Qualitätssicherung: Roboter entlasten Werker bei der Sichtprüfung

Qualitätssicherung

Roboter entlasten Werker bei der Sichtprüfung

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Im BMW-Werk in Landshut arbeiten Mensch und Roboter erfolgreich zusammen. Der stählerne Kollege hält die 30 kg schweren Kurbelwellengehäuse in einer ergonomisch günstigen Höhe, damit die Sichtprüfung für den Werker nicht zur Belastung wird.
Die MRK-Systeme GmbH mit Sitz in Augsburg ist Systempartner des Roboterbauers Kuka und hat sich auf die Mensch-Roboter-Kooperation spezialisiert. Mit dieser Technik wird die direkte Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter ohne Schutzzaun möglich. Die 16 Mitarbeiter des 2004 gegründeten Unternehmens arbeiten hauptsächlich für Kunden aus dem Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Automotive. Dazu gehört auch das Werk der BMW Group in Landshut, das eine der modernsten Leichtmetallgießereien der Welt betreibt. Für sämtliche Modelle der BMW-Flotte vom Drei- bis zum Sechszylinder-Motor werden hier die Kurbelwellengehäuse gefertigt.
Im Werk Landshut sollte die Qualitätssicherung der Kurbelwellengehäuse optimiert werden. Allerdings lässt sich dieser Prozess nicht vollständig automatisieren, denn ohne den geschulten Blick der Mitarbeiter geht es nicht. Deswegen sollte MRK eine Anlage entwickeln, in der Werker und Roboter direkt zusammenarbeiten können. Das Ziel war, die Gesundheit der Mitarbeiter zu schonen, die fortan nicht mehr die schweren Bauteile bewegen sollten. „Die Mensch-Roboter-Kollaboration sorgt für die ergonomische Entlastung der Mitarbeiter von BMW“, ist sich Michael Mohre sicher, der bei MRK für den Bereich Operations verantwortlich ist und maßgeblich an der Installation der Lösung beteiligt war. Seit rund eineinhalb Jahren stehen zwei identische Anlagen mit jeweils einem Roboter von Kuka an der Produktionslinie im bayrischen Landshut. Im Einsatz sind zwei Modelle vom Typ KR 210 R2900 prime K aus der Quantec-Serie, die für hohe Traglasten konzipiert sind. Das K am Ende der Modellbezeichnung deutet an, dass es sich um die Konsolen-Ausführung des Roboters handelt. Der Mitarbeiter steuert die Bewegungen des stählernen Kollegen über einen Joystick und kann so in einer angenehmen Körperhaltung die Bauteile auf Fehler prüfen.
In der Praxis werden die produzierten Kurbelwellengehäuse über ein Förderband in den Arbeitsbereich angeliefert. Je nach Bauart, sprich Drei-, Vier- oder Sechszylinder, wählt die überlagerte Steuerung das entsprechende Programm für die Bewegung des Roboters aus. Erreicht das Kurbelwellengehäuse den Arbeitsbereich des Roboters, steuert der Werker den Roboter zusätzlich mit einem Joystick. Der Roboter bewegt sich dabei auf einer vorgegebenen Bahn zum Gehäuse, schließt den Greifer und reicht das Bauteil dem Werker an. Jetzt kann der Arbeiter das Modul mit einer Kaltlichtlampe auf Fehler prüfen. Währenddessen hält der Roboter das rund 30 kg schwere Bauteil sicher in einer Höhe, die für den Werker ergonomisch optimal ist. Hat der Werker die Sichtprüfung abgeschlossen, fährt er den Roboter mit dem Gehäuse zurück zum Förderband und legt es ab. Der interaktive Prüfvorgang wird mit einem Knopfdruck beendet. Damit dokumentiert der Mitarbeiter, ob das Bauteil „in Ordnung“ oder „nicht in Ordnung“ ist.
Bei der direkten Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine steht die Sicherheit der Mitarbeiter an erster Stelle. Drei voneinander unabhängige Sicherheitsvorrichtungen sorgen für einen maximalen Schutz am Arbeitsplatz. Die Absicherung besteht aus einer speicherprogrammierbaren Steuerung (Safe-SPS), die auch den Greifer sicher steuert. Hinzu kommt eine sichere Robotersteuerung. Die sorgt dafür, dass sich der Roboter nur in bestimmten Arbeitsräumen mit einer festgelegten Geschwindigkeit bewegt. Und schließlich gibt es noch einen Zustimmtaster, den der Mitarbeiter gedrückt halten muss, damit sich der Roboter überhaupt bewegt. Lässt er den Taster los, stoppt der Roboter sofort.
Für die praktikable Mensch-Roboter-Kollaboration ist natürlich auch eine einfache Bedienung entscheidend. Bei der Umsetzung wurde darauf geachtet, dass sowohl Rechts- als auch Linkshänder den Roboter problemlos bedienen können. Ferner lässt sich der stählerne Gehilfe intuitiv steuern. Drückt oder zieht der Mitarbeiter den Joystick-Griff nach vorne oder hinten, bewegt sich der Roboter in diese Richtungen. Und drückt er ihn nach links oder rechts, orientiert sich der Roboter ebenfalls um. Über ein Daumenrad lässt sich zudem die Höhe des Kurbelgehäuses relativ zum Werker verstellen.
Bislang erfolgte in Landshut die Qualitätsprüfung mit Hilfe eines sogenannten Rhönrads. Dabei wurde das Kurbelgehäuse samt Rhönrad mit Muskelkraft gedreht, um es so von allen Seiten auf Fehler untersuchen zu können. Problematisch war nicht nur das hohe Gewicht, das während der Schicht ständig bewegt werden musste. Hinzu kam, dass sich insbesondere großgewachsene Mitarbeiter bei jedem Prüfvorgang bücken mussten, was auf die Dauer unvermeidlich zu Rückenproblemen führt. Unterm Strich war also eine Lösung gesucht, die die Mitarbeiter entlastet, die einfach zu bedienen ist und die mit den kurzen Taktzeiten im Werk Landshut mithalten kann. „Die Anforderungen bei BMW waren prädestiniert für den Einsatz von Robotern, weil sich die Maschinen flexibel einsetzen lassen“, weiß Michael Mohre. „Ändert sich das Bauteil, werden die Roboter einfach umprogrammiert.“ Die beiden eingesetzten Modelle sind jeweils für eine Traglast von 210 kg konstruiert und somit für alle Fälle gerüstet. Außerdem lassen sich mit der Baureihe schnelle Taktzeiten und hohe Bahngenauigkeiten umsetzen.
Die beiden Anlagen sind seit 2015 in Betrieb und somit kann ein erstes Fazit gezogen werden. „Wir konnten die Erwartungen erfüllen“, freut sich Mohre von MRK-Systeme. „Die Taktzeiten werden eingehalten und die Arbeit ist für die Werker deutlich angenehmer geworden.“ Mittlerweile arbeiten Mohre und seine Kollegen an einer Erweiterung der Anlage. Es sollen zwei weitere Prüfstände errichtet werden, denn nur so kann die Qualitätssicherung mit der steigenden Produktion Schritt halten. „Die künftigen Anlagen sind vom Prinzip her identisch mit den bestehenden Lösungen“, verrät Mohre. „Abgesehen von ein paar neuen Features.“ (ub)
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