Smarter Ersatz Roboter arbeiten jetzt präziser denn je

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

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Im Vergleich etwa zu Bearbeitungzentren für die Zerspanung sind Roboter recht billig. Doch bisher arbeiteten sie nicht so präzise. Das haben Forscher vom Fraunhofer-IWU jetzt geändert.

Kommt es auf besondere Genauigkeit beim Zerspanen, Fügen oder Umformen an, müssen Roboter aufgrund geringerer Präzision meist passen. Forscher des neu geschaffenen Applikationszentrums Bahngeführte Roboterbearbeitung am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU sind aber dabei, dieses Manko zu eliminieren. Wenn neue Umformwerkzeuge für Pressen eingearbeitet werden, hat bisher ein erfahrener Werkzeugmacher geschliffen und tuschiert, bis die erforderliche Maßhaltigkeit des Bauteils erreicht war. Aber Roboter erlauben die Bearbeitung von Freiformflächen und können nun bei dieser aufwendigen und mühsamen Arbeit teilweise für Entlastung sorgen, was Zeit und Kosten spart. Denn aufgrund einer am IWU entwickelten Ausgleichseinheit bleiben Anpressdruck und Materialabtrag beim Schleifen jetzt konstant, weshalb die bisherige Ungenauigkeit der Roboterbahn kompensiert wird, wie es heißt. Das dortige Roboter-Know-how bringt aber auch für anderen Fertigungsprozesse Vorteile ...

Roboterbasiertes Rollformen spart Zeit

Beim roboterbasierten Rollformen, dabei handelt es sich um eine hochflexible Möglichkeit zum Walzprofilieren, führt ein Roboter ein Walzenpaar in mehreren Durchläufen abwechselnd in beiden Laufrichtungen (reversierend) und mit schrittweise ansteigender Zustellung am Werkstück entlang, erklären die IWU-Forscher. Das geht so lange, bis beispielsweise ein Flansch in die gewünschte Form gebracht ist. Eventuelle Geometrieabweichungen lassen sich nach jeder Bahnbewegung optisch oder über die Reaktionskräfte im Robotersystem erfassen. Nach einer entsprechenden Analyse der Messdaten könne jegliche Abweichung bei der nächsten umformenden Bahnbewegung behoben respektive kompensiert werden. Die technologisch bedingte Rückfederung des Materials lässt sich dabei durch eine entgegen gerichtete Überbiegung korrigieren. Wichtig dabei sei aber die ganzheitliche Betrachtung des Prozesses, die bis hin zur entsprechend flexiblen Aufspannung des umzuformenden Bauteils reichen sollte. Eine prozessbegleitende Datenerfassung und eine auf künstlicher Intelligenz (KI) gestützte Auswertung der Daten erlauben es dann, unmittelbar auf schwankende Materialeigenschaften (Festigkeit, Rückfederungsverhalten) einzugehen, um Geometrieabweichungen vorausschauend zu kompensieren. Gleichzeitig werden Qualitätskontrolle und -dokumentation zum integralen Bestandteil des Fertigungsprozesses.

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Kooperierende Roboter schweißen exakter

Robotersysteme waren wegen ihrer deutlich geringeren Genauigkeit für das hochpräzise Laserstrahlschweißen bisher nicht geeignet. Mit sogenannten Nahtverfolgungssystemen für Laserstrahl-Scanneroptiken kann diese Ungenauigkeit jedoch ausgeglichen werden. Denn wenn das Laserstrahl-Werkzeug mit einem Roboter und das zu schweißende Werkstück mit einem zweiten Roboter geführt werden, könnten auch komplexe 3D-Geometrien exakt geschweißt werden. Die Herausforderung besteht darin, wie die Forscher sagen, die zwölf Roboter- nebst zwei Scannerachsen so aufeinander abzustimmen, dass die resultierende Laserstrahlbewegung auf der Schweißbahn konstant und hochgenau ist.

Wen es interessiert: am 5. Dezember 2023 ist die Eröffnungsveranstaltung am Fraunhofer-IWU in Chemnitz.

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