Konzertierte Aktion

Prozesssteuerung - Die Qualität des robotergestützten Schweißens hängt nicht nur vom Schweißvorgang selbst ab, sondern zu einem Großteil auch von der Steuerung. Entscheidende Fortschritte bringt ­jedoch erst die Integration der Schweißstromquelle in den Prozess.

14. Dezember 2006

Vergleicht man die Roboterschweißtechnik der heutigen Zeit mit der von vor zehn bis 15 Jahren, zeigen sich deutliche Fortschritte und Veränderungen in verschiedenen Bereichen wie Bedienerfreundlichkeit, Geschwindigkeit, Schweißperformance, Kommunikation zwischen Roboter und Stromquelle sowie der Wirtschaftlichkeit beim Einsatz. Zudem müssen Roboterschweißsysteme heute immer komplexere Aufgaben in immer kürzeren Zeiten effektiver und mit geringer Fehlerrate erledigen, und das bei sinkenden Kosten. Speziell auch in der Automobilindustrie unabdingbar sind hier in der Regel vernetzte Robotersysteme mit der Möglichkeit, die Schweißdaten des Bauteils zu erfassen und zu dokumentieren. Für Hersteller von Sicherheitsbauteilen wie Achsträger, Sitzen oder Lenksäulen ist dies sicherlich bald ein Muss.

Die heutige MIG/MAG/WIG Roboterschweißtechnik gewährleistet sehr gute Schweißergebnisse bei allen Materialien wie Stahl, verzinktem Stahl, Edelstahl oder Aluminium. Das war nicht immer so: Ende der 70er Jahre beispielsweise arbeiteten die Roboter mit Steuerung und Stromquelle als separate Einheiten mit jeweils eigenen Aufgaben im Schweißprozess: Die Roboter sollten einen regelmäßig wiederkehrenden Bewegungsablauf präzise ausführen, die Stromquelle einen stabilen Lichtbogen erzeugen und die Schweißnaht mit wenig Spritzern produzieren. Dies geschah über eine analoge Verbindung, die jedoch die vorgegebenen Schweißparameter nur unzureichend einhalten konnte. Systeme auf Basis dieser Technologie werden teilweise noch in der heutigen Zeit angeboten.

Im Jahre 1993 realisierte Panasonic die digitale Verbindung zwischen Roboter und Stromquelle und ermöglichte damit einen deutlich schnelleren Datenaustausch von 512 Kb/s, was die Abweichung der Schweißparameter reduzierte. Zusätzliche Aufgaben, wie die Überwachung, Erfassung und Analyse der Schweißdaten, erfordern dabei jedoch zusätzliches Equipment. Diese digitale Kommunikation hat sich bis heute noch nicht bei allen Herstellern von Robotern und Stromquellen etabliert. Stattdessen kommt das so genannte Job-Call-Verfahren zum Einsatz, also der Abruf einer Schweißkennlinie in der Stromquelle durch die Robotersteuerung.

Digitale Steuerung und Stromquelle

Der heutige Stand der Technik ist die echte Verschmelzung von Robotersteuerung und Schweißstromquelle zu einer Einheit. Bei Panasonic heißt die Lösung Tawers (The Arc Welding Robot System) und bedeutet mehr als den Einbau der Stromquelle innerhalb des Robotersteuerungsschrankes. Die Kommunikation auf Busebene ermöglicht eine 250 Mal schnellere Verbindung und damit eine Echtzeitsynchronisation von Stromquelle und Roboter. Das Tawers-Verfahren besitzt eine automatische Drahtlängenabstandskontrolle, die einen konstanten Einbrand gewährleistet. Ein automatisches Anheben des Roboterarmes bei Zündstart reduziert Spritzer, regelt den Kurzschluss und baut einen optimalen Lichtbogen auf.

Die Erfassung, Speicherung und Analyse der Schweißdaten in Verbindung mit dem Roboterprogrammpunkt ermöglichen eine eindeutige Zuordnung der Parameter

zur entsprechenden Schweißnaht und auch zum jeweiligen Bauteil. Das neue Schweißverfahren SP-MAG bis 200 Ampere verbleibt im Kurzlichtbogen und erzielt, ähnlich wie auch beim Pulsschweißen, eine geringe Spritzbildung, jedoch ohne das übliche Risiko von Randkerben. Eine immer größere Rolle für Produktionsbetriebe, um die Bauteilqualität und Schweißparameter zu überwachen und so eine konstante Produktqualität zu erreichen, spielt heute das Qualitätsdatenmanagement. Ein unerlässlicher Faktor auf dem Weg zur Qualitätssteigerung ist die Beherrschung des Schweißprozesses. Hierfür ist eine genaue Kenntnis einer Vielzahl von Parametern notwendig, die während des Schweißvorgangs präzise geregelt, aufgezeichnet und ausgewertet werden müssen. Zukünftig werden die Anforderungen an die Prozessüberwachung noch zunehmen, so dass es die Aufgabe der Hersteller von Roboterschweißsystemen sein muss, Lösungen in diesem Bereich anzubieten, die den Ansprüchen der Anwender gerecht werden und eine Analyse ohne teure weitere Einrichtungen ermöglichen.

Ergonomie hilft Kosten sparen

Ein zentraler Aspekt für den Anwender ist die einfache Bedienbarkeit, da hiermit ein erhebliches Kosteneinsparpotential verbunden ist: Je einfacher sich ein Roboter bedienen lässt, desto kürzer sind die Schulungszeiten und desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Bedienerfehlern mit der möglichen Folge von Produktionsausfällen und Schäden an den Maschinen. Außerdem lassen sich damit die Programme schneller erstellen.

Ein Umdenken der Anwender im Sinne der Gesamtkostenbetrachtung hat bereits stattgefunden: Augenscheinlich günstige Anfangsinvestitionen werden relativiert durch die wahren Produktionskosten wie erheblich längere Schweißzeiten, höhere Nacharbeit und Schnittstellenprobleme zwischen Stromquelle und Roboter. Der Wettbewerb wächst weiter, sowohl für den Anwender wie für den Hersteller, und die Standortfrage ist dabei immer eine Frage der Gesamtkosten. Das Motto ›Geiz ist geil‹ wird zwar bei einigen Anwendern und Herstellern weiter bestehen bleiben, doch ein Motto gilt weiterhin: Qualität hat ihren Preis.

Stefan Klein, Panasonic

Erschienen in Ausgabe: Wer macht was?/2007