Brauchen Sie eine Schweißzelle mit zwei Robotern?

Mit einem zweiten Schweißroboter können Sie Bauteile schneller fertigstellen und Kapazität für andere Aufträge schaffen. Wenn zwei Brenner an derselben Baugruppe arbeiten, können einige Schweißarbeiten und Verfahrbewegungen gleichzeitig ablaufen, die ein Roboter nacheinander ausführen müsste. Beide Roboter teilen sich die Vorrichtung, die das Bauteil hält, und den Positionierer, der es dreht.

Im Idealfall lässt sich die Arbeit gleichmäßig auf zwei Roboter verteilen und das Bauteil in der Hälfte der Zeit fertigstellen. In der Praxis begrenzen die erforderlichen Schweißpositionen und der verfügbare Raum für die Anfahrt und das Verlassen jeder Naht, welche Schweißnähte parallel ausgeführt werden können. Welche Nähte welchem Roboter zugewiesen werden und in welcher Reihenfolge sie ausgeführt werden, bestimmt, wie viel von der theoretischen Zeitersparnis von 50 % die Zelle tatsächlich erreicht.

Finden Sie Arbeitsschritte, die beide Roboter gleichzeitig ausführen können

Stellen Sie sich einen Träger vor, an dessen beiden Enden Halterungen angeschweißt werden müssen. In diesem Beispiel hält die Vorrichtung den Träger so, dass beide Enden in einer geeigneten Schweißposition zugänglich sind. Die Schweißanweisung erlaubt es, diese Nähte gleichzeitig zu schweißen. Ein Roboter schweißt die Halterungen am linken Ende, der andere die Halterungen am rechten Ende. Ein einzelner Roboter müsste beide Gruppen nacheinander bearbeiten.

Die Roboter können auch unterschiedliche Aufgaben parallel ausführen. Während einer eine lange Naht schweißt, kann der andere zwischen mehreren kurzen Nähten verfahren. Muss ein Roboter bei einem Bauteil auf einer Verfahrachse von einer Seite zur anderen fahren, kann ein zweiter Roboter diesen Verfahrweg verkürzen.

Jeder Roboter braucht genügend Platz, um eine Naht anzufahren, zu schweißen und anschließend wieder zu verlassen. Selbst wenn beide Brenner ihre Nähte erreichen, kann das Handgelenk oder der Arm eines Roboters bei diesen Bewegungen den Weg des anderen kreuzen. Solche Bewegungen müssen nacheinander ablaufen.

Die Schweißreihenfolge muss weiterhin die Vorgaben der Schweißanweisung erfüllen. Dazu gehört auch die Reihenfolge der einzelnen Schweißlagen einer Verbindung. Eine Reihenfolge, die nur auf den Weg eines einzelnen Roboters ausgelegt ist, kann für eine Zelle mit zwei Robotern neu geplant werden.

Sinnvolle parallele Arbeit ist auch auf engem Raum möglich. Bei geeigneten beidseitigen Kehlnähten können zwei Brenner gleichzeitig gegenüberliegende Seiten schweißen, um die Schrumpfung auszugleichen und den Winkelverzug zu begrenzen. Dafür müssen die Verbindung und die Schweißanweisung geeignet sein. Der Abstand zwischen den Nähten allein sagt nicht aus, ob der Einsatz von zwei Robotern sinnvoll ist.

Außerdem müssen die zugewiesenen Nähte für beide Roboter bei demselben Bauteilwinkel zugänglich sein. Wird die Baugruppe für einen Roboter gedreht, verändert sich auch die Lage der Nähte des anderen Roboters.

Bei einem gemeinsamen Positionierer gehören Wartezeiten zum Zyklus

Ein Positionierer hält und dreht die Baugruppe, damit ihre Nähte in einer geeigneten Schweißposition zugänglich sind. In einer gemeinsamen Zelle drehen sich beim Wenden des Trägers beide Enden zusammen. Der Winkel muss deshalb zu den Nähten passen, die in diesem Arbeitsschritt beiden Robotern zugewiesen sind.

