Cobots oder kollaborative Roboter sind Roboter, die für die Arbeit mit und um den Menschen herum entwickelt wurden. Wie alle Roboter ermöglichen Cobots, sich wiederholende Aufgaben effizienter und präziser zu erledigen.
Wenn Sie einen Cobot in Erwägung ziehen, um die Schweißproduktivität und -sicherheit in Ihrem Betrieb zu erhöhen, lesen Sie weiter, um alles zu erfahren, was Sie für den Einstieg in eine Laserschweiß-Cobot-Lösung wissen müssen.
Was ist ein Schweißroboter?
Cobots werden für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt, haben aber in der Produktion und Fertigung, z. B. beim Schweißen, einen starken Aufschwung erlebt. Cobots zum Schweißen kombinieren einen mehrachsigen Roboterarm mit einem Schweißbrenner und einer Stromquelle und sind in der Lage, viele Schweißarbeiten auszuführen. Cobot-Arme können auf unterschiedliche Weise montiert werden, aber Schweiß-Cobots sind in der Regel an einem Tisch oder Wagen mit einer Fläche zum Aufspannen von Werkstücken befestigt.
Schweißroboter können die gleichen handgeführten Schweißverfahren wie ein menschlicher Schweißer anwenden, einschließlich Laserschweißen, MIG und WIG, Ultraschall, Plasma und Punktschweißen. Die Wahl des idealen Schweißverfahrens ist bei der Auswahl eines Cobot-Schweißsystems von entscheidender Bedeutung, da viele der Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren unabhängig vom Grad der Schweißautomatisierung bestehen bleiben.
Was sind die Vorteile des Laserschweißens?
Beim Laserschweißen wird die Energie eines Laserstrahls in Form von Wärme übertragen, um Teile zu verschmelzen oder zu verbinden. Das Laserschweißen, ob handgeführt, vollautomatisch oder integriert mit einem Roboter, bietet eine Reihe von bedeutenden Vorteilen.
Präzision und Reproduzierbarkeit
Laserschweißen ist bemerkenswert präzise und bietet gleichbleibende Ergebnisse, Schweißnaht für Schweißnaht. Da es sich um ein berührungsloses Verfahren handelt, verschlechtert sich die Qualität der Schweißnaht im Laufe der Zeit praktisch nicht. Die Präzision des Laserschweißens lässt sich hervorragend mit Robotern kombinieren, da sowohl der Prozess als auch die Bewegung hochgradig kontrolliert und wiederholbar sind.
Hitze und Verformung
Beim Laserschweißen wird die Wärme sehr präzise geleitet und es entstehen deutlich kleinere Wärmeeinflusszonen als bei anderen Schweißverfahren. Da das Laserschweißen nur minimale Wärme auf das umgebende Material überträgt und den Verzug des Werkstücks stark reduziert, ist es eine ausgezeichnete Wahl für empfindliche Merkmale und dünnere Materialien.
Flexibilität
Das Laserschweißen kann mit und ohne Schutzgas und bei einer Reihe von Materialien und Dicken durchgeführt werden. Stähle, nichtrostende Stähle, Aluminium, Kupfer, Titan, Nickel, Messing und andere Werkstoffe eignen sich hervorragend für das Laserschweißen.
Schweißgeschwindigkeit
Bei vielen Anwendungen ist das Laserschweißen deutlich schneller als alternative Schweißverfahren. Dieser Vorteil ist bei vollautomatischen Systemen am stärksten ausgeprägt, aber die höheren Schweißgeschwindigkeiten kommen auch bei handgeführten und Roboteranwendungen zum Tragen. Das Laserschweißen hat sich vor allem deshalb durchgesetzt, weil es bis zu viermal schneller ist als alternative Verfahren wie WIG.
Qualität der Schweißnaht
Beim Laserschweißen entstehen außergewöhnlich hochwertige Verbindungen mit hervorragender optischer Qualität und hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Laser können sowohl schmale als auch breite Schweißnähte erzeugen, je nachdem, wie die Laserparameter eingestellt sind, und können mit Drahtvorschubgeräten verwendet werden, um größere Schweißraupen zu erzeugen und breitere Lücken zu füllen. Lasergeschweißte Nähte erfordern oft keine oder nur eine minimale Nachbearbeitung, die über einen kurzen Durchgang mit einer Bürste hinausgeht, was die mühsame manuelle Arbeit weiter reduziert und die Produktivität erhöht.
