Transparenz und Konnektivität beim Roboterschweißen

Automatisierte Fertigung für vielfältige Produktvarianten

Die Anlage übernimmt das Heften und Schweißen zentraler Komponenten der E-Stapler-Baureihe 1251. Trotz der Variantenvielfalt arbeitet sie mit einem Automatisierungsgrad. Gefertigt werden sieben unterschiedliche Rahmenvarianten (Drei- und Vierrad, Blei-Säure-Wechselbatterie und Lithium-Ionen-Batterie) und vierzehn verschiedene Fahrerschutzdächer.

Die Anlage ist in zwei Fertigungsbereiche gegliedert, in denen insgesamt 33 Roboter Schweiß-, Heft- und Handhabungsaufgaben ausführen. Aufgrund der auftragsbezogenen Produktion bei Linde Material Handling und der daraus resultierenden Vielzahl möglicher Produktkonfigurationen sind hohe Flexibilität und eine entsprechend leistungsfähige Fertigungstechnik erforderlich.

Zentrale Anlagensteuerung und digitale Prozessüberwachung

Bereits in der Planungsphase berücksichtigten Linde Material Handling und Yaskawa die Integration des Yaskawa Production Systems (YPS). Das System übernimmt die zentrale Steuerung der Anlage und ist an die bestehende IT-Infrastruktur der Staplerproduktion angebunden.

Das YPS verarbeitet die aus MES- und ERP-Systemen eingehenden Fertigungsaufträge und setzt diese auf Anlagenebene um. Die erforderlichen Informationen werden an die übergeordnete Steuerung weitergegeben, die anschließend die Bewegungen der Roboterachsen, Rüst- und Spannvorgänge sowie die Schweißparameter für die Fertigung steuert. Nach Abschluss der Produktion werden Status- und Qualitätsdaten automatisch an die angebundenen MES- und ERP-Systeme zurückgemeldet.

Zum System gehört zudem eine Visualisierung der Anlage. Mehrere Monitore entlang der Fertigungslinie zeigen deren aktuellen Zustand sowie den Status der einzelnen Fertigungszellen in Echtzeit an. Mithilfe einer Farbcodierung lassen sich Betriebszustände, Wartungsbedarfe oder Störungen schnell erkennen. Dies unterstützt die Anlagenbediener bei der Überwachung der Prozesse und erleichtert eine zeitnahe Reaktion auf Abweichungen. Die Visualisierung ist damit ein zentraler Bestandteil des Shopfloor-Managements und unterstützt eine effiziente und sichere Anlagenbedienung.

Poka-Yoke-Prinzip verhindert Fehlbedienungen

An den manuell bedienten Schweißstationen gewährleistet das Yaskawa Production System eine Absicherung nach dem Poka-Yoke-Prinzip, um Fehlbedienungen auszuschließen. Sensoren überwachen die korrekte Positionierung der Bauteile und geben diese Informationen an die YPS Visualisierung weiter. Christopher Taupp, Project Manager Industrialization Projects bei Linde MH: „An jeder Station sind Monitore installiert, die den Mitarbeitern eine umfassende Werkerführung bieten: Sie zeigen die Einlegefolge, die richtige Positionierung sowie den aktuellen Fertigungsschritt. Und sie visualisieren die Rückmeldungen der Sensoren. So wird sichergestellt, dass alle Prozesse transparent und fehlerfrei ablaufen.“ Die Aufgaben des YPS im Hinblick auf die Prozessqualität und deren Visualisierung enden nicht beim Einlegen der Werkstücke in die Vorrichtungen. Das System gibt auch die Soll-Parameter des robotergestützten Schweißprozesseses vor, und es erfasst die Ist-Parameter – an jeder Station, für jeden Schweißpunkt und jede Schweißnaht. Warum das so ist, erläutert Christopher Taupp „Wir stellen extrem hohe Anforderungen an die Qualität des Schweißprozess. Die Daten dienen sowohl der Dokumentation als auch der gezielten Analyse und Optimierung der Anlagen bei Änderungen relevanter Parameter. Wir visualisieren diese Daten aber auch an jeder einzelnen Schweißstation.“ 