Nehmen wir denselben Träger, der in zwei festen Winkeln geschweißt wird. Wenn die Oberseite zugänglich ist, hat der linke Roboter mehr Schweißarbeit. Der rechte Roboter ist zuerst fertig und wartet. Wird das Bauteil jetzt gedreht, unterbricht das die Schweißarbeit des linken Roboters.

Sobald beide Roboter fertig sind und sich aus dem Arbeitsbereich zurückgezogen haben, dreht der Positionierer den Träger und macht seine Unterseite zugänglich. Dort hat der rechte Roboter mehr Arbeit. Der linke Roboter ist deshalb zuerst fertig und wartet.

Beide Roboter können über das gesamte Bauteil betrachtet gleich viel Arbeit haben und an den einzelnen Winkeln trotzdem warten. Wenn einige Nähte an der Oberseite dem rechten Roboter zugewiesen werden, lässt sich die erste Wartezeit möglicherweise verkürzen. Voraussetzung ist, dass er diese Nähte erreichen und schweißen kann und den Bereich anschließend verlässt, ohne den anderen Arm zu behindern.

Die Programme müssen diese Abfolge sicherstellen. Bei unabhängig laufenden Programmen ist ein Handshake ein Signalaustausch, der bestätigt, dass eine vereinbarte Phase erreicht wurde. In diesem Beispiel dreht sich der Positionierer erst, wenn beide Roboter melden, dass sie ihre Arbeit abgeschlossen und den Bereich verlassen haben. Jeder Arm kann unterschiedlich lange brauchen, um diesen Punkt zu erreichen.

Ziel ist es, den gesamten Zyklus so weit zu verkürzen, dass die benötigte Produktionskapazität erreicht wird. Beide Roboter müssen nicht in jedem Moment beschäftigt sein. Zusätzliche Verfahrbewegungen, die nur ihre Auslastung angleichen sollen, können den Zyklus sogar verlängern.

Wenn sich das Bauteil während des Schweißens bewegt

Im Beispiel mit dem Träger wird in festen Positionen geschweißt und das Bauteil dazwischen gedreht. Bei einem anderen Aufbau dreht sich das Bauteil während des Schweißens, zum Beispiel beim Schweißen um ein Rohr. Der Brenner muss dabei seine vorgeschriebene Lage zur Naht beibehalten.

Bei einer koordinierten Bewegung von Roboter und Positionierer koppelt die Steuerung die Bewegung des Roboters während des gesamten Vorgangs an die Drehung des Positionierers. Ein Handshake zu Beginn und am Ende bestätigt lediglich, dass diese Phasen erreicht wurden. Er koppelt die Bewegungen nicht kontinuierlich miteinander.

Zwei Roboter können getrennte Nähte bei demselben festen Bauteilwinkel schweißen, ohne ihre Bewegungen fortlaufend miteinander zu koppeln. Wenn beide schweißen, während sich das gemeinsame Bauteil dreht, müssen beide Schweißbewegungen mit dieser Drehung vereinbar sein. Ob und wie das möglich ist, hängt von den Funktionen der Zellensteuerung, den installierten Optionen und der Bewegungskonfiguration ab.

Prüfen Sie, ob der kürzere Zyklus nutzbare Kapazität schafft

Welche Alternativen infrage kommen, hängt auch davon ab, welche Arbeitsschritte heute viel Zeit beanspruchen. Wenn ein großer Teil des Zyklus für das Füllen einer einzigen großen Naht benötigt wird, kann ein Verfahren mit höherer Abschmelzleistung direkter ansetzen. Beim Tandemschweißen werden zum Beispiel zwei Drähte durch einen Brenner in ein gemeinsames Schmelzbad geführt. Mit einem geeigneten Verfahren und einer passenden Verbindung kann das Tandemschweißen eine bis zu doppelt so hohe Abschmelzleistung wie ein herkömmliches Eindrahtverfahren erreichen. Zwei Roboter bringen dagegen vor allem bei Bauteilen mit mehreren getrennt zugänglichen Nähten Vorteile. Bei sehr großen Bauteilen können beide Ansätze sinnvoll sein.

