Fachbeitrag
© Fronius International GmbH
04.06.2021

Intelligentes Schweißprozessmanagement als Wettbewerbsvorteil

Intelligentes Schweißprozessmanagement als Wettbewerbsvorteil

Industrie 4.0 ist mittlerweile in aller Munde. In Gesellschaft, Politik und Wirtschaft gehört der Begriff zu den Top-Themen. Doch wie verhält es sich mit der Digitalisierung in metallverarbeitenden Betrieben? Was bedeutet sie im Hinblick auf die Fügetechnik mit ihren unterschiedlichen Schweißprozessen? Welche Auswirkung hat die digitale Vernetzung von Anlagen und Komponenten, welche Vorteile bringt sie Unternehmen? Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit stehen im Vordergrund.

Schweißparameter analysieren, optimieren und dokumentieren. Stabile Schweißprozesse mit möglichst geringem Verzugsverhalten sicherstellen und dadurch gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit erhöhen. All das sind Herausforderungen für metallverarbeitende Unternehmen, um auch in Zukunft wettbewerbsfähig zu sein. Umfassende Digitalisierung spielt dabei eine Hauptrolle.

Zum Beispiel betreibt Fronius am Standort Wels ein Prototypen-Zentrum, in dem bereits viele digitale Lösungen rund um Schweißtechnik und sonstiges Hightech-Equipment Anwendung finden. Damit bietet das Prototypen-Zentrum natürlich die Möglichkeit zur Auslagerung des Prototypen-Schweißens. Jedoch dient es auch als Vorlage dafür, wie Industrie 4.0 in der Praxis aussehen kann.

Bauteilvermessungszelle im Fronius-Prototypen-Zentrum, Standort Wels. - © Fronius International GmbH
Bauteilvermessungszelle im Fronius-Prototypen-Zentrum, Standort Wels. © Fronius International GmbH
„Offline“ programmieren: weniger Stillstandkosten und mehr Output

Um die Effizienz zu erhöhen, programmieren schon jetzt Unternehmen ihre Schweißabläufe „offline“. Die Arbeiten finden also getrennt von den Roboterschweißanlagen statt – so auch bei Fronius in seinem Prototypen-Zentrum. Schweißtechniker müssen infolge nicht mehr abwarten, bis laufende Schweißarbeiten beendet sind, um den Roboter für neue Aufgaben zu teachen. Vielmehr können sie sämtliche Schweißfolgen Naht für Naht von vornherein festlegen und simulieren.

Offline Programmier- und Simulationssoftware wie der Fronius Pathfinder erkennt Achslimits, berechnet Startpunkte, Endpunkte sowie Anfahrtswege. Zudem setzt die Software selbstständig Positionspunkte. Störkonturen werden gleichzeitig visualisiert und Brenneranstellungen dementsprechend korrigiert – schon im Vorfeld und nicht erst während der ersten Schweißversuche. Offline programmieren und simulieren optimiert den Schweißablauf, erhöht die Produktivität und spart unnötige Stillstandkosten.

Effizient und ressourcenschonend: roboterunterstützte Oberflächenreinigung auf Basis von Heiß-Plasma-Technologie

Für hochwertige Schweißverbindungen, wie sie im Automobilbau verlangt werden, müssen Metalloberflächen vor dem Schweißen von Fremdpartikeln oder Schmutzfilmen befreit werden. In der Vergangenheit waren hier vielfach große Mengen an chemischen Reinigungslösungen notwendig, wobei meist die gesamte Oberfläche eines Bauteils behandelt werden musste. Doch organische und filmische Verschmutzungen können im Zeichen der Industrie 4.0 nun hocheffizient beseitigt werden:

Das Oberflächenreinigungssystem Acerios von Fronius greift hierbei auf heißaktives Plasma zurück. Der Roboter führt den Brenner mit seiner Plasmaflamme bei 1.000 Grad Celsius punktgenau an die zu reinigenden Stellen, an denen anschließend geschweißt wird. Mit etwa sechs Metern pro Minute bewegt sich das reinigende Plasma dann über die Metalloberflächen. Die deutliche Effizienzsteigerung dabei: Statt so sauber wie möglich, reinigt Acerios so sauber wie nötig. Geld- und Umweltressourcen werden geschont.