Inline-Prüfzelle prüft jede Schweißnaht

Die Inline-Prüfzelle der Anlage verdeutlicht, dass das Yaskawa Production System neben der Anlagensteuerung auch Aufgaben in der Qualitätssicherung übernimmt. In der Zelle erfolgen zwei automatisierte Messprozesse. Zunächst werden die Baugruppen von Rahmen und Fahrerschutzdach geometrisch vermessen und die ermittelten Werte mit den Sollwerten verglichen.

Darüber hinaus findet eine Schweißnahtprüfung nach DIN EN ISO 5817 statt. Dabei werden unter anderem Nahtlänge, Nahtlage und Nahtgeometrie erfasst sowie mögliche Unregelmäßigkeiten wie Poren oder Endkrater erkannt. Sämtliche Prüfdaten werden der jeweiligen Bauteil-ID zugeordnet und dokumentiert.

Die Ergebnisse werden auf Monitoren visualisiert. Dort wird das jeweilige Bauteil mit markierten Bereichen dargestellt, die gegebenenfalls einer zusätzlichen manuellen oder visuellen Prüfung bedürfen.

Das System unterstützt außerdem die Fehlersuche und Wartung. Bei Störungen kann das Servicepersonal über ein vor Ort angeschlossenes Tablet detaillierte Informationen zu den Anlagenkomponenten abrufen. Diese Möglichkeit wurde insbesondere während der Inbetriebnahme genutzt, um Fehlerursachen schneller zu identifizieren und zu beheben.

„Digitaler Zwilling“ der Anlage ermöglicht Offline-Programmierung

Alle Stationen der Fertigungslinie sind zusätzlich als 3D-Modelle in der digitalen YPS-Umgebung abgebildet. Dadurch können Roboterprogramme offline erstellt, getestet und angepasst werden, ohne den laufenden Betrieb der Anlage zu unterbrechen.

Änderungen an Schweißprogrammen, beispielsweise zur Anpassung von Schweißparametern oder Bewegungsabläufen der Roboter, lassen sich zunächst in der Simulation überprüfen. Erst nach erfolgreicher Validierung werden sie auf die reale Anlage übertragen.

Die 3D-Simulation dient zudem der Zugänglichkeitsprüfung und Kollisionskontrolle aller Komponenten. Auf diese Weise können auch komplexe Vorrichtungen und Bewegungsabläufe bereits vor ihrem Einsatz in der Produktion analysiert werden.

Die Umsetzung des Projekts erstreckte sich über einen Zeitraum von nahezu vier Jahren. Während dieser Zeit arbeiteten die Fachleute von Linde Material Handling und Yaskawa eng zusammen, um die Schweißanlage sowie das Yaskawa Production System an die Anforderungen der Produktion anzupassen. Auch während der Inbetriebnahme und der Hochlaufphase waren Mitarbeiter des YPS-Teams vor Ort in Aschaffenburg tätig, um die Einführung des Systems zu begleiten.

Fazit: Transparenz und Konnektivität bringen Mehrwert

Nach mehreren Monaten Betrieb zeigt sich, dass die neue Schweißanlage die Anforderungen der Produktion erfüllt. Zudem trägt das Yaskawa Production System zur Steuerung und Überwachung der Fertigungsabläufe bei und unterstützt unter anderem die Qualitätssicherung, die Dokumentation von Prozessdaten sowie Wartungs- und Serviceaufgaben.

Christopher Taupp: „YPS ermöglicht eine durchgängige Steuerung, Poka-Yoke-gesicherte Prozesse und eine intuitive Werkerführung. Ergänzend bietet die Offline-Programmierung in 3D-Zellen enorme Vorteile – Optimierungen können ohne Anlagenstillstand durchgeführt werden.“

(Quelle: Yaskawa Europe GmbH)