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Mensch-Roboter-Kollaboration - Prüfung beim Dream-Team

Mensch-Roboter-KollaborationPrüfung beim Dream-Team

Kuka-Roboter ermöglichen die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter in der Qualitätssicherung in der BMW-Kurbelwellengehäusefertigung.

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Der Mitarbeiter steuert den Roboter mittels Joystick, um dann in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler prüfen zu können.

Das BMW-Werk Landshut unterhält eine der modernsten Leichtmetallgießereien der Welt. Ob Drei-, Vier-, oder Sechszylinder Motoren, für sämtliche Modelle der BMW Flotte werden hier die Kurbelwellengehäuse gefertigt. Für deren Qualitätssicherung sollte der Prozess im Werk Landshut automatisiert werden. Allerdings lässt sich die Qualitätssicherung nicht vollständig automatisieren – es bedarf weiterhin des geschulten Blicks der Mitarbeiter. Deswegen lautete der Auftrag an das Unternehmen MRK-Systeme, eine Anlage zu entwickeln, in der Mensch und Roboter direkt zusammenarbeiten. Das schont die Gesundheit der Mitarbeiter, die nun nicht mehr die schweren Bauteile bewegen müssen.

MRK-Systeme mit Sitz in Augsburg hat sich auf Mensch-Roboter-kooperierende Industrielösungen spezialisiert. Das Unternehmen ermöglicht die direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter – ohne Schutzzaun. Die 16 Mitarbeiter des 2004 gegründeten Unternehmens arbeiten hauptsächlich für Kunden aus dem Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Automotive.

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„Die Mensch-Roboter-Kollaboration sorgt für die ergonomische Entlastung der Mitarbeiter von BMW“, erklärt Michael Mohre, verantwortlich für den Bereich Operations bei MRK-Systeme und maßgeblich an der Installation der Automatisierung beteiligt. Seit nunmehr eineinhalb Jahren stehen zwei identische Applikationen mit jeweils einem Kuka-Roboter für hohe Traglasten aus der Serie KR Quantec vom Typ KR 210 R2900 prime K – das K steht für die Konsolen-Ausführung des Roboters – an der Produktionslinie. Jeweils ein Mitarbeiter steuert mittels Joystick die Bewegungen des Roboters, um in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler zu prüfen.

Es stehen zwei Kuka-Roboter aus der KR-Quantec-Serie für den Prüfvorgang der Kurbelgehäuse an der Linie.

Über ein Förderband werden alle produzierten Kurbelwellengehäuse in den Arbeitsbereich angeliefert. Je nach Bauart (Drei-, Vier- oder Sechszylinder) wählt die überlagerte Steuerung das entsprechende Programm zur Bewegungssteuerung des Roboters aus. Erreicht das Kurbelwellengehäuse dessen Arbeitsbereich, steuert der Werker mittels Joystick dessen Bewegungen. Der Roboter bewegt sich dabei auf einer vorgegebenen Bahn zum Gehäuse, schließt den Greifer und reicht das Bauteil dem Werker an. Nun prüft der Arbeiter es mittels Kaltlichtlampe auf Fehler. Währenddessen hält der Roboter das rund 30 Kilogramm schwere Bauteil sicher in der für den Mitarbeiter optimalen Höhe. Hat der Werker den Prüfvorgang abgeschlossen, fährt er den Roboter samt Gehäuse zurück zum Förderband und legt es ab. Beendet ist der interaktive Prüfvorgang mit einem Knopfdruck. Damit dokumentiert der Mitarbeiter, ob das Bauteil „in Ordnung“ oder „nicht in Ordnung“ ist.

Bei der direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine steht die Sicherheit der Mitarbeiter an erster Stelle. Drei voneinander unabhängige Sicherheitsvorrichtungen sorgen für maximale Sicherheit am Arbeitsplatz. Die Absicherung besteht aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung (Safe-SPS), die auch den Greifer sicher steuert, einer sicheren Robotersteuerung, die den Roboter nur bestimmte Geschwindigkeiten in Arbeitsräumen ausführen lässt, sowie einem Zustimmtaster. Damit sich der Roboter überhaupt bewegt, muss der Mitarbeiter den Zustimmtaster gedrückt halten. Lässt er los, stoppt der Roboter augenblicklich. Für die praktikable Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ist außerdem eine einfache Bedienung entscheidend. Die Ingenieure haben bei der Umsetzung darauf geachtet, dass sowohl Rechts- als auch Linkshänder den Roboter steuern können. Außerdem ist die Steuerung des Roboters intuitiv beherrschbar. Drückt oder zieht der Mitarbeiter den Joystick-Griff nach vorn/hinten, bewegt sich der Roboter in eine parametrierte Richtung. Drückt er ihn nach links oder rechts, orientiert sich der Roboter ebenfalls entsprechend um. Über ein Daumenrad lässt sich die Höhenverstellung des Kurbelgehäuses relativ zum Werker vornehmen.

Bislang erfolgte die Qualitätsprüfung mittels „Rhönrad“: Das Kurbelgehäuse wurde mit Muskelkraft samt Rad gedreht, um es so von allen Seiten auf Fehler zu untersuchen. Das Problem dabei: Das Rhönrad ist schwer, und besonders großgewachsene Werker mussten sich bei jedem Prüfvorgang bücken. Deshalb war nun eine Applikation gewünscht, die die Mitarbeiter entlastet, einfach zu bedienen ist und kurze Taktzeiten einhält. Bei Bauteiländerungen lässt sich die Roboterbewegung entsprechend umprogrammieren.

Die beiden eingesetzten KR Quantec haben jeweils 210 Kilogramm Tragkraft. Diese Roboterserie steht für schnelle Taktzeiten sowie höchste Bahngenauigkeit. Die beiden Anlagen sind seit 2015 in Landshut in Betrieb und zeigen eine sinnvolle und sichere Zusammenarbeit von Mensch und Roboter. Es sollen hier künftig zwei weitere Prüfstände auf diese Weise für die Qualitätssicherung eingerichtet werden.

pb

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