Schweißnaht-Reinigung
Laser werden in der Fertigung und Materialbearbeitung für eine Vielzahl von Aufgaben eingesetzt, die über das Schweißen hinausgehen. Die Laserreinigung ist eine dieser Anwendungen, die sich aufgrund ihrer Schnelligkeit und Flexibilität immer größerer Beliebtheit erfreut. Einige Laserschweißsysteme bieten eine Reinigung vor dem Schweißen, um die durch Verunreinigungen verursachte Porosität in der Schweißnaht zu minimieren, während die Reinigungsfunktion nach dem Schweißen den Bedarf an langsameren Schweißnahtreinigungsmethoden wie Strahlen, Beizpaste und Schleifen reduziert oder eliminiert. Diese Laserreinigungsfunktionen werden durch denselben Laser wie die Schweißfunktionen betrieben und sind durch einen einfachen Wechsel der Brennerdüse zugänglich.
Welche Anwendungen eignen sich gut für Schweißroboter?
Die Wahl zwischen einem handgeführten Laserschweißgerät, einem vollautomatischen Laserschweißgerät oder einer Lösung dazwischen ist eine wichtige Entscheidung, insbesondere für kleinere Fertigungsbetriebe und Werkstätten. Es gibt zwar eine Reihe von Faktoren zu berücksichtigen, aber einer der wichtigsten ist, welche Art von Anwendungen, Projekten und Teilen Sie erwarten.
Letztlich sind Laserschweiß-Cobots eine Form der Automatisierung - während sie die Lücke zwischen menschlichen Schweißern und traditionellen Robotersystemen schließen, ist die Automatisierung am effektivsten, wenn sie wiederkehrende Aufgaben übernimmt.
Die beiden wichtigsten Vorteile, die ein Schweißroboter bietet, sind Produktivität und Konsistenz. Sobald einem Schweißroboter beigebracht wurde, wie man eine Schweißung durchführt, kann er dies immer wieder nahezu perfekt (und schnell) tun. Dies gilt unabhängig davon, ob dem Roboter 10 oder 100 Schweißaufgaben beigebracht worden sind. Schweißroboter glänzen vor allem bei sich wiederholenden Schweißarbeiten in Fertigungsumgebungen mit hohem Durchsatz und geringen Stückzahlen.
Sich wiederholende Schweißarbeiten können in vielen Formen auftreten. Einerseits sind viele kleine Teile, die nur eine einzige Schweißnaht erfordern, gut für einen Schweißroboter geeignet, da mehrere Teile auf einer Schweißfläche befestigt und in einem einzigen Programm bearbeitet werden können. Auf der anderen Seite sind größere Teile, die mehrere Schweißnähte erfordern, wie z. B. Fahrzeugsitze, ebenfalls oft hervorragende Kandidaten für Schweißroboter. Die Flexibilität und einfache Programmierung bedeutet, dass Schweißroboter an einem Tag ein Projekt bearbeiten und am nächsten Tag nahtlos zu einem anderen Projekt übergehen können.
Das Gleiche gilt natürlich auch für menschliche Schweißer. Doch keine noch so große Schweißfertigkeit oder Erfahrung kann Fehler, Unvollkommenheiten und Ungereimtheiten vollständig ausschließen. Wenn eine Schweißnaht nach einer exakten Spezifikation ausgeführt werden muss und Ungenauigkeiten zusätzliche Nachbearbeitungsschritte, Nacharbeit oder Ausschuss bedeuten, kann ein Schweißroboter die Lösung sein.
