Sensorik für Leichtbauroboter Leichtbauroboter für komplexe Prozesse

Autor / Redakteur: Ákos Dömötör / Andrea Gillhuber

Die gute wirtschaftliche Lage sowie der Fachkräftemangel zwingen die Industrie, ihre Fachkräfte zielgerichtet einzusetzen und anfallende Standardprozesse zu automatisieren. Hier spielen Leichtbauroboter ihre Vorteile aus.

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Die Tastsensoren von OptoForce erweitern Leichtbauroboter um einen feinen Tastsinn und ermöglichen so die Automatisierung komplexer Fertigungsprozesse.
Die Tastsensoren von OptoForce erweitern Leichtbauroboter um einen feinen Tastsinn und ermöglichen so die Automatisierung komplexer Fertigungsprozesse.
(Bild: Optoforce/On-Robot)

Die Industrie sucht dringend helfende Hände. Der Wirtschaftsmotor brummt und viele Unternehmen sehen sich so bereits in der unerfreulichen Lage, aufgrund von Fachkräftemangel Aufträge nicht annehmen zu können und damit gezwungenermaßen auf potenzielles Wachstum verzichten zu müssen. Es drängt nach Lösungen und Strategien, bevor der vorherrschende Arbeitskräftemangel die Innovationsfähigkeit des produzierenden Gewerbes zum Erliegen bringt.

Vorhandene Ressourcen zielgerichtet nutzen

Neben dem langfristigen Zuführen von Arbeitskraft geht es auch darum, bereits vorhandene Ressourcen bestmöglich zu nutzen – also Fachkräfte nur zielgerichtet für anspruchsvolle, ihrer Qualifikation entsprechende Tätigkeiten einzusetzen und so die Wertschöpfung zu optimieren. Diese Strategie bedingt die konsequente Automatisierung von allen anfallenden Standardprozessen. Vor allem Leichtbauroboter, etwa die Modelle von Universal Robots, Kuka oder ABB, haben sich in den letzten Jahren als maßgeblicher Faktor in dieser Entwicklung herauskristallisiert. Sie sind darauf ausgelegt, in direkter Arbeitsumgebung zum Menschen ohne Schutzumhausung zu arbeiten, außerdem kostengünstig zu sein und einfach zu handhaben. Sie bieten das Potenzial, die dringend benötigten „helfenden Hände“, auch für kleine und mittelständische Industrieunternehmen darzustellen. Ausgestattet mit der richtigen Peripherie lassen sich mit ihnen auch komplexere Fertigungsprozesse automatisieren. Die Sensorik nimmt hierbei eine Schlüsselrolle ein: etwa die haptischen Sensoren des ungarischen Unternehmens Optoforce, das Leichtbauroboter mit Tastsinn ausstattet. So kommen die Roboterarme in ihren Fähigkeiten tatsächlich nahe an die menschliche Hand.

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Für die einfache Umsetzung solcher Automatisierungsvorhaben müssen Sensoren jedoch nicht nur den Tastsinn selbst bringen, sondern auch die dazugehörige „Intelligenz“. So bringen die Sensoren von Optoforce zusätzlich zu den Sensoren als Hardware auch ein umfangreiches Paket an integrierter Applikationssoftware zu verschiedenen Einsatzbereichen mit sich, etwa Feinmontage, Oberflächenbehandlung, Qualitätskontrolle oder Handhabung. Die Anwendungen lassen sich so in kürzester Zeit realisieren – ohne langwierige, arbeits- und kostenintensive Integrationsphase.

