Robotergestütztes Schweißen / Lackieren

Was die Leistung umfasst

Wir schreiben Steuerprogramme für Schweiß- und Lackierroboter, die bereits in der Fertigung des Kunden stehen, und richten sie auf konkrete Teile und Vorrichtungen aus. Zur Arbeit gehören der Aufbau der Bewegungsbahnen von Brenner oder Sprühkopf, die Vorgabe von Nahtparametern und Beschichtungsschicht, die Kalibrierung von Werkzeug-Koordinatensystem und Bezugsebenen sowie die Verarbeitung von Sensorsignalen. Die Anlage selbst gehört dem Auftraggeber: Sein Arm schweißt und lackiert, während wir die Logik vorbereiten, nach der er das reproduzierbar tut. Gesondert beschreiben wir Szenarien für den Produktwechsel, Notstopps und Sicherheitszonen, damit sich die Linie umrüsten lässt, ohne das gesamte Projekt neu zu schreiben. Das Ergebnis wird als geprüfter Code plus eine an die Maschine des Kunden gebundene Dokumentation zu Punkten, Geschwindigkeiten und Parametern übergeben.

Wie der Arbeitsprozess aufgebaut ist

Robotergestütztes Schweißen und Lackieren laufen darauf hinaus, dass der Arm das Werkzeug entlang einer zuvor vorgegebenen Bahn unter Kontrolle von Geschwindigkeit, Winkel und Abstand zur Oberfläche führt. Das Programm zerlegt die Kontur des Teils in Stützpunkte und Segmente, zwischen denen die Steuerung die Bewegung interpoliert und dabei im Nahtbereich eine konstante Bahngeschwindigkeit oder beim Sprühen eine gleichmäßige Überlappung der Durchgänge hält. Die Prozessparameter (Lichtbogenstrom und -spannung, Drahtvorschub, Druck und Farbdurchfluss) werden mit der Position entlang der Bahn synchronisiert, und die Rückmeldung der Sensoren korrigiert Abweichungen in Echtzeit. Wir beschreiben diese Logik im Code der Steuerung, fahren sie in der Simulation und in Leerläufen durch und justieren sie dann am Metall nach. Die physische Arbeit führt die Anlage des Auftraggebers aus, unser Teil ist der Algorithmus und die Parameter, nach denen sie handelt.

Woher die Industrieroboter stammen

Der erste Industrieroboter Unimate ging 1961 im Werk von General Motors in Trenton im Bundesstaat New Jersey in Betrieb, wo er eine Druckgussmaschine entlud. Die Maschine ersannen George Devol, der bereits 1954 das Basispatent einreichte (erteilt 1961), und Joseph Engelberger; gemeinsam gründeten sie das Unternehmen Unimation. Das robotergestützte Schweißen als eigene Richtung formte sich bis 1969 heraus: Im umgebauten GM-Werk in Lordstown im Bundesstaat Ohio fertigte eine Linie für Widerstandspunktschweißen mit Unimate-Robotern rund 110 Karosserien pro Stunde. In den 1970er-Jahren griffen europäische Autowerke (Mercedes-Benz, Volvo, Fiat) die Technologie auf, und das Punktschweißen von Karosserien wurde zur ersten Massenaufgabe für Arme. Diese Abstammung erklärt, warum moderne Schweißzellen bis heute um eine wiederholbare Bahn und eine stabile Lichtbogenkontrolle herum aufgebaut werden.

