Inhalte der Online-Ausgabe 9-2022

Innovative Lösungen für die industrielle Robotik

B. Kuhlenkötter; J. Krüger – Ruhr-Universität Bochum und Forschungs­zentrum für das Engineering Smarter Produkt-Service Systeme; Technische Universität Berlin und Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

Diese Ausgabe mit dem Schwerpunkt „Montage – Handhabung – Automatisierung – Industrieroboter“ stellt innovative Lösungen vor, mit denen die vorangehend genannten Potenziale zu einer Erweiterung der Anwendungsfelder industrieller Robotik wie auch zur verbesserten Anpassung an wechselnde Anwendungsbedingungen erschlossen werden können. S. 533

Herausforderungen der Druckgussautomatisierung*

L. N. Josler, S. Börzel, M. Miro, F. Töberich, B. Kuhlenkötter – Lehrstuhl für Produktionssysteme, Ruhr-Universität Bochum; Breuckmann GmbH & Co. KG, Heiligenhaus

Dieser Beitrag ist Teil des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Forschungsprojekts „HiRoCast“. Es werden mögliche Herausforderungen bei der Automatisierung von Dosier- und Reinigungsprozessen im Rahmen des Druckgusses von Hochtemperaturschmelzen beschrieben. Hierfür wird das Konzept einer roboterbasierten Automatisierungslösung vorgestellt, welches trotz der enorm heraus­fordernden thermischen und chemischen Umgebungsbedingungen eine sichere Gussvorbereitung erlaubt. S. 534

Industrielle kraftgeregelte Schraubprozesse*

A. Bastidas-Cruz, T. Jaya, K. Haninger, J. Krüger – Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin

Manuelle Schraubmontagen profitieren von menschlichen feinmotorischen Fähigkeiten für die flexible Positionierung der Werkzeuge und Bauteile. Solche Prozesse lassen sich mithilfe eines kooperativen Robotersystems automatisieren, welches flexibel in einer dynamischen Umgebung agiert und insbesondere die Fähigkeit mitbringt, hohe Prozesskräfte aufzunehmen. In diesem Beitrag wird eine Methode zur Automatisierung von kraftgeregelten Schraubvorgängen beschrieben und die sich dabei ergebenden Herausforderungen erläutert. S. 540

Einsatz von Schweißrobotern im Spezialschiffbau*

A. Zych, S. Lauer, S. Dryba – Fraunhofer-Institut für Großstrukturen in der Produktionstechnik IGP, Rostock

Bei der Fertigung schiffbaulicher Unterbaugruppen werden im Universalschiffbau bereits meist Schweißroboter eingesetzt. Dagegen ist im Spezialschiffbau der Anteil automatisierter Produktionsanlagen deutlich geringer. Gründe hierfür sind unter anderem die Verarbeitung alternativer Materialien sowie die höhere Komplexität der Bauteile. Für solche Szenarien bietet die sensorbasierte Roboterprogrammierung in Verbindung mit spezieller 3D-Sensortechnik neue Chancen zum wirtschaftlichen Einsatz von Robotern. S. 547

Virtual Reality in der Steuerungstechnik*

D. Littfinski, A. Verl – Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW), Uni Stuttgart

Dieser Beitrag stellt ein Konzept für die Integration von inter­aktiven Simulationsmodellen in einer Virtual-Reality (VR)-­Simulations­umgebung vor. Dabei werden die Simulationsmodelle aus der virtuellen Inbetriebnahme (VIBN) von Produktionsan­lagen betrachtet. Ein Ziel der erweiterten VIBN mithilfe von einer VR besteht darin, die Lücke zwischen VIBN und der realen Inbetriebnahme zu schließen. Damit das vorhandene VIBN-­Modell möglichst einfach in der VR-Visualisierung integriert werden kann, ist es essenziell, eine Durch­gängigkeit des Simulationsmodells im Engineering zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird auf das bestehende Austauschdatenformat „AutomationML“ eingegangen. S. 552

Effiziente Anlagenlayouts durch intelligente Simulation*

S. Krusche, I. Al Naser, M. Bdiwi, S. Ihlenfeldt – Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz

Das Softwaretool „SafeZone“ erlaubt die effiziente und zuverlässige Berechnung von Sicherheitsbereichen (Safe Bereichen) für komplexe schutzzaunlose Roboteranlagen, zum Beispiel im Karosseriebau und der Endmontage. Unter Berücksichtigung der realen Bewegungsbahnen und Geschwindigkeiten werden – im Gegensatz zum Status Quo – nur dort Gefahrenbereiche berechnet, wo auch Gefahren entstehen können. Das spart Platz und lässt Mensch sowie Roboter sicher näher zusammenrücken.   S. 559

Kollaborative Montageprozesse mit Behavior Trees*

M. Trinh, O. Petrovic, C. Brecher; M. Behery, G. Lakemeyer – Werkzeugmaschinenlabor (WZL), RWTH Aachen; Knowledge-Based Systems Group (KBSG) der RWTH Aachen