Im Folgenden werden zwei der bedeutendsten Anwendungsbereiche von Optoforce-Sensoren, Platinenbestückung und Oberflächenveredelung, detailliert vorgestellt:

Leiterplattenbestückung kostengünstig automatisieren

Die Bestückung von Leiterplatten gehört spätestens seit dem Siegeszug von Radio und Fernseher zu den Standardprozessen in der Elektronikproduktion. Bereits früh wurden erste Teile dieses Prozesses automatisiert, komplexere Montagegriffe und vor allem der Umgang mit empfindlichen Materialien blieben jedoch bisher in menschlicher Hand. Sprich: gerade die Produzenten hochempfindlicher Elektronik, wie sie in Smartphones verbaut wird, waren lange auf das Feingefühl menschlicher Hände angewiesen.

Zahlreiche Onlinetutorials auf Youtube zeigen, wie Endnutzer beispielsweise einen DDR4-Speicher auf die Platine ihres Computers montieren können. Es reicht genaues Hinsehen, um den idealen Punkt zu finden, sich etwas herantasten, ein vorsichtiger Druck, bis das leise „Klick“ ertönt, und schon sitzt der Speicher am rechten Ort. Für menschliche Hände ist dieser Prozess recht simpel, einen Großteil der Industrieroboter stellt dieser Montageprozess hingegen vor Probleme, denn sie können, anders als der Mensch, keinen gefühlvollen Druck ausüben.

Empfindliche Platinen automatisch bestücken

Dank dem ungarischen Sensorspezialisten Optoforce können Leichtbauroboter von Herstellern wie Universal Robots oder Kuka innerhalb weniger Minuten und ohne kosten- und zeitintensiven Programmieraufwand um den benötigten Tastsinn ergänzt werden. Das dem Tastsensor zugehörige Applikationssoftware-Paket beinhaltet auch die vollautomatische Bestückung von empfindlichen Platinen, wie bei der Montage von DDR4-Memory-Speichern. Über die Software gibt der Sensor dem Roboterarm nicht nur zusätzliche Daten, sondern wertet sie auch aus und steuert den Roboter entsprechend. Damit können komplexe Vorgänge innerhalb von Minuten automatisiert werden – ohne notwendige Programmierkenntnisse.

Dafür werden dem Roboter ein Mal von Hand die Wegpunkte gezeigt, auf denen er dann den Montagegriff einer menschlichen Hand mit feiner und flexibler Druckauswirkung nachahmt. Der Roboter montiert das Objekt dann genau mit dem benötigten Kraftaufwand auf der Platine und spürt, wenn der Arbeitsspeicher einrastet. Umgekehrt kann er mit Feingefühl den empfindlichen Clip am Arbeitsspeicher öffnen und ihn wieder von der Platine entfernen.

Egal ob ein- oder beidseitig, an Einzelkarten, in Kleinserien oder im Nutzen, als THT-, Misch- oder SMD-Bestückung: Ein mit dem richtigen Tastsensor ausgestatteter Leichtbauroboter passt sich bei der Bestückung von Leiterplatten automatisch an sein Produktionsumfeld und die individuellen Bedarfe des Nutzers an. Im globalen Preis-Leistungs-Wettrennen bieten Tastsensoren lukrative neue Möglichkeiten für Firmen, die Effizienz bei höherer und stabilerer Produktqualität zu steigern.

Die Kosten für eine derartige Automatisierung komplexer Vorgänge sind durch die vorprogrammierten Softwarepakete erstmals auch für kleine Unternehmen erschwinglich. Die Roboter sind innerhalb weniger Minuten einsatzfähig und können umgehend ihren Dienst aufnehmen.

Polieren und Glätten von Werkstücken mit Feingefühl

Das Polieren und Glätten von Werkstücken, meist am Ende der Kette industrieller Verarbeitungsprozesse stehend, ist branchenübergreifend ein ganz essenzieller Bestandteil der Wertschöpfung. Denn dieser Vorgang bestimmt maßgeblich das visuelle Erscheinungsbild eines Endprodukts – und damit nicht zuletzt auch seinen Erfolg am Markt.

Egal ob Marmortisch, Armbanduhr oder Smartphone: Erst die Beseitigung von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche und deren Veredelung lässt diese Produkte hochwertig erscheinen.

