Der letzte Schliff

Oberflächenbearbeitung mit kollaborativen Applikationen automatisieren

Ob schleifen, schmirgeln oder polieren - die Endbearbeitung von Oberflächen ist eine Kunst für sich. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, braucht es gleichbleibende Kraftintensität und höchste Präzision. Gerade bei großen Flächen eine Herausforderung, die volle Konzentration erfordert, damit die Qualität eine ganze Schicht hindurch konstant bleibt. Automatisierung bietet hier eine Lösung, und zwar in Form von kollaborierenden Leichtbaurobotern, sogenannten Cobots. Werden diese mit dem entsprechenden Werkzeug ausgestattet, sind Unternehmen in der Lage, die mühevolle Oberflächenbearbeitung effizient und flexibel zu automatisieren und die Mitarbeiter zu entlasten.
 Anwendungsszenarien für kollaborative Schleif- und Polierapplikationen finden sich nicht nur im Möbel-, sondern auch im Schiffs- und Flugzeugbau.
Anwendungsszenarien für kollaborative Schleif- und Polierapplikationen finden sich nicht nur im Möbel-, sondern auch im Schiffs- und Flugzeugbau.Bild: OnRobot GmbH

Die technologischen Entwicklungen der vergangenen Jahre haben dafür gesorgt, dass bereits weite Teile der Produktionskette automatisiert sind. Dennoch gab und gibt es noch immer Bereiche, in denen die menschlichen Fähigkeiten kaum ersetzbar scheinen. Lange zählte dazu auch die Oberflächenbearbeitung. Sei es der ideale und gleichmäßige Anpressdruck beim Aufsetzen und Schleifen, das Ausgleichen von Fertigungs- und Lagetoleranzen oder komplexe Geometrien mit schwieriger Erreichbarkeit – das menschliche Fingerspitzengefühl und die Anpassungsfähigkeit ließen sich nur schwer imitieren. Die aufwendigen manuellen Arbeiten bedeuteten jedoch hohen Personalaufwand und Schleifmittelverbrauch, lange Durchlaufzeiten und vor allem eine physisch belastende Tätigkeit für die Mitarbeiter. Heute kann Automatisierung auch in diesem Bereich Abhilfe schaffen und den Menschen unterstützen, konstant optimale Ergebnisse zu erzielen.

Aufbau der Applikation

Vom Automatisierungsvorhaben zur konkreten Systemintegration müssen Anwender nur wenige wichtige Punkte beachten: Die Basis einer kollaborativen Applikation zur automatisierten Oberflächenbearbeitung ist der kollaborierende Roboterarm, kurz: Cobot. Welches Modell sich am besten für die geplante Anwendung eignet, hängt sowohl von der Produktionsumgebung als auch von den Anforderungen des Unternehmens ab. Hersteller und Partner beraten Unternehmen dahingehend und bieten individuelle Lösungen an.

 Exzenterschleifer wie der OnRobot Sander eignen sich zur millimetergenauen Oberflächenbearbeitung via kollaborativer Applikation und folgen präzise flachen, gewundenen oder unebenen Oberflächen.
Exzenterschleifer wie der OnRobot Sander eignen sich zur millimetergenauen Oberflächenbearbeitung via kollaborativer Applikation und folgen präzise flachen, gewundenen oder unebenen Oberflächen.Bild: OnRobot GmbH

Ein Cobot allein genügt jedoch nicht: Damit die Applikation einsatzfähig wird, braucht es funktionale Endeffektoren, also ergänzende Werkzeuge. So eignen sich etwa Exzenterschleifer wie der OnRobot Sander ideal zur millimetergenauen Oberflächenbearbeitung, weil sie in der Lage sind, flachen, gewundenen oder unebenen Oberflächen jederzeit präzise zu folgen. Sie werden zumeist mit austauschbaren Schleif- und Polier-Pads geliefert, sodass verschiedene Materialien bearbeiten werden können. Bei der Wahl des richtigen Exzenterschleifers empfiehlt es sich, auf elektrische Schleifsysteme zu setzen. Im Gegensatz zu pneumatischen Varianten funktionieren sie auch ohne externe Luftkompressoren, die in der Regel teuer und verschleißanfällig sind. Elektrische Schleifwerkzeuge punkten hier mit ihrer Langlebigkeit.

Noch präzisere Ergebnisse lassen sich durch den Einsatz von zusätzlichen Kraft-/Drehmomentsensoren erreichen, der zwischen dem Werkzeugflansch des Cobots und dem Schleifwerkzeug installiert werden. Sensoren wie der HEX-Sensor von Onrobot helfen dem Roboter, eigenständig eine Bewegungsbahn zu identifizieren. Zudem zeichnet er die Roboterbewegungen bei der Handführung auf, speichert diese ab und reproduziert sie bei allen weiteren Objekten der aktuellen Aufgabe. Soll beispielsweise eine Serie Tischplatten mit geschwungener Schnittkante geschliffen werden, führt der Arbeiter die gewünschte Bewegung einmal per Hand aus, der Roboter merkt sich diese und bildet sie bei der nächsten Platte nach. Solche Anwendungsszenarien finden sich nicht nur im Möbel-, sondern auch im Schiffs- und Flugzeugbau.

Die ersten Schritte

Sind der richtige Cobot, das passende Schleif- oder Polierwerkzeug gefunden und die entsprechenden Sensoren ausgewählt, ist die kollaborative Applikation betriebsbereit. Doch bevor die Applikation Werkstücke in Serie bearbeiten kann, muss sie zunächst angelernt werden. Dazu wird das gewünschte Objekt wie zum Beispiel eine Tischplatte aus Holz oder eine lackierte Motorhaube, im Arbeitsbereich des Cobots platziert. Im Anschluss daran kann der Weg des Werkzeugs über das Werkstück entweder über einzelne Wegpunkte im Teach-Pendant des Cobos oder über Handführung eingespeichert werden. Finishing-Werkzeuge wie der Sander von OnRobot verfügen über intuitive Software und lassen sich unkompliziert für verschiedene Applikationen programmieren.

Mit einer Speicher-Taste auf dem Werkzeug setzen Anwender Wegpunkte manuell, ohne das Teach-Pendant des Roboters zu verwenden. Die Software bietet dem Nutzer verschiedene Möglichkeiten zur Pfadplanung, etwa durch Handführung, Form oder Punkte. So können Anwender die Rotationsgeschwindigkeit anpassen und dadurch Zykluszeiten optimieren. Der Einsatz eines Kraft-/Drehmomentsensors sorgt für zusätzliche Präzision und ermöglicht Anwendern eine Reproduzierbarkeit der Anwendung, auch wenn Werkstücke nicht an exakt der gleichen Position liegen. Die Applikation kann daher auch bedient und eingerichtet werden, ohne dass Anwender über spezielle Robotik-Kenntnisse verfügen.

Zukunftsfähig und rentabel

Der Einsatz kollaborativer Applikationen zur Oberflächenbearbeitung verhilft Unternehmen zu mehr Flexibilität: Sie erlauben es ihnen, ihre Produktionsvolumina je nach Auftragslage zeit- und kostengünstig zu erhöhen oder herunterschrauben. Die Mitarbeiter können sich indes anspruchsvolleren Aufgaben widmen, bei denen ihre Expertise stärker zum Tragen kommt. Nicht zuletzt steigert der Einsatz von kollaborativer Applikationen in Zeiten des Fachkräftemangels die Arbeitgeberattraktivität gerade für jüngere Mitarbeiter.

Autor: Daniel Rubarth, Business Development Manager DACH, OnRobot A/S

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