Qualitätssicherung Mit Cobots die Qualität sicherstellen

Von Andrea Alboni*

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Verbraucher erwarten Produkte, die bei möglichst geringen Kosten maximale Qualität bieten. Gerade in Zeiten des Arbeitskräftemangels lohnt es sich für Unternehmen daher, den Bereich Qualitätssicherung und -prüfung mithilfe kollaborativer Robotik zu automatisieren.

Der Audio-Elektronikhersteller Beyerdynamic setzt zur automatisierten Beschichtung von Lautsprechermembranen kollaborierende Roboter von Universal Robots ein.
Der Audio-Elektronikhersteller Beyerdynamic setzt zur automatisierten Beschichtung von Lautsprechermembranen kollaborierende Roboter von Universal Robots ein.
(Bild: beyerdynamic)

Cobots kommen vor allem dann zum Einsatz, wenn Aufgaben für ihre menschlichen Kollegen besonders anstrengend, monoton oder fehleranfällig sind. Im Bereich der Qualitätssicherung spielen alle drei Aspekte eine Rolle: Die Prüfung am Ende einer Montagelinie ist anspruchsvoll und gleichzeitig mühsam für Mitarbeiter. Die relevanten Merkmale eines Produkts müssen mit dem bloßen Auge geprüft werden, am Ende der Schicht mit der gleichen Aufmerksamkeit wie am Anfang – eine nahezu unmögliche Aufgabe, die die zuständige Belegschaft belastet. Entsprechend hoch ist das Risiko, dass die Konzentration nachlässt und Mängel nicht erkannt werden. Maschinen sind dem Menschen hier überlegen: Sie identifizieren Mängel, Fehlproduktionen oder gar fehlende Teile jederzeit zuverlässig. Das senkt die Fehlerquote, steigert die Produktivität und erhöht die Kundenzufriedenheit.

Cobots stellen die Qualität sicher

In der Qualitätssicherung setzen produzierende Unternehmen deshalb vermehrt auf Automatisierungslösungen mit Cobots, um konstant optimale Ergebnisse zu erreichen und eine Null-Fehler-Strategie umzusetzen. Durch die signifikante Reduzierung von Qualitätsmängeln sinkt die Anzahl der Kundenreklamationen, sodass sich die Investitionskosten in die Technologie rasch amortisieren. Wie generell beim Einsatz vom Cobots gilt auch hier: Ziel ist es nicht, Mitarbeiter zu ersetzen, sondern diese zu entlasten und bessere Arbeitsbedingungen zu schaffen. Sie sollen sich Aufgaben widmen können, bei denen ihre Leistungsfähigkeit und Kompetenzen unentbehrlich sind.

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In Prüfprozessen wird häufig der übliche Gebrauch eines Produkts in einem Testaufbau simuliert, um Erkenntnisse zu Verschleiß und Materialermüdung zu erhalten. Die Qualität hingegen wird in zerstörungsfreien Prüfungen ohne Materialbeschädigung getestet. Cobots, die in solchen Verfahren zur Qualitätsprüfung zum Einsatz kommen, verfügen häufig über integrierte Vision-Systeme, also Kameras in Kombination mit Künstlicher Intelligenz. So sind sie in der Lage, optisch zu erkennen, ob ein Werkstück Produktionsfehler aufweist. Das können beispielsweise Unregelmäßigkeiten an der Oberfläche oder fehlende Teile sein.

Smarte Kamerasysteme an den Roboterarmen

In der Praxis funktioniert diese Form der Qualitätsprüfung mit Cobots beispielsweise wie folgt: An einem Produkt werden Merkmale bestimmt, die es zu prüfen gilt. Mit den Kamerasystemen, die sich an den Roboterarmen befinden, fahren die Cobots diese Merkmale in einer festgelegten Reihenfolge ab. Die aufgenommenen Bilder werden dann mittels Künstlicher Intelligenz ausgewertet und nach den gelernten Kategorien „gut“ oder „schlecht“ zugeordnet. Auf diese Weise erkennt der Cobot, ob das Produkt mängelfrei montiert ist und das Werk verlassen kann oder ob eine Korrektur erforderlich ist. Mitarbeiter können der Künstlichen Intelligenz neue Bilder anlernen und Merkmale zur Prüfung hinzufügen, indem sie den Roboterarm direkt führen.

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Der beschriebene Vorgang erfolgt am Ende eines Fertigungsprozesses. Qualitätsprüfung und -sicherung kann mit Cobots jedoch bereits zu einem viel früheren Zeitpunkt stattfinden. Erkennt ein Cobot mithilfe einer Kamera oder eines haptischen Sensors einen Fehler schon während der Produktion, wird die Weiterverarbeitung gestoppt und ein Alarm ausgelöst. Ausschuss wird auf diese Weise reduziert. Im Rahmen von Belastungstests oder haptischen Prüfverfahren an Bedienelementen lassen sich mit deren Hilfe Kräfte erfassen und auswerten sowie Funktionsfähigkeiten beurteilen.

