
all about automation, Friedrichshafen
Fachmesse für Industrieautomation in der internationalen Bodenseeregion
25. und 26. Februar
www.allaboutautomation.de
Bilder: Fronius International GmbH
WireSense, TouchSense, SeamTracking und der bewährte TeachMode sind patentierte Assistenzsysteme für das Roboterschweissen aus dem Hause Fronius. Mit ihnen steigert das Schweisstechnologieunternehmen die Nahtqualität und die Effizienz in der industriellen Fertigung.
Der Schweissdraht dient dem Roboter als präziser Sensor und vereinfacht das Programmieren der Schweissbahn oder erkennt Abweichungen in der Bauteilposition sowie Spalte im Nahtverlauf. Anhand der festgestellten Positionspunkte korrigiert der Roboter den Schweissnahtverlauf und passt ihn exakt an. Das spart Material, Zeit und Kosten, weil Nacharbeit und Bauteilausschuss entfallen.
Trotz hochentwickelter Robotertechnik und nahezu perfekt ineinandergreifender Systeme kommt es in der industriellen Fertigung immer wieder zu Ungenauigkeiten und Abweichungen. Zum Teil haben bereits minimale Materialunterschiede oder ungenaue Spannvorrichtungen einen Einfluss auf das Schweissergebnis. Aufwendige Nacharbeit, teurer Bauteilausschuss oder massive Taktzeitverluste sind mögliche Folgen. Um zeitintensiven manuellen Eingriffen beim Nachjustieren entgegenzuwirken, greifen Integratoren deshalb oft zu optischen Messhilfen. Aber: Laser- und Kamerasysteme sind in Anschaffung und Wartung teuer und benötigen Platz, wodurch sie die Bauteilzugänglichkeit einschränken. Fronius hat hier die passende Antwort und stellt für die intelligenten Schweisssysteme iWave, TPS/i und TPS/i TWIN Hightech-Lösungen zur Verfügung, die weder Kamera noch händisches Nachjustieren erfordern.
Serienweise perfekte Nähte trotz Spann- und Bauteiltoleranzen
Das Assistenzsystem TouchSense wurde speziell für Kehlnähte entwickelt. Der Roboter berührt vor jeder Schweissung auto-matisch die zu fügenden Bleche am Beginn und am Ende der Schweissnaht. Dabei ist egal, wer die Berührung auslöst – Drahtelektrode oder Gasdüse. Das Signal wird immer eindeutig zugeordnet und korrekt übergeben. Beim Kontakt erzeugt die niedrige Sensorspannung einen Kurzschluss. Dieser ermöglicht dem Roboter, die Nahtposition exakt zu bestimmen und die Schweiss-parameter dynamisch anzupassen. Sehr hilfreich ist darüber hinaus auch die sofortige Warnung, sollte sich zwischen Kontaktrohr und Gasdüse eine Spritzerbrücke bilden. So kann diese rechtzeitig gereinigt werden, was die Präzision und Qualität in der Fertigung erhöht.
WireSense – einzigartige Präzision dank CMT-Technologie
Die Genialität von WireSense liegt in der Einfachheit. «Wir haben unseren hochsensiblen und dynamischen CMT-Antrieb um eine spezielle Reglersoftware erweitert. So wird der Schweiss-draht zum Sensor und kann direkt am Bauteil Konturen oder Spaltabweichungen ertasten», berichtet Philipp Schlor, Strategic Product Manager, Industrial Welding Solutions bei Fronius International. Um die präzise Kontrolle des Schweissdrahtes zu gewährleisten, muss das Fronius Schweisssystem lediglich mit einem CMT Ready-System ausgestattet sein. Das WeldingPackage, also der Schweissprozess CMT (Cold Metal Transfer) selbst, ist dazu nicht nötig.
FCMT Ready-Systeme bestehen aus Drahtvorschub an Drahtfass oder -spule, Drahtpuffer und CMT Robacta Drive-Antriebseinheit, also einem zweiten Drahtvorschub direkt am Brenner. Mittels reversierender Drahtbewegung, die bei etwa 100 Hertz stattfindet, tastet der in der Antriebseinheit befind-liche Elektromotor die Metalloberfläche mit dem Draht ab. Durch dieses hochfrequente Abtasten des Werkstücks wird die benötigte Genauigkeit erst möglich. Selbst wenn die abzutastende Fläche Unebenheiten aufweist, zum Beispiel in Form von schräg liegenden Blechen, kann die Kante problemlos detektiert und vermessen werden.