Die kollaborative Montage vereint die Vorteile der manuellen Montage, wie Flexibilität und Fingerfertigkeit des Menschen, sowie der automatisierten Fertigung durch die Präzision und Effizienz des Roboters. Kleinen und mittleren Unternehmen fehlt oft die Expertise, um solche Prozesse – vor allem bei einer hohen Produktvarianz – zu planen und durchzuführen. Dieser Beitrag stellt ein Framework mit Behavior Trees vor, um das Problem unter Einhaltung der Sicherheitsstandards zu vereinfachen.   S. 565

Automatisierte, roboter­gestützte hybride Fertigung*

S. Wurm, S. Storms, W. Herfs – WZL, RWTH Aachen

Additive Fertigungsverfahren werden zunehmend in kleinen und mittleren Serien eingesetzt, was zu höheren Qualitätsanforderungen zum Beispiel an Oberflächeneigenschaften oder Maßhaltigkeit führen kann. Um komplexe Geometrien effizient fertigen zu können, wurde eine durchgängige roboterbasierte, hybride Fertigungskette entwickelt. Diese vereint den additiven Fertigungsprozess mit einer adaptiven spanenden Nachbearbeitung. Der Prozess wird über ein entwickeltes Software­framework geplant und gesteuert. S. 569

Automatisierter Greiferentwurf*

A. Ahrens, L. Oberfichtner, V. Richter-Trummer, R. Fritzsche, M. Todtermuschke, U. Frieß, S. Ihlenfeldt – Fraunhofer IWU, Chemnitz

Die langwierige manuelle Entwicklung von Greifsystemen wird durch das im Beitrag vorgestellte Softwaresystem automatisiert. Basierend auf dem Anforderungsprofil werden die einzelnen Bereiche der Softwarelösung vorgestellt und deren Funktionsweise erläutert. Am Beispiel der Gruppierung von Spannpunkten für Türmontagesysteme durch multikriterielle Optimierung wird das Potenzial für die breitere Anwendung der Softwarelösung in flexiblen und modularen Anlagen gezeigt. S. 574

Die Karosserie aus dem Aluminium-Druckguss*

G. Schuh, G. Bergweiler, L. Dworog, F. Fiedler – WZL, RWTH Aachen

Der Elektroautohersteller Tesla hat 2018 ein Patent zum Mega-Casting angemeldet. Mit dieser neuen Fertigungsmethode soll es zukünftig möglich sein, eine Karosserie in einem Fertigungsschritt im Aluminium-Druckguss ohne nachfolgende Wärmebehandlung zu fertigen. Der Ansatz steht der etablierten Karosseriebauweise konträr gegenüber. Was bedeutet Mega-Casting für die Automobilindustrie? Ein Expert*innen-Team des Werkzeugmaschinenlabors WZL der RWTH Aachen University hat die Chancen und Risiken des Mega-Castings in einer SWOT-Analyse untersucht. S. 580

AR-Assistenz für die modulare Spannmittelmontage

S. Sauer, D. Berndt – Fraunhofer Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF, Magdeburg

In der CNC-Bearbeitung ist es zur Kollisionsvermeidung sehr wichtig, dass real aufgebaute Spannsysteme exakt der Vor­gabe aus der CAD/CAM-Simulation entsprechen. In diesem Beitrag wird ein industrietaugliches Assistenzsystem präsentiert, mit dem per Augmented Reality (AR) die manuelle Montage von modularen Spannsystemen unterstützt wird und so Fehler vermieden werden können. Es wird aufgezeigt, dass die Kamera-Monitor-basierte AR geeignet ist, um unter rauen Bedingungen intuitive Montageanleitungen zu visualisieren. Dadurch lassen sich Bearbeitungszeiten in der CNC-­Maschine ver­kürzen und die Montage beschleunigen. S. 591

Assistenzsystem zur Verbesserung der Ergonomie*

L. Eversberg, C. Sohst, J. Lambrecht – Technische Universität Berlin, Fachgebiet Industry Grade Networks and Cloud

Zur Vermeidung von Muskel-Skelett-Erkrankungen am Arbeitsplatz, zum Beispiel während der manuellen Montage oder Reparatur, lassen sich mittels Künstlicher Intelligenz automatisierte Ergonomieanalysen basierend auf Kameradaten erstellen. Darauf aufbauend kann ein Assistenzsystem die Fachkräfte während der Arbeit bei unergonomischen Körperhaltungen warnen. Zur Vermeidung von fehlerhaften Warnungen sollte die Konfidenz der Körpererkennung mit in die Bewertung einfließen. S. 596

Die Forschungs­plattform von morgen

M. Lahres, H. Hofele, D. Krun; L.-A. Mathis, M. Bues, H. Widlroither; R. Wechner; K. Frey, R. Hahn; T. Schneider, A. Braun, A. Gerlicher; N. Reusch – Mercedes-Benz AG, Böblingen; Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation, Stuttgart; Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement, Stuttgart; Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Stuttgart; Hochschule für Medien, Stuttgart; Ingenieurbüro Reusch

