IntRobAS - Intelligente Roboteranlagen in der Unikatfertigung im Schiffbau; TP3: Entwicklung intelligenter Schweißroboter für Anwendungen im Schiffbau

Abstract

In der maritimen Industrie ist in den letzten Jahren trotz wachsender Forderung nach Steigerung der Produktivität und zunehmen-dem Fachkräftemangel die Installation von Roboteranlagen im Bereich der Fertigung von Unterbaugruppen stagniert. Gründe dafür sind insbesondere die spezifischen Anforderungen von kleinen und mittleren Werften im Bereich des Spezialschiffbaus an entsprechende Anlagen (hohe Flexibilität bei geringen Investitions- und Betriebskosten). Beispiele hierfür sind die Notwendigkeit zur Verarbeitung unterschiedlicher Materialien, stark variierende Bauteilgrößen, spezifische Anforderungen an die Verarbeitung von Blechen mit geringen Materialstärken sowie die Forderung zur Minimierung des Anteils der manuellen Nacharbeit. Vor diesem Hintergrund lassen sich die wesentlichen Ziele des vorliegenden Forschungsvorhabens wie folgt ableiten: • Weiterentwicklung des Verfahrens einer sensorbasierten Roboterprogrammierung in Bezug auf den Einsatz von 3D-Sensorik, welche auch für Materialien mit hohem Reflexionsgrad geeignet ist und Entwicklung angepasster Scanstrategien. • Steigerung der Produktivität durch den flexiblen synchronen Einsatz mehrerer Schweißroboter. • Entwicklung von Verfahren zum Abbinden von Nahtenden mittels Roboter. • Minimierung notwendiger Benutzereingaben bei der Roboterprogrammierung. Durch die Verwendung von 3D-Sensorik mit dynamischem Messprinzip in Verbindung mit einer angepassten, adaptiven Scanstrategie war es möglich die sensorbasierte Roboterprogrammierung auch bei Materialien mit hohem Reflexionsgrad (z.B. Aluminium) einzusetzen. Es wurden unterschiedliche Strategien zum synchronen Robotereinsatz implementiert, so dass abhängig vom jeweiligen Bauteil optimierte Ergebnisse in Bezug auf Durchlaufzeit und Qualität der Bauteile erzielt werden können. Weiterhin wurden zur Anpassung der Schweißprogramme verschiedenen Anwendungsebenen umgesetzt und damit die Zahl der notwendigen Benutzereingaben deutlich reduziert. Die neu entwickelten Systemkomponenten wurden in einem Versuchsträger integriert und durch verschiedene Versuche mit Mockup-Strukturen getestet und weiterentwickelt. Dabei konnte deren grundsätzliche Eignung und Wirtschaftlichkeit für die beschriebene Aufgabenstellung nachgewiesen werden. Datei-Upload durch TIB In the maritime industry over recent years, despite a growing demand for improved productivity and growing shortage of qualified staff, installation of robot systems in the field of production of sub-assemblies stagnated. Reasons for this are the specific requirements on respective systems (high flexibility at low investment and operating costs) of small and medium shipyards in the sector of specialty shipbuilding. Requirements include the need for processing various materials, significant variations of the component size, specific requirements for the processing of thin sheet metals and the demand for minimization of the share of manual rework. Against this background the main goals of the research project are derived as follows: • Further development of sensor-based robot programming regarding the use of 3D sensor technology, suitable for materials with highly reflective surfaces, and the development of appropriate data capture strategies. • Increase of productivity through flexible synchronous operation of multiple welding robots. • Development of methods for automatic execution of the weld at the weld's beginning and end (open ends of profiles) • Minimization of necessary user inputs in robot programming By using dynamic 3D sensor technology in conjunction with a tailored adaptive data capture strategy, it was possible to apply sensor-based robot programming even for materials with highly reflective surfaces such as aluminum. Different strategies were developed for synchronous operation of welding robots. Therefore, depending on the respective part, optimized results regarding lead time and quality can be achieved. In addition, different application levels were introduced for robot program adaptation. Thereby the amount of needed user inputs was clearly reduced. The newly developed system components were integrated in an experimental plant. Various tests were conducted with mockup structures and system components have been optimized. As a result, fundamental suitability and economic efficiency could be demonstrated.