Kantenposition und Spalthöhe erkennen
«Unsere revolutionäre WireSense-Technologie nutzt die Abtastfunktion der reversierenden CMT-Drahtbewegung, um die exakte Lage des Bauteils sowie Kantenpositionen und Spalthöhen zu ermitteln. Blechstärken von 0,5 bis 20 mm können auf Stahl und Edelstahl, aber auch bei Aluminium präzise und rasch festgestellt werden», betont Schlor. Bezogen auf einen Referenzpunkt, der beim Starten des Abtastvorgangs definiert wird, kann jede Hebung und Senkung am Bauteil genauestens registriert werden. Blitzschnell vergleicht der Roboter die geteachten mit den gemessenen Positi-onen – das heisst er führt einen Abgleich von gespeicherten mit aktuell festgestellten Positionsdaten durch.
Gibt es Unterschiede, wird der Nahtverlauf im Koordinatensystem seitens Roboter entsprechend angeglichen und die Schweissung erfolgt an der richtigen Stelle.
«Roboter-Integratoren stehen mit WireSense viele Möglichkeiten offen, um hochqualitative Lösungen für herausfordernde Schweissaufgaben zu finden», verrät Schlor. «Es muss nämlich nicht zwingend die zu schweissende Nahtkante detektiert werden. Jede fixe Referenzkante am Bauteil, etwa die Bauteilkante oder eine Stanzung, kann als Ausgangspunkt dienen, von dem aus in einem bestimmten Abstand geschweisst werden soll. Auf diese Weise können auch schwer detektierbare Teile, beispielsweise ein abgerundetes Blech, an der gewünschten Position geschweisst werden.»
Spalte zuverlässig überbrücken
Die Drahtelektrode wird bei WireSense auch zum Höhensensor. So können beispielsweise bei Überlappnähten anhand der exakt vermessenen Blechkantenhöhe Spalte festgestellt werden. Für ein perfektes Ergebnis ist es dadurch möglich, im Vorfeld genau zu definieren, auf welche im Fronius Schweisssystem hinterlegten Jobs bei unterschiedlichen Spaltmassen zurückgegriffen werden soll. Infolgedessen kann der Roboter immer adäquat reagieren und die Schweissung mit jenen Parametern ausführen, die an das jeweilige Spaltmass ideal angepasst sind. Das verhindert Schweissfehler und zeitintensive Nacharbeit.
SeamTracking: Nahtverfolgung während des Schweissens
Dieses Assistenzsystem spielt seine Vorzüge insbesondere bei der Fertigung von Schienen- oder Baufahrzeugen aus. Werden dicke Bleche oder lange Nähte geschweisst, kann der Wärmeeintrag zu Bauteilverzug führen. Damit der Roboter trotzdem an der richtigen Stelle schweisst, bedarf es eines Systems, das während des Schweissvorgangs, etwa bei einer Kehlnaht oder angearbeiteten Stumpfnaht, die Schweissposition zuverlässig erkennt.
Dafür pendelt der Roboter während des Schweissens zwischen den beiden Blechen hin und her. Die dabei festgestellten Ist-Werte wandelt der Schweissregler in Signale für die Robotersteuerung um. Anhand dieser Signale erkennt der Roboter die vorgesehene Schweissposition beziehungsweise mögliche Abweichungen und korrigiert die Bahn automatisch. Die Schweissung findet zuverlässig an der korrekten Position statt.
Roboter bis zu 30 Prozent schneller programmieren
Das A und O für hohe Qualität liegt jedoch bereits im Teachen der korrekten Schweissbahn. Der bewährte TeachMode unterstützt beim Festlegen der Schweissnahtpositionen am Roboter und macht den Programmiervorgang sehr effizient. Hier verhindert die reversierende Drahtbewegung das Verbiegen des Drahtes bei einer Berührung mit dem Bauteil und erspart den Anwendern das Abtrennen des deformierten Drahtes sowie das neuerliche Abmessen des Stickouts.
Drahtbasierte Assistenz-systeme sparen Kosten, Zeit und Ressourcen
Wird die ohnehin vorhandene Drahtelektrode als Sensor genutzt, spart das nicht nur Kosten und Wartungsaufwand für zusätzliche Sensor-Hardware, sondern schafft auch Freiraum, da die Bauteilzugänglichkeit in keiner Weise eingeschränkt wird. Gleichzeitig reduzieren die Fronius Assistenzsysteme Ausschuss und aufwendige Nacharbeit, weil zuverlässig an der korrekten Position geschweisst wird.
Auch das nachträgliche Umprogrammieren der Roboterbahnen wird minimiert, da der Roboter selbstständig den Schweiss-nahtverlauf korrigieren kann. Insgesamt steigert dies die Effizienz der Produktion und senkt gleichzeitig sowohl den Zeit- als auch den Materialaufwand.
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CH-8153 Rümlang
T +41 (0)44 817 99 44
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