Das FlexCAR besteht aus einer autonom gesteuerten Fahrzeugplattform für die Mobilität von morgen, welche Use-­Case-gesteuert als Forschungsdemonstrator fungiert, um neue technologische Features unmittelbar aus dem Forschungs­stadium nach dem Plug-and-Play –Prinzip gezielt zu implementieren. Damit kann eine frühzeitige Validierung im Hinblick auf ein künftiges Anwendungspotenzial ermöglicht werden. Offene Soft- und Hardwareschnittstellen sind hier berücksichtigt oder werden weiterentwickelt. S. 601

Exoskelette reduzieren die subjektive Belastung*

M. Schalk, I. Schalk, M. Holl, V. Kopp, T. Bauernhansl, J. Siegert, U. Schneider – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart; Institut für Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb IFF, Uni Stuttgart

Um die Nachfrage nach herstellerunabhängigen Erkenntnissen über die Wirkung und Effekte von industriell eingesetzten Exoskeletten zur Prävention von körperlicher Überlastung und physischen Schäden zu bedienen, wurde in einer Studie das subjektive Belastungsempfinden von 72 Probanden während drei unterschiedlichen standardisierten Tätigkeiten untersucht. Die Ergebnisse zeigen eine signifikante Reduktion der wahr­genommenen Belastung bei der Verwendung eines Exoskeletts im Vergleich zur Durchführung ohne Exoskelett, welche konstant über alle definierten Tätigkeiten auftritt. S. 607

KI-Auswertung von Reparaturdaten in der Luftfahrt*

F. Hörstel, F. Kähler, T. Schüppstuhl – Technische Universität Hamburg, Institut für Flugzeug-Produktionstechnik (IFPT)

Während der Flugzeug-MRO (maintenance, repair, and overhaul) werden Strukturbauteile auf Oberflächendefekte geprüft und etwaige Defekte lokal entfernt. Die Position und Ausdehnung der Reparaturstellen bestimmen maßgeblich den Wiedereinsatz des Bauteils. Die Zustandsbewertung erfolgt dabei manuell und auf Basis von Expertenwissen. In diesem Beitrag wird ein datengetriebener Auswerteansatz zur Bewertung der Reparatur vorgestellt, welcher auf Basis historischer Reparaturen eine fundierte sowie objektive Zustandsbewertung erlaubt. S. 613

DMM – Systematische datenbasierte Geschäftsmodelle*

S. Schmidt, A. J. Martin, T. Bauernhansl – Fraunhofer IPA und IFF, Universität Stuttgart

In produzierenden Unternehmen der Stückgutindustrie fallen durch die digitale Transformation immer mehr Daten an. Aufgrund zunehmend volatiler Umgebungsbedingungen sowie stetig wachsenden Kostendrucks werden Unternehmen zu alternativen, meist datenbasierten Geschäftsmodellen gedrängt. Aufbauend auf einer bestehenden Datenkategorisierung (siehe Teil 1, wt Werkstattstechnik online Ausgabe 7/8-2022, S. 501) wird in diesem Aufsatz ein Modell zur Monetarisierung von Daten produzierender Unternehmen vorgestellt und mit bekannten Geschäftsmodellmustern verknüpft. S. 619

Seilrobotergelenk für automatisiertes Hämmern*

J. Walter, S. Reitelshöfer, J. Franke; T. Nemoto, C. Bachmann, M. Gerlich – Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS); Siemens AG, München

Herkömmliche Roboter sind aufgrund der Konfiguration rigider Gelenke und empfindlicher Getriebe anfällig für Stoßbelastungen. In diesem Beitrag wird gezeigt, dass ein Robotergelenk, basierend auf einer neuartigen Topologie mit drei aktiven und drei passiven Seilen, Stoßbelastungen bewältigen kann, die bei Bearbeitungsaufgaben wie dem Hämmern auf­treten können. S. 625

Greiferfinger für eine schnelle Rekonfiguration*

M. Friedmann, S. Schabel, J. Gerber, A. Döhring, L. Meschter, J. Fleischer; M. May – Karlsruher Institut für Technologie (KIT), wbk Institut für Produktionstechnik; Schunk GmbH, Lauffen/Neckar

Handhabungsprozesse sind Teil nahezu jedes automatisierten Prozesses. Während das Handhabungsgerät verhältnismäßig einfach an neue Handhabungsaufgaben angepasst werden kann, erfolgt die Gestaltung der Greiferfinger als Schnittstelle zwischen Handhabungssystem und Objekt meist händisch und basierend auf Erfahrungswissen. Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung eines Greiferfingerbaukastens, der für eine automatisierte Konfiguration anwendungsspezifischer Greiferfinger genutzt werden kann. S. 629