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Der COBOT benötigt keine Schutzumhausung und ermöglicht dadurch eine direkte Mensch-Roboter-Kollaboration.

Teamwork à la ZKW: Mensch und Roboter arbeiten Hand in Hand

14.04.2021

Autozulieferer ZKW setzt einen Meilenstein in der Produktion: Kollaborierende Roboter interagieren bei der Montage von Scheinwerfer-Lichtleisten direkt mit dem Fertigungspersonal. 

Nach rund einem Jahr Entwicklung und Optimierung ist das ZKW COBOT-Programm nun im Echtbetrieb angekommen. Der kollaborierende Roboter arbeitet dabei gemeinsam mit dem Personal am Fertigungsband. Während Industrieroboter abgeschirmt hinter Schutzverbauten bzw. Sicherheitstüren in einer eigenen Zelle eingesetzt werden, steht der ZKW COBOT frei und interagiert mit dem Bediener. Derzeit wird die intelligente Maschine zur Montage von Scheinwerfer-Lichtleisten eingesetzt.

Die ersten Erfahrungen sind vielversprechend: Die Teamarbeit mit dem smarten Roboter erleichtert den Mitarbeiterinnen am Band die kräfteraubende manuelle Arbeit, beschleunigt den Montageprozess um rund 20 Prozent und sorgt für eine konstant hohe Fertigungsqualität. „Beim Projekt COBOT stehen Wirtschaftlichkeit, Sicherheit und Qualität im Fokus. Der kollaborierende Roboter soll gezielt unsere Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in der Fertigung unterstützen“, sagt Oliver Schubert, CEO der ZKW Group.

Die besondere Herausforderung beim COBOT-Projekt lag nicht nur in der Umsetzung der notwendigen prozesstechnischen, sondern auch sicherheitsrelevanten Anforderungen. Die automatisierte Roboteranwendung musste ohne jegliche Schutzumhausung, Sicherheitszaun oder Lichtgitter einsetzbar sein. Vorgabe für den kollaborierenden Roboter war, eine Verschraubung von neun Schrauben in einem Scheinwerfer-Leuchtenband innerhalb einer Taktzeit von maximal 70 Sekunden zu erzielen – unter Beachtung der Sicherheitsrichtlinien für Mensch-Roboter-Kollaboration. Das Leuchtenband wird dabei händisch vom Bediener in die dafür vorgesehene Aufnahme eingelegt. Nach der Fixierung des Bauteils erteilt der Bediener per Taster die Arbeitsfreigabe für den Roboter. Während der Bediener manuell zusätzliche Bauteile positioniert, fährt der Roboter die verschiedenen Positionen der Schraublöcher an und dreht die Schrauben automatisiert ein. 

Safety first

Größte Herausforderung in der Programmierung des COBOT war es, die Sicherheit für das Bedienpersonal zu gewährleisten. „Wir haben die möglichen Gefahrenstellen genau analysiert, bewertet und in einem Sicherheitskonzept umgesetzt, etwa mittels einer beweglichen Schraubspindel. Wenn die Sensoren des Roboters oder die Schraubspindel beispielsweise einen Widerstand oder Kollision bei der Bewegung erkennen, geben Sensoren diese Information an die Sicherheits- und SPS-Steuerung des Roboters weiter. Dann stoppt beziehungsweise weicht der COBOT sofort aus. Ein normaler Industrieroboter kann das nicht“, so Christian Blamauer, ZKW COBOT-Projektleiter. Das Ausklinken des Spindel-Mundstücks benötigt nur sehr geringe Kraft. Das System kann eine eventuell auftretende Kollision zwischen z.B. Schraubspindel, Finger und Leuchtenband sofort erkennen und entschärfen. Diese Entwicklung wurde auch beim europäischen Patentamt eingereicht. Dass sich das System in der Praxis bewährt hat, bestätigt auch die ZKW-Mitarbeiterin, die mit dem COBOT zusammenarbeitet: „Ich brauche die Arbeit des COBOT nicht zu kontrollieren, ich vertraue dem Roboter blind. Wir sind ein gutes Team, ich erspare mir das anstrengende, händische Eindrehen der Schrauben.“

Die Vorteile der Mensch-Roboter-Zusammenarbeit wiegen die Investitionskosten auf. Mensch-Roboter-Kollaboration hilft, die Wirtschaftlichkeit der Fertigung zu steigern. Denn Roboter und Bediener arbeiten parallel. Zusätzlich lässt sich die Qualität aufgrund des erhöhten Automatisierungsgrades weiter absichern. Die integrierten Scanner erfasst die Seriennummer jedes Bauteils. Fehlerhafte Chargen lassen sich dadurch einfach nachvollziehen. „Zukünftig könnten weitere Arbeitsschritte in der Produktion, etwa rund um das Handling von Komponenten, mit dem COBOT unterstützt werden“, so Oliver Schubert. 

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