Die gewünschte edle Oberfläche zu erreichen, ist aber gar nicht so einfach. Denn: Jedes Material und jede Oberfläche reagiert unterschiedlich auf die Krafteinwirkungen im Veredelungsprozess und stellt damit andere Ansprüche an den Polier- oder Glättvorgang. Gefordert ist hier also Fingerspitzengefühl und Anpassungsfähigkeit. Dies waren lange eher die Kernkompetenzen einer menschlichen Hand als die der gängigen Industrierobotermodelle, weshalb die Oberflächenveredelung häufig noch manuell durchgeführt wird. Sie ist damit ein recht kostenintensiver Posten in den meisten Unternehmen der verarbeitenden Industrie.

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Die beliebteste Arbeit unter den Werkern ist das Polieren aber beileibe nicht: Häufig setzt dieser Arbeitsschritt eine Menge Staub frei, dem die Arbeitskräfte dann ausgesetzt sind. Das ist nicht nur unangenehm, sondern ohne die richtigen Schutzmaßnahmen auch in hohem Maße ungesund. Und eben jene Schutzmaßnahmen stellen einen weiteren bedeutenden Kostenfaktor für die Unternehmen dar.

Die für diese monotone, repetitive und teils gefährdende Aufgabe eingesetzten, oft hoch qualifizierten Fachkräfte können in anspruchsvolleren Tätigkeitsbereichen wirtschaftlicher und sinnvoller eingesetzt werden.

Sensitive Leichtbauroboter für automatisiertes Polieren

Was zunächst nach einem mittleren Dilemma der Neuzeit klingt, ist aber tatsächlich recht einfach lösbar: Tastsensoren wie von Optoforce erweitern Leichtbauroboter um den für solche Prozesse benötigten Tastsinn und bringen sie damit näher an die Fähigkeiten einer menschlichen Hand. Dank der Erweiterung um Sensoren nehmen die Roboterarme auch geringste Krafteinwirkungen und Widerstände wahr und können in Echtzeit entsprechend reagieren. So kann der Poliervorgang vollständig automatisiert und damit einheitlicher gestaltet werden. Dank der Zertifizierung mit dem Standard IP54 macht den Optoforce-Sensoren HEX-E und HEX-H der beim Polieren aufgewirbelte Staub keine Probleme. Zusätzlich warten diese besonders feinfühligen Modelle noch mit einem wertvollen Bonus auf: Denn zusätzlich zu den Sensoren als Hardware bietet Optoforce ein umfangreiches Softwarepaket an. Das Paket beinhaltet eine Vielzahl vorprogrammierter industrieller Standardapplikationen, unter anderem auch zum Polieren oder Schleifen. So wird die zur Integration des Systems in die Fertigung benötigte Zeit auf ein Minimum reduziert: Innerhalb von nur 15 Minuten ist die Automationslösung einsatzbereit. Die Applikationssoftware ist derzeit für Universal Robots und Kuka verfügbar.

Dieses Konzept ist keine Theorie oder weit entfernte Zukunftsvision, sondern wird in zahlreichen Unternehmen auf der ganzen Welt bereits erfolgreich umgesetzt. Diese Unternehmen haben mit einem hohen globalen Wettbewerbsdruck, steigenden Löhnen, körperlich ermüdenden und monotonen Tätigkeiten sowie steigenden Qualitätsanforderungen auf Kundenseite zu kämpfen. Durch die Implementation von Industrierobotern, die mit einem Tastsinn ausgestattet sind, machen sie den richtigen und wichtigen Schritt in Richtung Zukunft.

Und bleiben dabei dank dem kurzen und einfachen Integrationsprozess schon für die Gegenwart wirtschaftlich.

* Ákos Dömötör ist CEO der Optoforce Ltd. in 1043 Budapest (Ungarn), Tel. (00 36-1) 9 07 09 07, info@Optoforce.com, https://Optoforce.com

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