Methode zur roboterbasierten förderbandsynchronen Fließmontage am Beispiel der Automobilindustrie

1 Einleitung
1.1 Flexible Automatisierung in der Montagetechnik

Die Montage stellt in der Wertschöpfungskette das letzte Glied dar. Sie ist geprägt durch die Notwendigkeit der Realisierung einer hohen Variantenvielfalt bei gleich bleibend hoher Qualität (2000). Aus Sicht der Montagetechnik ist es in diesem Zusammenhang erforderlich, weiterhin in hohen Stückzahlen zu fertigen, um vor allem hinsichtlich der Kosten konkurrenzfähige Produkte am Markt zu platzieren (ZÄH et al. 2003). Dennoch treten in der Montage die größten Zeit- und Kostenpositionen des gesamten Wertschöpfungsprozesses auf. Dies resultiert daraus, dass in der Montage sämtliche zuvor gemachten Fehler mit hohem Aufwand ausgeglichen werden müssen (MILBERG 1987, REINHART et al. 1998). Der Zeitanteil der Montage an der gesamten Produktion liegt nach ANDREASEN & AHM (1988) bei 60%, der Kostenanteil bei 30%. PFEIFFER (1989) beziffert den Anteil der Montagekosten mit etwa 50%, GAIROLA (1985) sogar mit bis zu 70%. Diese hohen Zeit- und Kostenanteile in der Montage lassen auf ein erhebliches Rationalisierungspotential schließen.

Eine Antwort auf die genannten Anforderungen sind hochflexible Montagesysteme (FELDMANN & SLAMA 2001, REINHART & ZÄH 2006). Technische Ansätze liegen in der flexiblen oder gar wandlungsfähigen Gestaltung von Betriebsmitteln für Montagesysteme (DENKENA & DRABOW 2005, HILDEBRAND 2001, POUGET 2000, WESTKÄMPER 2001, ZÄH et al. 2006b).

Der Einsatz von Robotern als flexibles Handhabungs- und Montagewerkzeug ist dabei ein zentraler Stützpfeiler. Die seit vielen Jahren ansteigenden Kosten für menschliche Arbeit und der hohe Druck, die Produktionskosten zu senken, führen dazu, dass der Automatisierungsgrad in vielen Bereichen des produzierenden Gewerbes steigt. Aber nicht nur die kostenintensive menschliche Arbeitskraft fördert den Einsatz von Robotern. Häufig arbeiten Roboter auch in für den Menschen gefährlichen Umgebungen oder führen körperlich anstrengende Arbeiten aus. Bei vielen industriellen Produktionsabläufen kommt es außerdem auf sehr hohe Präzision, Zuverlässigkeit und Kontinuität an, die oft nur der Roboter leisten kann.

Leseprobe:

8 Betrieb der Pilotanlage (S. 105-106)

8.1 Allgemeines

In Kapitel 7 wurde beschrieben, aus welchen Komponenten die Pilotanlage für die förderbandsynchrone Montage realisiert wurde. Für die Umsetzung einer möglichst hohen Verfolgegenauigkeit zwischen Roboter und Montagehauptkörper sind jedoch neben den eingesetzten Komponenten die Berechnung der vom Roboter zu fahrenden Bahn und die Ausgestaltung des gesamten Montageablaufes notwendig.

Die Berechnung der Soll-Trajektorie erfolgt im Bahnplanungsmodul der in Abschnitt 7.4 beschriebenen Adaption der Robotersteuerung. Als Eingangsgrößen stehen die Sensordaten und der vorab programmierte Montageablauf zur Verfügung. Die jeweilige Soll-Trajektorie ergibt sich aus der Korrektur der programmierten Bahn aufgrund der Sensordaten. Um die beschriebenen Vorsteuerungen benutzen zu können, ist darüber hinaus eine Prädiktion der Bahn notwendig.

Der Montageablauf wurde in Abschnitt 5.5 als Synchronisationslauf hergeleitet. Um diesen anhand eines konkreten Anwendungsbeispiels umzusetzen, sind die jeweiligen Sensorsysteme für die Bahnplanung zu aktivieren und gegeneinander zu gewichten. Darüber hinaus sind während der einzelnen Prozessphasen unterschiedliche Sensorparameter notwendig.

8.2 Bestimmung der Soll-Bahn

8.2.1 Allgemeiner Ablauf

Aufbauend auf der in Abschnitt 7.4 beschriebenen Adaption der Robotersteuerung kann die Soll-Trajektorie des Roboters berechnet werden (LANGE et al. 2008a). Vorraussetzung für die Berechnung ist das Vorhandensein einer programmierten Referenz, welche die zu korrigierende Soll-Bahn darstellt. Durch das somit gesicherte Vorliegen einer Folge von Soll-Positionen zu den einzelnen Abtastschritten ist das Geschwindigkeitsprofil gegeben.

Die Bestimmung der Soll-Bewegung des Roboters setzt sich in jedem Abtastschritt aus folgenden Teilschritten zusammen: Auslesen der programmierten Soll-Position aus der Referenztrajektorie Korrektur der Soll-Position durch Sensorwerte Bestimmung der Trajektorie der Endeffektorlage Für die Bestimmung der Soll-Position wird weiterhin angenommen, dass die Sensor-Soll-Werte auf eine nominelle Objektbahn bezogen sind.

Diese Vorgabe ermöglicht ein definiertes Annähern an das Objekt, indem eine anfänglich vorgegebene Posedifferenz im Laufe des Programms reduziert wird. Die Sensor-Soll- Werte werden implizit definiert als die Werte, die von der programmierten Referenzbahn aus gemessen werden, wenn das Zielobjekt in der nominellen Objektlage ist. Dabei sind sowohl die Soll-Bahn als auch die Objektbahn in jedem Abtastschritt durch alle sechs Freiheitsgrade vorgegeben.

8.2.2 Programmierung der Referenztrajektorie

Die Programmierung von Montageaufgaben für die förderbandsynchrone Montage, wie sie in LANGE et al. (2008c) beschrieben ist, kann grundsätzlich bei Stillstand des Fördersystems erfolgen. Die Förderbewegung wird dann nach dem Teach-In Prozess ergänzt. Beim Teach-In eines Punktes der Roboterbahn ist es notwendig, zu diesem Punkt auch die aktuelle Auslenkung des Sensors sowie die Position der Fördereinrichtung festzuhalten.

Erst dies erlaubt die spätere Berechnung eines Punktes der Referenztrajektorie. Zusätzlich ist eine Ablaufsteuerung erforderlich, in der z. B. definiert ist, welcher Teil der Bahn förderbandsynchron ist und welcher die statische Aufnahme des Bauteils oder Montagehilfskörpers betrifft. Außerdem beschreibt die Ablaufsteuerung, welche Posekomponenten sensorgestützt korrigiert sowie welche Sensoren wann für die Sensorkorrektur genutzt werden sollen. In der Ablaufsteuerung erfolgt auch die Definition der Annäherungsbewegung durch die Vorgabe von zeitabhängigen Sensor-Soll-Werten für die Position und Orientierung.