter? Wie schnell wird die Schraube zugeführt? Sind Roboter und verwendete Komponenten MRK tauglich? Werden die gängigen Normen EN - ISO 10218 Teil 1 + 2 sowie die technische Spezifikation TS 15066 erfüllt? Ist eine zusätzliche Absicherung notwendig?

Verschraubeinheit (Foto: Faude)

WLAN-Handbediengerät
Ein weiteres Argument für nachhaltige MRK-Arbeitssicherheit ist auch die Arbeitsvorbereitung. Klassisch werden Roboter über ein kabelgebundenes Bedienfeld eingelernt. Das Ziel, mittels Funk-/Wireless-Technologie das „Teachen“ des Roboters kabelfrei und ohne lange Leitungen zu gestalten, macht die Aufgabe einfach und effizient. Ohne die Mühen des Aufwickelns umgeht man Stolperfallen und minimiert Beschädigungen etwa durch Stapler. Kabelfrei bedeutet zudem, die Stromversorgung und Datenübertragung ohne Schirmung und Schutzklasse auszusparen. In Zeiten von Industrie 4.0 und stärker vernetzten Maschinen seien kabelgebundene Terminals nicht mehr up-to-date, betont Faude.

Die Steuerung des Roboters lässt sich mittels WLAN über einen leichten 9,7-Zoll-Tablet-PC realisieren, auf dem ein VNC-Client (Virtual Network Computing) installiert ist. Dieser spiegelt die angezeigte Benutzeroberfläche des kabelgebundenen Bedienfeldes auf den Tablet-PC. Auf Basis eines sicheren Funksystems lassen sich die Signale Not-Halt, der dreistufige Zustimmtaster (nach Roboternorm 10218-1) und Freedrive übertragen. Der Freedrive-Knopf dient zum direkten Positionieren des Roboters per Hand, wobei bei dieser Funktion aus Sicherheitsaspekten der Zustimmtaster zusätzlich gedrückt sein muss. Das drahtlose Bedienfeld fungiert als einzige Eingabestelle. Safety-Funktionen sind bei dieser ungebundenen Version inklusive. Ohne Gewicht und Zug eines mitzuschleppenden Kabels vereinfacht sich das Handling des Eingabegerätes enorm. Mit einem kabellosen Bedienterminal samt Safety-Funktionen bekommen Ergonomie und Effizienz eine neue Dimension.

Die Gesamtapplikation ist ausschlaggebend
Unabhängig von der Marke des Leichtbauroboters sieht Faude die MRK-Applikation als wirtschaftlich umsetzbare Lösung. Erst nach erfolgreich abgeschlossener Risikoanalyse ohne oder nur mit minimalen Schutzvorrichtungen lässt sich das korrekte Einrichten von MRK-Anwendungen realisieren. Daher zählt nur die Gesamtapplikation samt Greifanwendung, die Aufschluss gibt über die Stufen der Zusammenarbeit von Mensch und Roboter – angefangen bei der Koexistenz über die sequenzielle Zusammenarbeit bis hin zur wirklichen Kollaboration. Dafür sind interne Kraftregelungen und individuell justierbare Sicherheitsfunktionen nötig.

Bis 2020 soll der MRK-Markt auf drei Milliarden Euro ansteigen. Voraussetzung dafür ist die Sensibilisierung und auch das Verständnis von real kollaborierenden Robotern. Mit der Erfahrung von bereits umgesetzten MRK-Lösungen – beispielsweise für Volkswagen in Salzgitter – setzt Faude auf die Umsetzung weiterer Arbeitsprozesse, die über das Schrauben hinausgehen. Durch die intelligente und vor allem sichere Kooperation von Mensch mit Roboter ist ein hoher Grad von adaptiver Flexibilität erreichbar. Der intuitiv agierende Werker stellt sich schneller auf neue Aufgabenstellungen ein, und der Roboter „erlernt“ in der Zusammenarbeit nach und nach mehr Aufgaben autark auszuführen. Das sichere Miteinander mixt die Aufgaben, wobei der Roboter im Automatik-Betrieb selbstständig Teilaufgaben innerhalb der Produktionssequenz übernimmt und dem Menschen als „intelligenter Manipulator“ dient und vom Werker direkt und kraftgeführt bewegt wird. pb


MRK-Broschüre mit Checkliste:
Die Faude-Broschüre präsentiert als Realszenario das Duett komplett Mensch-Roboter. Die Broschüre „SAFE – Mensch-Roboter-Kollaboration als Basis für Industrie 4.0“ zeigt die Chancen und Potenziale von MRK-Systemen und damit verbunden Leichtbaurobotern in industriellen Fertigungsprozessen. Zahlreiche Anwendungsbeispiele veranschaulichen Einsatzmöglichkeiten von MRK-Lösungen und deren praktische Umsetzung. Von den technischen Rahmenbedingungen über rechtliche Aspekte wie Arbeitssicherheit bis hin zu wissenschaftlichen Themen und dem Faktor Mensch bietet die Broschüre ein Rundumschlag zu den Themen Leichtbaurobotik und MRK.

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