Flexible Teilautomatisierung des robotergestützten mechanischen Fügens bei hohen Zangengewichten

Die Potentiale von kosten- und zeiteffizienten mechanischen Fügetechnologien werden insbesondere im Musterbau und der Kleinserienfertigung nicht optimal ausgenutzt. Dabei ist der derzeitige Stand der Produktion häufig gekennzeichnet durch vorlochbehaftete und manuell zu führende mechanische Fügesysteme mit begrenzten Kräften und Nietdurchmessern. Alternativ werden stationäre Systeme eingesetzt, die aus einer Gewichtsausgleichseinrichtung (bspw. Balancer oder Krane) und schweren Fügezangen bestehen und dementsprechend in der Flexibilität eingeschränkt sind. Der für beide Varianten erforderliche hohe Personalbedarf führt zu einer reduzierten Produktivität, sodass das Potential der kosten- und zeiteffizienten Herstellung von Fügeverbindungen auch zwischen verschiedenen Werkstoffen nicht vollständig ausgenutzt werden kann. Zusätzlich führt die manuelle Prozessausführung zu großen Fertigungstoleranzen und einer übermäßigen Mitarbeiterbelastung. Folgen sind beispielsweise eine geringere Reproduzierbarkeit und Produktqualität.

Das Ziel des IGF-Forschungsvorhabens ist daher die Etablierung einer intuitiven, robotergestützten, manuell geführten mechanischen Fügetechnik zur Teilautomatisierung. Weiterhin wird die Entwicklung und Qualifizierung einer erweiterten Fügeprozessüberwachung auf Basis roboterinhärenter sowie zusätzlicher Sensorik für die Fügeverfahren Clinchen und Stanznieten fokussiert.

Hierfür werden die Erkenntnisse aus einem früheren Projekt zur Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) im mechanischen Fügen auf schwere Werkzeuge mit hohen Massen und Prozesskräften überführt. Dies erfordert eine Erweiterung der aktuell bestehenden Industrieroboter mit hohen Traglasten zu einem MRK-fähigen Gesamtsystem. Durch das so entstehende flexible Bedien- und Programmierkonzept, sowie die Assistenz bei der Fügestellenbemessung wird die Einführung von Robotik und Digitalisierung in Fertigungsbereichen gefördert, die bisher durch einen hohen manuellen Arbeitsanteil geprägt sind. Sensorik und Messtechnik bieten zudem inhärent die Möglichkeit, die Systemgrenzen der Prozessüberwachung zu erweitern und so die Qualität der Fügeverbindung zu steigern. Weiter führt die einfache Art der Roboterprogrammierung (Programmieren durch Vormachen) zu einer Verkürzung der Nebenzeiten und somit zu einer höheren Effizienz.

Vielseitig einsetzbare Fertigungsmittel besitzen insbesondere in der Fertigung von Produkten in geringen Stückzahlen und im Kontext von Industrie 4.0 eine hohe Bedeutung. Eine flexible Roboterzelle für das Clinchen und Stanznieten besitzt dabei Prozessschritte, die sich auch in vielen anderen Fertigungsverfahren wiederfinden und anwenden lassen. Wichtige Forschungsergebnisse der letzten Jahre werden zusammengeführt, in einem Anlagenkonzept vereint und für den intuitiven Einsatz für Mitarbeiter ohne Kenntnisse in der Roboterprogrammierung verfügbar gemacht.