Automatisierung des Schweißens und der Mangel an Schweißern
Es ist kein Geheimnis, dass der Schweißerberuf in den letzten Jahren mit einigen Herausforderungen kon frontiert war, da es deutlich schwieriger geworden ist, qualifizierte Schweißer zu finden, einzustellen und zu halten. Die American Welding Society hat prognostiziert, dass es bis 2028 mehr als 300.000 offene Stellen für Schweißer geben wird, basierend auf den aktuellen Stellenangeboten, dem Branchenwachstum und der zu erwartenden Fluktuation aufgrund von in den Ruhestand gehenden Schweißern. Verarbeiter, die wettbewerbsfähig bleiben wollen, müssen Maßnahmen ergreifen, um ihre Produktivität zu erhalten.
Obwohl es sich um eine Form der Schweißautomatisierung handelt, ist es wichtig zu verstehen, dass Schweißroboter nicht als Ersatz für qualifizierte menschliche Schweißer gedacht sind. Das Gegenteil ist der Fall - per Definition sind kollaborative Roboter auf Menschen angewiesen, die sie anlernen und mit ihnen zusammenarbeiten. Selbst wenn dies nicht der Fall wäre, sind Schweißroboter nicht für jede Anwendung perfekt geeignet, z. B. wenn Teile nicht gleichmäßig zusammenpassen oder besondere Aufmerksamkeit oder Sorgfalt erfordern.
Schweißroboter bieten jedoch eine überraschend erschwingliche und einfach zu integrierende Möglichkeit, den Schweißdurchsatz und die Produktivität zu erhöhen. Die Geschwindigkeit und Konsistenz, die mit einem Cobot erreicht werden können, ermöglichen es den Schweißern, mehr zu erledigen, verringern die Ermüdung und ermöglichen es ihnen, sich auf anspruchsvollere Aufgaben zu konzentrieren, anstatt auf sich wiederholende Arbeiten. Durch die Steigerung der Produktivität der Schweißer und die Verringerung des Zeitaufwands für banale Arbeiten helfen Schweißroboter den Verarbeitern, wettbewerbsfähig zu bleiben und machen das Schweißen zu einem attraktiveren Beruf.
Wie programmiert man einen Schweißroboter?
Menschliche Schweißer interagieren mit einem Schweißroboter in erster Linie, indem sie ihn für die Ausführung von Schweißarbeiten programmieren. Die Programmierung ist ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal zwischen Cobots und herkömmlichen Industrierobotern. Bei herkömmlichen Robotern sind in der Regel Mitarbeiter mit Erfahrung in der Roboterprogrammierung erforderlich - und selbst dann ist der Prozess in der Regel komplex und zeitaufwändig. Im Vergleich dazu können Schweißroboter von Bedienern ohne Programmiererfahrung in nur wenigen Minuten programmiert werden.
Obwohl Cobots mit herkömmlichem G-Code programmiert werden können, ist dies in der Regel nicht erforderlich. Die gängigste Methode zur Programmierung eines Schweißroboters ist Teach-by-Touch. Teach-by-Touch bedeutet, dass der Roboterarm manuell durch die einzelnen Schritte des Schweißauftrags geführt wird, bevor das Programm gespeichert wird. Bei der Erstellung des Bewegungsprofils für die Schweißnaht werden Wegpunkte wie der Startpunkt und der Endpunkt der Schweißnaht festgelegt. Schweißroboter können manuell programmiert werden, indem der Arm von Hand bewegt wird oder indem ein Steuergerät verwendet wird, um den Arm zu bewegen.
Die Programmierung eines Schweißroboters umfasst jedoch mehr als nur die Ausführung der Bewegungen. Die meisten Schweißroboter enthalten eine Software, auf die der Bediener über eine Steuerung zugreifen kann, um Schweißparameter zu definieren. Im Falle des LightWELD® Cobot Systems werden Parameter wie Laserleistung, Nahtbreite, Schweißnahtart und Material definiert und die genauen Schweißschritte mit einer visuellen Programmiersprache festgelegt.
Nach dem Einlernen eines Auftrags lassen die Bediener den Roboter in der Regel bei ausgeschaltetem Laser durch das Programm laufen, um sich zu vergewissern, dass der Roboter sich wie vorgesehen verhält, bevor er den eigentlichen Auftrag ausführt. Laserschweißroboter können viele verschiedene Programme und Parametervoreinstellungen speichern, die bei Bedarf abgerufen werden können, sobald der Bediener mit den Ergebnissen zufrieden ist.