Durch den regulären Einsatz kollaborierender Roboter zur Automatisierung von Produktionsprozessen wie Montage- oder Schweißaufgaben können Unternehmen dafür sorgen, dass ihre fertigen Produkte qualitativ hochwertiger sind.

Cobots helfen aber nicht nur, mit gezielten Qualitätskontrollen die Fehlerquote von Produkten zu verbessern. Allein durch den regulären Einsatz kollaborierender Roboter zur Automatisierung von Produktionsprozessen wie Montage- oder Schweißaufgaben können Unternehmen dafür sorgen, dass ihre fertigen Produkte qualitativ hochwertiger sind. Denn anders als ihre menschliche Kollegen, arbeiten Cobots kontinuierlich mit der gleichen Kraft und Konzentration. So ist beispielsweise die einwandfreie Ausführung einer Schweißnaht nicht länger von der Erfahrung oder Tagesform des Mitarbeiters abhängig.

Lautsprechermembrane automatisiert beschichten

Eine Steigerung der Qualität erreicht etwa der mittelständische Audio-Elektronikhersteller Beyerdynamic aus Heilbronn mit Cobots. Zur automatisierten Beschichtung von Lautsprechermembranen setzt das Unternehmen kollaborierende Roboter von Universal Robots ein, darunter ein UR5-Roboter mit 2-Finger-Greifer und Robotiq Wrist Camera, einer im Roboterarm integrierten Kamera. Ein Mitarbeitender legt einen geschweißten Kopfhörerlautsprecher auf einer vordefinierten Fläche ab, wo er von der Kamera erfasst wird. In einer Pick and Place-Anwendung setzt der UR5 den Kopfhörerlautsprecher daraufhin auf einen Drehmotor, wo anschließend ein UR3-Roboter mit integrierter Sprühpistole den Veredelungsprozess der Membran übernimmt und das Dispersionsmedium aufträgt.

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Neben einer Produktivitätssteigerung um 50 Prozent profitiert Beyerdynamic durch die Cobots auch von einer klaren Qualitätsverbesserung: „Den filigranen Arbeitsschritt der Veredelung haben zuvor drei unserer Mitarbeitenden mit Pinseln in Handarbeit ausgeführt“, erklärt Jörg Lang, Produktionstechniker bei Beyerdynamic. „Durch ungleichmäßige Pinselstriche wiesen die Membranen teilweise starke qualitative Schwankungen auf. Die Cobots arbeiten dagegen sehr gleichmäßig und liefern einheitliche Ergebnisse ab.“ Auch die einfache Handhabung der Roboter überzeugte bei Beyerdynamic: Kamera und Greifer waren zügig installiert und einsatzbereit. Dank intuitiver Steuerung erlernen Mitarbeiter auch ohne Vorkenntnisse sehr schnell den Umgang mit den Robotern.

Cobot in der Schweißanlage

Auch beim rheinland-pfälzischen Unternehmen Köhler, Hersteller von Mobile Food Equipment, sorgt ein Cobot von Universal Robots für konstante Qualität. Angesichts steigender Stückzahlen und wachsender Produktvielfalt stieg Köhler beim Schweißprozess großer Edelstahl-Rohrrahmen auf Automatisierung mit einem UR10e um. Der Cobot ist in der Schweißanlage SmartArc installiert, die von FSK Industries, einem von Universal Robots zertifizierten Systemintegrator, entwickelt wurde. Mit der SmartArc-Applikation und den enthaltenen Assistenzsystemen sind die Mitarbeitenden bei Köhler in der Lage, Schweißprogramme intuitiv und einfach zu erstellen und bei Bedarf flexibel an neue Anforderungen anzupassen – ganz ohne Programmierkenntnisse. Der Brenner wird einfach mit der Hand an die Stelle geführt, an der die Schweißnaht beginnen und enden soll. In weniger als drei Minuten entstehen so mithilfe des UR10e gleichmäßige Schweißnähte. Und während der Cobot schweißt, übernehmen Mitarbeitende das Beladen der Schweißstation mit neuen Teilen.

„Angesichts unserer komplexen Schweißprozesse waren wir überrascht, wie einfach die Automatisierung mit den Cobots vonstattenging. Wir gewinnen dadurch konstante Qualität bei unseren Produkten, konnten zudem die Dauer des Schweißprozesses halbieren und entlasten unsere Mitarbeitenden“, resümiert Heinz Lück, Produktionsleiter bei Köhler.

Präzise und konsistente Ergebnisse

Unabhängig davon, wie kollaborierende Roboter konkret arbeitet, ob mit Kamera und Künstlicher Intelligenz, haptischen Sensoren, Greifern oder anderen Applikationen: Sie liefern auch bei einer großen Zahl an Wiederholungen äußerst präzise und konsistente Ergebnisse und sind daher für die Qualitätssicherung ideal geeignet – und das nicht erst am Ende, sondern schon im laufenden Produktionsprozess. Sie minimieren die Wahrscheinlichkeit von Produktionsfehlern sowie das Risiko hoher Kosten und helfen Unternehmen dabei, sich zukunftssicher aufzustellen.

* Andrea Alboni ist General Manager Western Europe bei Universal Robots

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