Die Fertigung von modernen LED-Beleuchtungssystemen für Premium-Fahrzeuge läuft bei ZKW in zahlreichen Arbeitsschritten und an bis zu 15 Fertigungsstationen. Teilweise sind die Komponenten so filigran und flexibel, dass sie von einer Person allein gar nicht montiert werden können, weil dafür mehr als zwei Hände notwendig wären. ZKW Lichtsysteme beschloss daher, Teile der Fertigung mit einer kollaborativen Roboter-Applikation zu automatisieren. Diese musste allen und sicherheitstechnischen Anforderungen genügen und ein gleichzeitiges Arbeiten an einem Werkstück ermöglichen.
Spaß mit den Cobots
„Die Mitarbeitenden in der Produktion arbeiten richtig gerne mit den kollaborativen Robotern von ABB. Sie haben sogar Spaß daran, bei Demonstrationen zu zeigen, was passiert, wenn man den Roboterarm berührt. Sie haben keinerlei Befürchtungen, sich während der Arbeit zu verletzen oder zu stoßen“, sagt Christian Blamauer, Leiter Anlagenbau bei der ZKW Lichtsysteme. Besonders lobt Blamauer die Leistungen seiner Auszubildenden. „Sie haben sowohl den Greifer für den Cobot produziert als auch die Programmierung der Applikation übernommen. Dies zeigt, welchen hohen Stellenwert die Ausbildung und Förderung junger Talente bei der ZKW Lichtsysteme hat.“
Mensch und Robot Hand-in-Hand
Eine Fertigung, bei der Roboter und Mensch direkt zusammenarbeiten und sich auch mal unabsichtlich berühren können, ist noch nicht alltäglich. Häufig sieht die Zusammenarbeit so aus, dass Produktionsmitarbeitende den Arbeitsbereich aus Sicherheitsgründen nach einem Arbeitsschritt verlassen müssen, bevor der Roboter weiterarbeitet. So wird zwar sichergestellt, dass sich niemand verletzen kann. Allerdings verlängert dies die Fertigungszeiten und verhindert die Montage von Komponenten, bei der Mensch und Maschine Hand-in-Hand arbeiten sollen.
Aufgrund der besonderen Anforderungen kam eine solche Koexistenz-Lösung bei ZKW Lichtsysteme nicht in Frage, denn Roboter und Mensch aollen dort gleichzeitig am Werkstück arbeiten. ZKW verwendet bewegliche, circa 60 Zentimeter lange Streifen mit zahlreichen LEDs, die in mehrere Phasen in die vorgefertigte Lichteinheit montiert werden. Dabei nimmt der Cobot den LED-Streifen auf und positioniert ihn präzise am Werkstück, wo ihn ein Mitarbeiter oder eine Mitarbeiterin festschrauben kann.
Eigenes Greifsystems entwickelt
Für die Aufnahme und Positionierung hat die ZKW Lichtsysteme ein Greifersystem selbst entwickelt, das an einem kollaborativen ABB-Roboter GoFa CRB 15000 installiert ist. Der Greifer hat sechs „Finger“, der den LED-Streifen von einem Träger aufnimmt und zur ersten Ablage- und Schraubposition bringt. Liegt der LED-Streifen in der richtigen Position, fährt jeweils ein „Finger“ zur Seite, damit die/der Mitarbeitende die Schrauben setzen und festschrauben kann.
Der elektrische Stabschrauber kommuniziert dabei mit der übergeordneten SPS. Zudem orchestriert die Ablaufsteuerung die einzelnen Arbeitsschritte und Bewegungen des Roboters. Nach Bestätigung jedes erfolgreichen Schraubprozesses geht der Roboter in die nächste Phase über, um den restlichen Teil des Streifens in richtigen Positionen zum Festschrauben zu bringen.
Leichter Greifer aus Carbon
Das Greifsystem ist komplex, darf aber nicht die maximale Traglast von fünf Kilogramm des ABB GoFa CRB 15000 überschreiten. Daher haben die Techniker der ZKW Lichtsysteme, die den Greifer entwickelt haben, eine Carbon-Konstruktion gewählt. Gefräst, montiert und justiert wurde das Greifsystem durch die Auszubildenden des internen Anlagenbaues. Wichtig war zusätzlich, das Greifsystem gewichtstechnisch optimal auszutarieren, um keine Unwuchten bei den Drehbewegungen zu erzeugen.
Azubi übernimmt Programmierung
Das Anlernen der Bewegungen und die Programmierung des Roboters hat ein Auszubildender im dritten Lehrjahr mithilfe der Simulations- und Programmier-Software RobotStudio sowie SafeMove von ABB umgesetzt. Das Robotersystem ist auch in der Lage, während der Produktion das Werkzeug zwischen linkem und rechtem Greifsystem zu wechseln. Aus Effizienzgründen wird dies im laufenden Betrieb aber so selten wie möglich durchgeführt.
Ein weiterer ABB GoFa CRB 15000 kommt in einer anderen Produktionsstraße zum Einsatz. Dort müssen Schrauben auf sehr engem Raum zur Fixierung unterschiedlicher Bauteile eingesetzt werden. Wichtig ist hier, im Prozess keine Schäden an der Lichteinheit zu erzeugen und die Schrauben sicher in verwinkelten Räumen und größeren Vertiefungen präzise zu applizieren.
Die Schraubspindel ist ebenfalls eine Entwicklung des ZKW Anlagenbaus. Die Zuführung und Vereinzelung der Schrauben erfolgen automatisch. Auch hier wechseln sich Mensch und Roboter direkt an der Lichteinheit ab und sind häufig nicht weiter als 30 Zentimeter voneinander entfernt.
Gute Zusammenarbeite
Die ZKW Lichtsysteme ist Mitte 2023 in Österreich das Unternehmen mit den meisten im Einsatz befindlichen ABB-Cobots und bekommt dafür ein Lob von ABB. „Die Einführung, Tests und Prüfungen wurden mustergültig umgesetzt. Die Roboter wurden nicht nur für einen Use Case als Prototyp validiert, sondern zügig in die industrielle Fertigung und Serienproduktion integriert“, lobt Dario Stojicic, Produktbereichsspezialist für kollaborative Roboter bei ABB Österreich, das gemeinsame Projekt.
Ein großer Vorteil bei der Umsetzung war die sehr gute Zusammenarbeit zwischen dem Sondermaschinenbau-Team bei ZKW und ABB. Die Entwicklung ist örtlich direkt neben der Fertigung. So konnte das Feedback aus der Prototypen-Produktion direkt in den Entwicklungsprozess einfließen. Bei der Entwicklung waren frühzeitig alle relevanten Personen – Betriebsrat, Arbeitssicherheit, und Produktionsverantwortliche – eingebunden.
Der Einsatz der Roboter ist für die ZKW Lichtsysteme ein wichtiger Baustein in Hinblick auf die Wettbewerbsfähigkeit. Durch die enge, echte Kooperation zwischen Mensch und Maschine hat ZKW außerdem den optimalen Mix aus Automatisierung, Wirtschaftlichkeit und Investitionskosten gefunden und arbeitet bereits an den nächsten Projekten, bei denen wieder ABB-Cobots zum Einsatz kommen werden.
ABB AG
www.abb.de/robotics
dario.stojicic@at.abb.com
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