Der Roboter UR5 von Universal Robots für die sogenannte „Hochzeits“-Verschraubung von Sitz- und Lehnenrahmen, dem letzten und wichtigsten Produktionsschritt vor der Endmontage, im Lear-Werk Besigheim zuständig. (Bild: Universal Robots)

Der Roboter UR5 von Universal Robots für die sogenannte „Hochzeits“-Verschraubung von Sitz- und Lehnenrahmen, dem letzten und wichtigsten Produktionsschritt vor der Endmontage, im Lear-Werk Besigheim zuständig. (Bild: Universal Robots)

DK-ODENSE (mg). Die Lear Corporation ist ein international tätiger Automobilzulieferer, der sich auf Sitzsysteme und Autoelektronik spezialisiert hat. An seinem Produktionsstandort in Besigheim werden im Schichtbetrieb Autositze just-in-time, also nach Bedarf, montiert. Dabei gilt es, schnell und flexibel zu arbeiten und dennoch qualitativ hochwertige Produkte zu garantieren.

Um die Prozesssicherheit beim Verschrauben von Autositzen und Lehnen zu erhöhen, entschied sich Lear diesen Produktionsabschnitt zu automatisieren. Der Standort ist ein reines Montagewerk ist, in dem vor allem das Polstern der Sitze durchgeführt wird. Bisher verfügten die Mitarbeiter nur über geringe Erfahrungen mit Robotertechnologie, weshalb die Automatisierungstechnik wartungsarm und einfach zu steuern sein sollte.

Eine besondere Herausforderung bei diesem Projekt bildeten die eingeschränkten Platzverhältnisse in der Produktionshalle: „Die Autositze werden an einem Förderband montiert. Auf diesem passieren sie nacheinander auf sehr engem Raum die einzelnen Produktionsschritte. Wir brauchten deshalb einen kleinen, beweglichen Roboter, der in unmittelbarer Nähe zum Menschen einsetzbar ist“, erläutert Harald Beil, Manager Industrial Engineering bei der Lear Corporation GmbH.

Der Systemintegrator Faude Automatisierungstechnik konnte eine Lösung bieten, die allen Anforderungen entsprach: Der sechsachsige Leichtbauroboter UR5 des dänischen Herstellers Universal Robots. Der nur 18 kg schwere Roboter verfügt über eine Reichweite von 85 cm und eine Hebekraft von 5 kg. „Ein wesentlicher Vorteil des UR5 ist dessen intuitive Benutzerführung. Über ein Touchpad werden dem Roboter die einzelnen Wegpunkte gezeigt und gespeichert. Eine eintägige Schulung genügt, um technisch versierte, aber mit Automatisierungstechnik unerfahrene Mitarbeiter mit der Programmierung vertraut zu machen“, erklärt Dieter Faude, Geschäftsführer der Faude Automatisierungstechnik GmbH.

Roboter arbeitet ohne Sicherheitsumhausung direkt neben dem Menschen

Darüber hinaus überzeugte Lear vor allem das einzigartige Schutzkonzept des Roboters. Im Gegensatz zu raumfüllender, schwerer Automatisierungstechnologie darf der Roboter ohne Sicherheitsumhausung direkt neben dem Menschen eingesetzt werden: Sobald eine Kraft von 150 N oder mehr ausgeübt wird, stoppt er den Betrieb. Dieser Safety Mode wurde nach der europäischen ISO-Norm 10218 vom Dänischen Technologieinstitut zertifiziert. Bei allen Projekten prüft Faude den Roboter zusätzlich in seiner jeweiligen Anwendung, um Sicherheitsrisiken ausschließen zu können.

Seit Januar 2011 ist der Roboter von Universal Robots für die sogenannte „Hochzeits“-Verschraubung von Sitz- und Lehnenrahmen, dem letzten und wichtigsten Produktionsschritt vor der Endmontage, im Lear-Werk Besigheim zuständig. Eingesetzt wird er im Drei-Schicht-Betrieb und bearbeitet so rund 8 500 Verschraubungen täglich. Befestigt ist der UR5 über dem Förderband, auf dem sich die von Hand vorgeschraubten Sitze bewegen. Diese sind mit einem Transponder versehen, der individuelle Identifikationsdaten enthält. Sobald sich der Sitz unter dem Roboter befindet, wird der Transponder ausgelesen und der Roboter zieht entsprechend an beiden Seiten des Autositzes mehrere Schrauben mit einem Drehmoment von bis zu 35 Nm und vorgegebenem Einschraubdrehwinkel fest. Der gesamte Vorgang wird dabei mit Hilfe des Elektroschraubers dokumentiert.

Da die Sitze durch die vorherigen manuellen Arbeitsschritte in leicht unterschiedlichen Positionen stehen können, muss der Roboter in der Lage sein, in einem Raster von 50 x 50 mm zu erkennen, wo sich die jeweilige Schraube befindet. Gelöst wurde dies mit Hilfe des von Faude entwickelten ‚Flexvision‘ Bildverarbeitungssystems, das mit dem UR5 kommuniziert. „Anhand einer 2D-Vermessung mit einer Kamera wird der Roboter exakt positioniert, so dass er das Schraubbit genau am Schraubenkopf platzieren kann. Dank seinen sechs Achsen ist er so beweglich, dass er schnell den richtigen Drehwinkel einnehmen kann“, beschreibt Faude. Vor der Integration in die laufende Produktion testeten Faude und Lear die Schnittstellen mit dem Roboter und die Lichteinflüsse, um die optimalen Kameraeinstellungen zu eruieren.

Roboter trägt entscheidend zur Fehlervorbeugung bei

Da die Verschraubungen digital überwacht werden und der Roboter über das Bildverarbeitungssystem Fehler sofort erkennt, sorgt die Automatisierung dieser Schlüsselstelle für eine erhöhte Prozesssicherheit. Fehlen beispielsweise Schrauben an einem Sitz, selektiert der Roboter dieses Produkt aus und gibt über ein Warnsignal eine Fehlermeldung ab. „Unsere Mitarbeiter ergänzen diese dann per Hand an einer Nacharbeitsstation. Da der Roboter eine hohe Anzahl Schrauben vor der Endmontage befestigt und überwacht, trägt er entscheidend zur Fehlervorbeugung und damit zur Qualitätssicherung bei“, erklärt Beil.

Die Anschaffungskosten der Systemlösung inklusive des Roboters lagen bei rund 50 000 Euro und amortisierten sich bereits nach wenigen Monaten. Da der UR5 besonders energieeffizient arbeitet, sind auch die laufenden Betriebskosten überschaubar. Harald Beil bewertet den Einsatz des Roboters daher positiv: „Wir sind sehr zufrieden mit dem Preis-Leistungs-Verhältnis des UR5. Aufgrund seines Sicherheitsmodus und seiner Wendigkeit fügt er sich perfekt in unsere Produktionsbedingungen ein. So konnten wir schnell erste Erfolge in Sachen Kostenoptimierung und Prozesssicherheit verbuchen.“ Derzeit prüft die Lear Corporation, ob die vollautomatische Verschraubung der Autositze europaweit in die Produktion integriert werden kann. Darüber hinaus wird überlegt, den Roboter in weiteren Anwendungen einzusetzen, etwa bei Füge- und Klebevorgängen sowie Sägearbeiten.