ROBOTER-UNTERSTÜTZTE NIETOPERATIONEN
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1 ROBOTER-UNTERSTÜTZTE NIETOPERATIONEN GESIPA Tag der offenen Tür im Demonstration- and Trainingcenter Mörfelden-Walldorf, 29. Juni 2016 Dipl.Wi.-Ing. Ramez Awad Tel.: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Nobelstraße 12, Stuttgart 1
2 ÜBERSICHT 1 Einführung Ausgangssituation und Vision Anwendungsfall aus der Industrie 2 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Visionsystem + Roboter Nietprozess: Groblokalisierung der Vorrichtung, Feinlokalisierung des Nietloches, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 3 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Roboter Nietprozess: Aufspannen der Teile, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 5 Zusammenfassung Gegenüberstellung der zwei Ansätze 2
3 ÜBERSICHT 1 Einführung Ausgangssituation und Vision Anwendungsfall aus der Industrie 2 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Visionsystem + Roboter Nietprozess: Groblokalisierung der Vorrichtung, Feinlokalisierung des Nietloches, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 3 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Roboter Nietprozess: Aufspannen der Teile, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 5 Zusammenfassung Gegenüberstellung der zwei Ansätze 3
4 Ausgangssituation und Vision Montageprozesse in kleinen und mittelständischen Unternehmen Bisher: manuelle Montage, wenig Automatisierung/Roboter Starre Automatisierung nicht rentabel Lösung: Flexible Automatisierung mit Robotern? Anforderungen: Keine Roboterexperten nötig Kurze Einrichtzeit Modularität und Wiederverwendbarkeit Wenige und universelle Vorrichtungen Robuster Umgang mit Toleranzen Sicherheit 4
5 Anwendungsfall Vernieten von Stützfuß und Gehäuse für Dachgepäckträger Aufgabenstellung Bisherige Lösung Video Vision Roboter unterstützt Werker 4 Aspekte 1. Automatisierter Nietprozess 2. Umgang mit Toleranzen 3. Qualitätssicherung 4. Programmerstellung 5
6 ÜBERSICHT 1 Einführung Ausgangssituation und Vision Anwendungsfall aus der Industrie 2 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Visionsystem + Roboter Nietprozess: Groblokalisierung der Vorrichtung, Feinlokalisierung des Nietloches, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 3 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Roboter Nietprozess: Aufspannen der Teile, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 5 Zusammenfassung Gegenüberstellung der zwei Ansätze 6
7 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Arbeitsplatz Roboter Vision System Nietwerkzeug Nietautomat Fixture 7
8 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Nietprozess Initialisation Skill 1: Insert Parts and Close Fixture Skill 2: Move Fixture into Detection Area Skill 3: Detect Fixture Skill 4.1: Move to Rivet Hole Image Capturing Position Skill 4.2: Localize Rivet Hole Skill 4.3: 1st Rivet Skill 5.1: Move to Rivet Hole Image Capturing Position Skill 5.2: Localize Rivet Hole Skill 5.3: 2nd Rivet Skill 6.1: Move to Rivet Hole Image Capturing Position Skill 6.2: Localize Rivet Hole Skill 6.3: 3rd Rivet Skill 7.1: Move to Rivet Hole Image Capturing Position Skill 7.2: Localize Rivet Hole Skill 7.3: 4th Rivet Every 1000 Cycles Skill 8: Move to Home Position Skill 9: Retrieve Fixture Skill 9: Open Fixture and remove Product Calibrate robot force 8
9 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Video Video: 9
10 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Vor-/Nachteile Vorteile: Kann mit hohen Toleranzen umgehen Einfache Programmierung über Modulbausteine Kann mit verschiedenen Produkten und Nietpositionen umgehen Nachteile: Lokalisierung beansprucht Zeit Nur begrenz für Mensch-Roboter-Kollaboration geeignet Invest. Kosten für Visionsystem 10
