Technologie

Mit neuen Technologien den Automatisierungsgrad in der Montage erhöhen und so wirtschaftliche und qualitative Potenziale heben: Für dieses Ziel entwickeln wir pitasc, eine Software für kraftgeregelte Montageprozesse.

Im Gegensatz zu anderen Produktionsbereichen ist der Automatisierungsgrad in der Montage niedrig. So arbeitet hier weniger als ein Fünftel der weltweit genutzten Industrieroboter. Dies hat drei Hauptgründe: die Prozessvielfalt, die Variantenvielfalt sowie die Herausforderung, eine spezifische Kombination aus Kraft und Bewegung, den passenden Kontakt, erzeugen zu müssen. 

• Zur Montage gehören Prozesse wie Nieten, Schrauben, Klipsen, Kleben, Einrasten, Einrenken und Einhängen, also das Zusammenfügen von Teilen mithilfe von Kräften. Der Prozess ist bisher aufgabenspezifisch gelöst. Das bedeutet, dass aktuelle Lösungen bei der Roboterprogrammierung nicht ausreichend skalieren.
• Variantenvielfalt meint: Produkte werden zunehmend personalisiert bis hin zur Losgröße 1 hergestellt, beispielsweise in der Endmontage beim Automobilbau oder in kleinen und mittelständischen Firmen. Den Roboter jedes Mal neu zu programmieren und ihn variantenspezifisch anzupassen, ist nicht wirtschaftlich.
• Montieren oder Fügen heißt immer auch, dass es Kontakt zwischen Bauteilen gibt. Der Prozess gibt die Art des Kontakts vor und der Roboter muss passend reagieren. So müssen beispielsweise Fertigungs- oder Lagetoleranzen ausgeglichen werden.

Deshalb gilt: Klassische Roboterprogrammierung stößt für die Montage an ihre Grenzen. Sie ist zu sehr an die spezifische Aufgabe angepasst. Eine Kraftregelung wird oft nicht oder höchstens für einfache Vorgänge unterstützt. Deshalb bietet das Fraunhofer IPA Lösungen, die das schnelle Einprogrammieren entsprechend den Varianten ermöglichen.

pitasc ist als Baukastensystem strukturiert und bietet Programmbausteine, die genannte Kraftregelung und Parameter. Um pitasc zu nutzen, schließt man eine externe Steuereinheit an, die dem Roboter neue Fähigkeiten für die Montage verleiht.

Die erste Komponente von pitasc, die Programmbausteine, ermöglichen Teilaufgaben wie den Kontaktaufbau, eine Suchbewegung, das Ineinanderschieben, das Aufstecken, das Nutzen von Schnappverbindungen und viele mehr. Anwendungen lassen sich aus diesen wiederverwendbaren Bausteinen zusammensetzen. Aktuell können die pitasc-Entwickler die Bausteine beliebig kombinieren und Prozesse erstellen, künftig sollen dies auch Systemintegratoren direkt beim Anwender umsetzen.

Der zweite Teil der Lösung ist die Kraftregelung. Hierfür ist ein Sensor am Roboterflansch angebracht. Mithilfe der Datenauswertung kann pitasc Toleranzen ausgleichen, also beispielsweise fahren, bis ein Kontakt auftritt, Oberflächen entlanggleiten oder drücken, bis eine eingestellte Fügekraft erreicht ist. Zudem ermöglicht die Kraftregelung Such- und Fügestrategien, um zum Beispiel ein Nietloch oder eine Hutschiene zu detektieren, die ein paar Millimeter versetzt sein können.

Der dritte Aspekt der Lösung ist, dass die Bausteine parametrierbar sind. Die Aufgabenbeschreibung basiert auf geometrischen Merkmalen von Werkstücken und Werkzeugen und nicht auf Zielposen für den Roboter. So lassen sich einfach neue Varianten abbilden, denn es müssen lediglich die neuen Werte geometrischer Merkmale angegeben werden und der Kraftwert wird entsprechend geändert. Die gesamte Aufgabenbeschreibung ist unabhängig vom eingesetzten Roboter und pitasc unterstützt bereits mehrere Roboterhersteller (z. B. Universal Robots, Kuka, Denso, Franka Emika).