Intelligente Robotik: KoRoSys erhält laserbasierte Sensorik für adaptive Fertigungsprozesse

Wie können Robotersysteme nicht nur vorgegebene Bewegungen ausführen, sondern ihre Werkstücke erfassen, Abweichungen erkennen und ihre Fertigungsprozesse perspektivisch daran anpassen? Mit dieser Fragestellung beschäftigt sich das Institut für Leichtbau und Wertschöpfungsmanagement der BTU Cottbus-Senftenberg gemeinsam mit der S.K.M. Informatik GmbH.

Beide Partner verbindet bereits seit 2011 eine enge Zusammenarbeit. Zu den bisherigen Schwerpunkten gehört die Offline-Programmierung komplexer Werkzeugpfade für Schneid- und Schweißprozesse mithilfe der Software SKM DCAM. Nun wird diese Partnerschaft um neue Entwicklungsaufgaben in den Bereichen Sensorintegration, additive Fertigung und Mehrroboter-Simulation erweitert.

Hochpräzise Erfassung von Bauteiloberflächen

Im Mittelpunkt steht die Integration eines laserbasierten Triangulationssensors vom Typ Keyence LJX-8400 in das kollaborierende Robotersystem KoRoSys. Der Sensor ermöglicht es, Bauteiloberflächen berührungslos und mit hoher Genauigkeit zu erfassen.

Aus den aufgenommenen Messdaten lassen sich digitale Modelle der Werkstückoberfläche erzeugen. Diese können künftig als Grundlage für eine automatisierte Pfadplanung dienen – beispielsweise für das Wire Arc Additive Manufacturing, kurz WAAM. Bei diesem Verfahren werden metallische Bauteile mithilfe eines Lichtbogenprozesses und drahtförmigen Zusatzwerkstoffs schichtweise aufgebaut.

Die präzise Kenntnis der vorhandenen Bauteilgeometrie ist eine wichtige Voraussetzung, um Werkzeugbahnen an reale Oberflächen anzupassen und additive Fertigungsprozesse zuverlässig auszuführen.

Soll-Ist-Abgleich während der Fertigung

Darüber hinaus schafft die Sensorintegration die technischen Voraussetzungen für einen kontinuierlichen Soll-Ist-Abgleich. Dabei wird die geplante Geometrie fortlaufend mit dem tatsächlich gefertigten Zustand verglichen.

Auf diese Weise können Veränderungen wie Bauteilverzug, geometrische Abweichungen oder Schwankungen der Lagenhöhe erkannt werden. Perspektivisch sollen diese Informationen direkt in die Prozesssteuerung einfließen. Damit entsteht die Grundlage für adaptive Fertigungsprozesse, die auf Veränderungen während der Bearbeitung reagieren können.

Eine solche Prozessanpassung kann dazu beitragen, die Qualität additiv gefertigter Bauteile zu erhöhen, Ausschuss zu reduzieren und komplexe Fertigungsaufgaben stärker zu automatisieren.

Gemeinsame Simulation zweier Robotersysteme

Parallel zur Sensorintegration bereiten die Projektpartner ein neues Erweiterungsmodul für SKM DCAM vor. Ziel ist die virtuelle Offline-Programmierung und Simulation zweier gleichzeitig arbeitender Roboter innerhalb einer gemeinsamen Simulationsumgebung.

Dafür werden derzeit die erforderliche Infrastruktur geschaffen, vorhandene Anlagenmodelle aktualisiert und die technischen Voraussetzungen für die Modulentwicklung vorbereitet. Die gemeinsame virtuelle Darstellung soll es ermöglichen, Bewegungsabläufe beider Roboter frühzeitig zu planen und aufeinander abzustimmen.

Neben der Kollisionsvermeidung können dabei auch Erreichbarkeiten, Werkzeugbahnen und das Zusammenwirken unterschiedlicher Prozessschritte untersucht werden. Dies erleichtert die Vorbereitung komplexer Mehrroboter-Anwendungen, bevor diese an der realen Anlage umgesetzt werden.

SpreeTec neXt dankt Thomas Heptner, Robert Meyer und dem gesamten Team der S.K.M. Informatik GmbH für den produktiven Austausch und die langjährige Zusammenarbeit.

Partner: S.K.M. Informatik GmbH, ALOtec Dresden GmbH
Beteiligte: Thomas Heptner, Robert Meyer