11 ÜBERSICHT 1 Einführung Ausgangssituation und Vision Anwendungsfall aus der Industrie 2 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Visionsystem + Roboter Nietprozess: Groblokalisierung der Vorrichtung, Feinlokalisierung des Nietloches, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 3 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Roboter Nietprozess: Aufspannen der Teile, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 5 Zusammenfassung Gegenüberstellung der zwei Ansätze 11
12 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Arbeitsplatz 12
13 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Nietprozess Initialisation Skill 1: Trigger Start Skill 2: Close Fixture Skill 3: Move to riveting tool Skill 4: Switch to reduced mode Skill 5: 1st Rivet Skill 6: 2nd Rivet Skill 7: 3rd Rivet Skill 8: 4th Rivet Skill 9: Switch to normal mode Skill 10: Move to worker position Every 1000 Cycles Calibrate robot force Skill 11: Open Fixture 13
14 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Video Video: 14
15 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Vor-/Nachteile Vorteile: Programmierung mittels Robotersteuerung und Wegpunkte Sehr robust MRK geeignet Kein Vision-System nötig Nachteile: Enge Toleranzen können je nach Roboter zu Verhakung führen Produkt muss kompakt sein 15
16 ÜBERSICHT 1 Einführung Ausgangssituation und Vision Anwendungsfall aus der Industrie 2 Ansatz 1: Roboter bewegt Nietwerkzeug Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Visionsystem + Roboter Nietprozess: Groblokalisierung der Vorrichtung, Feinlokalisierung des Nietloches, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 3 Ansatz 2: Roboter bewegt Produkt Arbeitsplatz: Nietautomat & Werkzeug + Fixture + Roboter Nietprozess: Aufspannen der Teile, Einfädeln des Niets, Vernietung Vor-/Nachteile 5 Zusammenfassung Gegenüberstellung der zwei Ansätze 16
17 Zusammenfassung Gegenüberstellung - Arbeitsplatz Werker bewegt Teile und Nietwerkzeug Roboter bewegt Nietwerkzeug Roboter bewegt Teile 17
18 Zusammenfassung Gegenüberstellung - Prozessplan Werker bewegt Teile und Nietwerkzeug Roboter bewegt Nietwerkzeug Roboter bewegt Produkt Worker.insert(Part)into(Fixture) Worker.closeFixture() Camera.localize(Fixture) Camera.localize(Part.Rivethole) Robot.move(Part.Rivethole.Startposition) Robot.insert(Rivet)into(Part.Rivethole) Robot.rivet() Robot.move(Part.Rivethole.Endposition) Robot.move(HomePosition) Worker.extract(Part)from(Fixture) Robot.move(Homeposition) Worker.insert(Part)into(Fixture) Robot.closeFixture() Robot.move(Rivet.Startposition) Robot.insert(Part.Rivethole)into(Rivet) Robot.move(Rivet.Endposition) Robot.move(Homeposition) Worker.extract(Part)from(Fixture) 18
19 Invest Takt Flex. Invest Takt Flex. Zusammenfassung Gegenüberstellung Gefährdungen/Sicherheitsvorkehrungen Gefährdung Roboter bewegt Nietwerkzeug Roboter bewegt Produkt KPIs KPIs Kollision Roboter mit Mensch Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Quetschgefahr Roboterarm Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Kollision Nietwerkzeug mit Mensch Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Ummantelung Nietwerkzeug Kollision Kamera mit Mensch Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Ummantelung Kamera Quetschgefahr Nietwerkzeug & Fixtur/Teil Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Ummantelung Fixture Kollision Zuführungsschlauch Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Nietwerkzeug statisch Keine Kamera Reduzierung von Robotergeschwindigkeit Ummantelung Fixture Zuführungsschlauch statisch 19
20 ROBOTER-UNTERSTÜTZTE NIETOPERATIONEN GESIPA Tag der offenen Tür im Demonstration- and Trainingcenter Mörfelden-Walldorf, 29. Juni 2016 Vielen Dipl.Wi.-Ing. Ramez Awad Tel.: Dank Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA Nobelstraße 12, Stuttgart 20
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