Warum der Softwareanteil kritisch ist

Beim Schweißen und Lackieren wird das Ergebnis nicht von der Leistung des Arms bestimmt, sondern von der Genauigkeit der Bahn und der Synchronisation der Parameter mit der Bewegung. Eine Abweichung des Brenners um Bruchteile eines Millimeters oder ein Geschwindigkeitssprung im Nahtbereich erzeugt Bindefehler, Einbrand-Kerben oder Durchbrände, und ein ungleichmäßiger Durchgang des Sprühkopfs hinterlässt Läufer und ungleiche Schichtdicke. Die Kontrolle von Werkzeugneigungswinkel, Verweilzeit an den Ecken und Anfahrglattheit wirkt sich unmittelbar auf die Nahtgeometrie und den Materialverbrauch aus. Deshalb geht die wesentliche Ingenieurarbeit in Code und Kalibrierung: Gerade das Programm hält den Prozess von Teil zu Teil in der Toleranz. Die Anlage des Kunden kann die Bewegung mit hoher Genauigkeit wiederholen, aber diese Genauigkeit muss korrekt vorgegeben und geprüft werden, sonst arbeitet die Wiederholgenauigkeit gegen die Qualität.

In welchen Sprachen wir arbeiten

Für Arme von Universal Robots schreiben wir in URScript: Das ist die Sprache ihrer Steuerung, die Bewegungen vorgibt, auf Ein- und Ausgänge zugreift und die Logik der Signalverarbeitung direkt in das Steuerprogramm einbettet. Für Roboter von ABB nutzen wir RAPID, die werkseigene Sprache ihrer Steuerungen, in der Punkte, Bahnen, Prozessparameter und das Zusammenspiel mit der Peripherie der Zelle beschrieben werden. Wenn die Aufgabe Bildverarbeitung, die Koordination mehrerer Geräte oder eine komplexe Verarbeitung von Sensordaten erfordert, binden wir ROS2 ein: Es verbindet die Systemknoten über Nachrichtenaustausch und nimmt der Steuerung die Logik der oberen Ebene ab. Die Wahl des Stacks hängt davon ab, welche Anlage beim Auftraggeber steht, und nicht umgekehrt. In allen Fällen wird der Code für die konkrete Maschine des Kunden geschrieben und an deren Kinematik und Vorrichtung geprüft.

Wann diese Werkzeuge entstanden

Die Sprache RAPID stellte ABB 1994 zusammen mit der Steuerung S4 vor und ersetzte damit das frühere ARLA, und seither ist sie die wichtigste für ihre Arme. Universal Robots wurde 2005 in Odense (Dänemark) gegründet, der erste Serien-Cobot UR5 kam 2008 auf den Markt und wird mit der eigenen Sprache URScript gesteuert. ROS entstand aus dem Projekt STAIR in Stanford, der erste Code-Commit erfolgte am 7. November 2007 bei Willow Garage; die nächste Generation, ROS2, erhielt im Dezember 2017 das erste stabile Release Ardent Apalone. ROS2 wurde für industrielle Anforderungen an Echtzeit, Sicherheit und Mehrmaschinensysteme neu geschrieben. Diese Daten zeigen, dass der Stack, auf dem wir arbeiten, seit zwei bis drei Jahrzehnten von der Industrie erprobt ist.

Warum Sie das uns anvertrauen können

Die gesammelte Erfahrung des Entwicklungsteams übersteigt 45 Jahre in der IT, und wir gehen Roboter als Ingenieuraufgabe an, nicht als Sammlung fertiger Tastendrücke. Vor dem scharfen Start wird die Logik in der Simulation und in Leerläufen durchgefahren, Bahnen und Parameter werden an der Vorrichtung des Kunden geprüft, und erst danach geht die Zelle auf Metall oder Beschichtung. Wir produzieren keine Anlagen und schweißen nicht selbst: Es schweißt und lackiert die Maschine des Auftraggebers, während wir für die Korrektheit des Programms, die Kalibrierung und die Reproduzierbarkeit des Prozesses verantwortlich sind. Jedes Projekt wird von einer Dokumentation zu Punkten, Geschwindigkeiten und Parametern begleitet, damit sich die Linie ohne uns warten und umrüsten lässt. Diese Reihenfolge senkt das Risiko von Ausschuss und Stillstand bei der Inbetriebnahme einer Schweiß- oder Lackierzelle.