Acerios Heiß-Plasma-Oberflächenreinigungssystem, Fronius-Prototypen-Zentrum, Standort Wels. - © Fronius International GmbH
Acerios Heiß-Plasma-Oberflächenreinigungssystem, Fronius-Prototypen-Zentrum, Standort Wels. © Fronius International GmbH
Voraussetzung für zukunftsorientierte Lichtbogenbeherrschung: modernes Hightech-Equipment

Doch wie sind stabile sowie spritzerarme Schweißprozesse zu generieren, die für ausgezeichnete Wurzelerfassung, hohe Abschmelzleistung bei reduzierter Streckenenergie, stabiles Einbrand-Verhalten oder konstante Lichtbogenlängen stehen? Digitale Schweißgeräte mit hoher Rechenleistung, enormen Speicherkapazitäten, extrem schnellen Bussystemen und nicht zuletzt hochdynamischen Drahtvorschüben sind die Antwort. Für derartige Systeme steht bei Fronius die Hightech-Schweißgeräteplattform TPS/i. Mit ihr gehen innovative Schweißprozesse und Prozessvarianten einher:

LSC (Low Spatter Control) zeichnet sich zum Beispiel durch hohe Lichtbogenstabilität und deutlich reduzierte Schweißspritzer aus. PMC (Pulse Multi Control) besticht durch Kennlinien wie die verbesserte Pulskorrekturfunktion oder das weiterentwickelte Synchro-Puls-Verfahren. Beide Schweißprozesse verfügen über Einbrand- und Lichtbogenlängen-Stabilisatoren. PCS (Pulse Controlled Spray-Arc) wiederum erlaubt es Anwendern, übergangslos zwischen Impulslichtbogen und Sprühlichtbogen zu wechseln, wobei der problematische Übergangslichtbogen vermieden wird.

Generell vereinfachen derartig innovative Schweißprozesse und Kennlinien die Bedienung der Schweißgeräte, sparen Zeit und erhöhen die Qualität von Schweißnähten.

Fronius-Schweißgeräteplattform TPS/i Robotics. - ©Fronius International GmbH
Fronius-Schweißgeräteplattform TPS/i Robotics. ©Fronius International GmbH
Innovativ und wirtschaftlich: die Drahtelektrode als Sensor für automatische Korrekturen

Automatisiertes, vollkommen autonomes Schweißen mit fehlerlosen Schweißnähten – das ist die Vision. Schweißsysteme sollen Spalte, Spanntoleranzen und andere Unregelmäßigkeiten selbstständig ausgleichen. Mit WireSense, SeamTracking und TouchSense stellt Fronius innovative Assistenzsysteme für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung, welche die Effizienz beim Schweißen nennenswert steigern. Mit ihrer Hilfe können Schweißroboter ihre Programme völlig autonom an Nahtverläufe anpassen.

Das verringert die Nacharbeit deutlich. Außerdem reduziert sich – im Falle von Abweichungen – der Aufwand für das nachträgliche Umprogrammieren der Roboterbahnen. Alle drei Assistenzsysteme verwenden die Drahtelektrode demnach nicht nur als Zusatzwerkstoff, sondern auch als Sensor. Einschränkungen bei der Bauteilzugänglichkeit, wie dies häufig mit Laser- oder Kamera-Sensorsystemen der Fall ist, gibt es keine. Unternehmen sparen sich Wartungsarbeiten und Ausgaben für zusätzliche Sensor-Hardware.

Real-Time-Lichtbogenüberwachung mit Kamera

Das neueste ArcView-Kamerasystem von Fronius ermöglicht einen unmittelbaren Blick auf den Lichtbogen. Damit wird eine Echtzeit-Überwachung des laufenden Schweißprozesses gewährleistet. In Kombination mit TPS/i-Stromquellen generiert ArcView pulsgesteuerte Bilder – exakt in den Dunkelphasen des Lichtbogens. Dadurch liefert das System hochauflösende Bilder, wobei unterschiedliche Belichtungen zu einem detailreichen HDR-Bild zusammengefügt werden. Bei Bedarf kann der Schweißtechniker unmittelbar korrigierend eingreifen.