Sind Cobots zum Laserschweißen sicher?
Sicherheit ist sowohl bei Schweißrobotern als auch bei Laserschweißlösungen ein Hauptanliegen. Die Gewährleistung der Sicherheit von Bedienern und Umstehenden ist einfacher als Sie vielleicht erwarten, erfordert aber dennoch Überlegungen zu PSA und Integration.
Beginnen wir mit den Cobots selbst. Als Roboter, die für die Arbeit in unmittelbarer Nähe zu menschlichen Arbeitskräften konzipiert sind, sind Cobots in der Regel mit einer Reihe von Sicherheitsmerkmalen ausgestattet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern, die oft einen Käfig benötigen, um sicherzustellen, dass sie nicht mit Hindernissen in Berührung kommen, sind Cobots in ihrer Leistung und Kraft begrenzt, was bedeutet, dass sie sich nicht schnell genug bewegen, um Verletzungen zu verursachen. Im Falle eines Zusammenstoßes mit einem Hindernis stoppt ein Schweißroboter sofort seine Bewegung und schaltet die Schweißleistung ab. Außerdem sind Cobots in der Regel mit einer abgerundeten Geometrie und ohne Quetschstellen ausgestattet.
Beim Laserschweißen sind wie bei jeder anderen Art von Schweißen Sicherheitsmaßnahmen erforderlich. PSA für Schweißer ist notwendig und sollte hitzebeständige Handschuhe und Kleidung sowie einen Augenschutz umfassen. Beim Laserschweißen sind Laserschutzbrillen mit einer optischen Dichte (OD) von mehr als sechs bei 1070 nm die Mindestanforderung für alle, die eine Sichtlinie zum Schweißbrenner haben. Für Schweißer, die sich näher an der Schweißstelle befinden, ist außerdem ein Laserschutzhelm erforderlich. Auch Dämpfe müssen berücksichtigt werden, und eine angemessene Absaugung der Dämpfe kann eine spezielle Rauchabsaugung und ein Atemschutzgerät erfordern, wenn der Schweißbereich nicht über eine angemessene Belüftung verfügt.
Auch der Ort, an dem der Laserschweißroboter installiert wird, muss berücksichtigt werden. Einige Laserschweißroboter sind mit verriegelbaren Gehäusen ausgestattet, die bei eingeschaltetem Laser geschlossen werden können - mit dieser Option kann das System praktisch überall installiert werden. Laserschweißroboter ohne integrierte Einhausung müssen in einer geschlossenen Umgebung mit lasersicheren Wänden, verriegelten Türen und Sicherheitsschildern installiert werden. Bei der Integration von Laserlösungen sollte ein bestimmter Mitarbeiter als Laserschutzbeauftragter (LSO) fungieren, der dafür sorgt, dass die bewährten Laserschutzverfahren eingehalten werden.
Wie viel kosten Cobots zum Laserschweißen?
Die Kosten sind einer der wichtigsten und attraktivsten Aspekte eines Laserschweißrobotersystems. Herkömmliche Roboterlösungen sind in der Regel sehr teuer und erfordern sowohl viel Platz als auch einen hohen Integrationsaufwand. Schweißroboter sind kompakt, einfach einzurichten und zu integrieren und in der Regel viel preiswerter als ihre herkömmlichen Gegenstücke. Obwohl Laserschweißlösungen von vielen als teuer angesehen werden, sind Laserschweißroboter in etwa gleich teuer wie alternative Schweißrobotersysteme.
Erste Schritte mit einer Cobot-Lösung für das Laserschweißen
Die Implementierung einer Laserschweißroboterlösung kann einschüchternd wirken, insbesondere für diejenigen, die keine Erfahrung mit Automatisierung oder Laserschweißen haben. Zum Glück sind die Laserschweißexperten von IPG bereit, Ihnen zu helfen. Der Einstieg ist ganz einfach - senden Sie uns ein Muster, besuchen Sie eines unserer weltweiten Anwendungslabore oder erzählen Sie uns einfach von Ihrer Anwendung.
