Cobot-gestützte Vor- und Nachbearbeitung metallischer Struktur- und Funktionsbaugruppen für Gebäude mittels Plug-and-Produce-Powertoolintegration

Schweißnahtbearbeitung mittels handelsüblichem Elektrowerkzeug über Plug-and-Produce Schnittstelle
Quelle: Tim Brander, Fraunhofer IPA

Ziel ist ein kostengünstiges Cobot-Assistenzsystem für die automatisierte Vor- und Nachbearbeitung metallischer Baugruppen. Durch eine universelle Plug-and-Produce-Schnittstelle werden vorhandene Standard-Elektrowerkzeuge flexibel eingebunden. Dank intuitivem Teach-In und interner Kraftsensorik erhalten Handwerksbetriebe einen niederschwelligen Zugang zur Automatisierung, um Fachkräfte zu entlasten, die Effizienz zu steigern und dem Fachkräftemangel wirksam entgegenzuwirken.

Problem- und Zielbeschreibung

Kleine Metallbaubetriebe leiden unter dem Fachkräftemangel, während die zeitintensive Vor- und Nachbereitung von Schweißbaugruppen (Schleifen, Entgraten) oft 50 % der Arbeitszeit bindet. Bestehende Roboterlösungen sind für KMU meist zu teuer und unflexibel, da sie spezialisierte, kostspielige Aggregate zur Kraftregelung erfordern.

Das Projektziel ist die Entwicklung eines flexiblen Cobot-Assistenzsystems, das vorhandene Standard-Elektrowerkzeuge über eine universelle Plug-and-Produce-Schnittstelle automatisiert nutzbar macht. Kern der Innovation ist ein intuitives Teach-In-Verfahren, das Mitarbeitern ohne Programmierkenntnisse die Bedienung ermöglicht. Durch die Nutzung cobot-interner Messwerte zur Kraftregelung wird auf teure externe Sensorik verzichtet, was die Investitionshürden massiv senkt. Dies entlastet Fachkräfte von monotonen, belastenden Tätigkeiten, steigert die Prozessqualität und stärkt durch effiziente Vorfertigung die Wettbewerbsfähigkeit des Handwerks.

Detaillierter Projektablauf

Das Projekt entstand aus dem akuten Fachkräftemangel bei der Müller GmbH: Die manuelle Schweißnahtbearbeitung beansprucht einen signifikanten Anteil der Fertigungszeit, während industrielle Automatisierungslösungen für das Handwerk oft zu teuer und unflexibel sind.

Im Quick Check wurde die technische Machbarkeit erfolgreich nachgewiesen. Zunächst wurde ein modulares CAD-Konzept für Endeffektoren aus Aluminiumprofilen und 3D-gedruckten Schnellwechselhaltern entwickelt. Ein Universal Robots UR5e wurde mit einem konventionellen Winkelschleifer bestückt, um Schweißnähte an Testbauteilen zu bearbeiten. Die Bearbeitungskräfte lassen sich präzise über die internen Sensoren des Cobots erfassen, was den Verzicht auf teure externe Sensorik ermöglicht (Proof-of-Concept).

Technologisch basiert das System auf dem Cobot UR5e und mittels additiver Fertigung hergestellter Schnittstellen sowie handelsüblichen Elektrowerkzeugen. Dieser Ansatz bildet die Grundlage für die nächste Phase: Die Entwicklung eines intuitiven Teach-In-Verfahrens und adaptiver Regelungsalgorithmen für den Werkstattalltag.

Projektnutzen

• Massive Kosteneffizienz: Durch die Weiternutzung vorhandener Standard-Elektrowerkzeuge und den Verzicht auf teure externe Kraft-Momenten-Sensorik
• Fachkräfteentlastung und Ergonomie: Qualifizierte Mitarbeiter werden von monotonen, schmutzintensiven und körperlich belastenden Tätigkeiten (Schleifen, Entgraten) befreit
• Skalierbarkeit und Modellcharakter: Die universelle Schnittstelle und das intuitive Bedienkonzept lassen sich problemlos auf andere Gewerke und Werkzeuge übertragen
  

Zitat

Die Kooperation mit dem Fraunhofer IPA hat uns als kleinem Handwerksbetrieb sehr geholfen, erste Schritte zur Effizienzsteigerung unserer manuellen Tätigkeiten zu initiieren und bei Entwicklungen mitzuwirken.

berichtet Ralf Müller, Geschäftsführer und Inhaber Müller Metallbau GmbH, Rutesheim

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