Fronius ArcView: Hochauflösende HDR-Bilder für die Real-Time-Überwachung von Schweißarbeiten, Prototypen-Zentrum, Standort Wels. - ©Fronius International GmbH
Fronius ArcView: Hochauflösende HDR-Bilder für die Real-Time-Überwachung von Schweißarbeiten, Prototypen-Zentrum, Standort Wels. ©Fronius International GmbH
Schweißdatenmanagement mit webbasierten Softwarelösungen

Transparenz und Sicherheit, aber auch Produktivität und Zeitersparnis sind häufige Anforderungen in der schweißtechnischen Produktion. Hierfür ist die Aufzeichnung von Schweißdaten für Dokumentation und Analyse notwendig. Das unmittelbare Feedback aus der Produktion unterstützt in der Prozessoptimierung. Außerdem können Systemzustände überwacht und Fehler erkannt werden, um infolge sicher und mit hoher Qualität zu fertigen.

Die Datendokumentationssoftware Fronius WeldCube speichert hierfür alle relevanten Daten des Schweißprozesses. Jede einzelne Schweißnaht kann dadurch nachverfolgt werden. Zudem sind alle WeldCube-Varianten webbasierte Softwarelösungen. Nutzer können dadurch sowohl via Computer als auch über mobile Endgeräte auf WeldCube zugreifen und die Details zu jeder einzelnen Schweißnaht abrufen. Das System dokumentiert den Fortschritt der Schweißarbeiten und bewertet mittels Ampelsystem jede einzelne Schweißnaht.

Fronius WeldCube – die webbasierte Schweißdatendokumentation funktioniert sowohl auf Stand-Alone-Rechnern als auch auf mobilen Endgeräten. - © Fronius International GmbH
Fronius WeldCube – die webbasierte Schweißdatendokumentation funktioniert sowohl auf Stand-Alone-Rechnern als auch auf mobilen Endgeräten. © Fronius International GmbH
Kamera und Roboter: punktgenaues Vermessen von geschweißten Bauteilen

Ein modernes optisches Vermessungssystem – wie es auch im Fronius-Prototypen-Zentrum Verwendung findet – prüft Verzug und Bauteilabweichungen gegenüber den CAD-Konstruktionsdaten der Bauteile. Ein Roboter positioniert hierfür eine spezielle Vermessungskamera an verschiedenen Stellen der Bauteile. Bevor diese abgelichtet werden, wird ein Lichtgitter auf die Bauteile geworfen.

Mithilfe dieses Lichtgitters erkennt das System die Konturen des Bauteils und erzeugt eine dreidimensionale Aufnahme. Eine spezielle Software erkennt infolge etwaige Abweichungen von den ursprünglichen Konstruktionsdaten und wertet diese aus (Schweißfolge, Verzug, …). Die Ergebnisse aus den Vermessungsdaten dienen allerdings nicht nur der Qualitätskontrolle, sie führen auch zu einem permanenten Optimieren der Fügearbeiten.

Hohes Maß an Autonomie: Roboterschweißsysteme mit digital vernetzten Komponenten

Vielfältige Bauteile aller Größen und Formen verlangen nach intelligenten Schweißkonzepten. Die Fronius Welding Automation setzt in der Robotik auf den Plattformgedanken. Dieser ermöglicht es, standardisierte Komponenten zu einem kundenspezifischen Schweißsystem zu kombinieren. Zum Einsatz kommen Schweißroboter, Handling-Roboter und Positionierer. Darüber hinaus sind auch Wechselstationen für Brenner und Kontaktrohre, Greifer-Ablagesysteme, Bauteilschleusen für den Ein- und Austransport sowie automatisierte Regalsysteme integriert.

Die digitale Vernetzung all dieser Komponenten sowie deren zentrale Systemsteuerung gewährleistet vollautomatisierte Abläufe beim Schweißen sowie im Bauteil-Handling. Das sorgt wiederum für ein hohes Maß an Autonomie. Verfügbar sind zudem Schnittstellen zu gängigen ERP-Systemen und eine Web-API für den Datentransfer zu Drittsystemen.

(Quelle: Fronius International GmbH)

Schlagworte

FügetechnikIndustrie 4.0SchweißenSchweißtechnik

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