Wenn sich zwei Schweißroboter einen Positionierer teilen, kann das die umfangreiche zusätzliche Ausrüstung und Stellfläche einer zweiten Zelle ersparen. Getrennte Zellen können jedoch unterschiedliche Bauteile bearbeiten und unabhängig voneinander drehen. Wenn unvereinbare Bauteilorientierungen lange Wartezeiten verursachen, kann diese Unabhängigkeit wertvoller sein. Vergleichen Sie die vollständigen Anlagenkonzepte einschließlich Vorrichtungen, Schweißtechnik, Integration und Wartung.

Auch das Be- und Entladen spielt eine Rolle. In einer Zwei-Stationen-Zelle kann eine Station entladen und neu bestückt werden, während die Roboter an der anderen schweißen. Steht die nächste Baugruppe bereit, wenn das Schweißen endet, ermöglicht ein kürzeres Roboterprogramm einen früheren Stationswechsel. Dauert das Beladen länger als das Roboterprogramm, warten die Roboter auf das nächste Bauteil.

Vergleichen Sie für beide Varianten die vollständige Bearbeitung desselben Bauteils unter den erforderlichen Schweißbedingungen. Berücksichtigen Sie dabei auch Sensorik, Verfahrbewegungen, Drehungen und Wartezeiten. Nutzen Sie als Vergleich ein realistisches Programm für einen einzelnen Roboter. Schon der Verzicht auf eine unnötige Drehung kann auch bei nur einem Arm Zeit sparen. Bewerten Sie die zusätzliche Einsparung durch den zweiten Arm anhand der Bauteile und Stückzahlen, die Sie tatsächlich fertigen werden. Unterscheiden Sie außerdem zwischen simulierten Zeiten und Zeiten, die an der Zelle nachgewiesen wurden.

Berücksichtigen Sie den Aufwand für die Programmierung beider Roboter

Das Team muss entscheiden, welcher Roboter welche Naht schweißt, wie er dorthin gelangt und wo die Roboter aufeinander warten. Wird eine Naht anders zugewiesen, kann sich dadurch die Bahn um ein Spannelement, der erforderliche Bauteilwinkel und die Arbeit ändern, die der andere Roboter gleichzeitig ausführen kann. Zwei Roboterprogramme, die einzeln funktionieren, brauchen trotzdem einen gemeinsamen Ablaufplan.

Wer Bewegungen direkt an der Zelle mit dem Programmierhandgerät einlernt oder anpasst, nimmt dafür die Anlage selbst in Anspruch. Wird die gemeinsame Zelle für diese Arbeit angehalten, stehen dort beide Arme nicht für die Produktion zur Verfügung, auch wenn nur einer programmiert wird. Durch Offline-Programmierung lässt sich ein großer Teil dieser Arbeit außerhalb der Zelle erledigen. Tests und Anpassungen an der Anlage benötigen weiterhin Zeit.

Bei einem Wiederholteil kann das vorhandene Programm erneut verwendet werden. Neue Konstruktionen oder Änderungen an der Vorrichtung können jedoch neue Entscheidungen zur Nahtzuweisung und zu den Bewegungen erfordern. Ob sich die Investition lohnt, hängt deshalb sowohl vom kürzeren Produktionszyklus als auch vom Vorbereitungsaufwand für Ihr Teilespektrum ab.

So plant ArcNC die Arbeit beider Roboter

ArcNC automatisiert die Planung für mehrere Roboter anhand der CAD-Datei, des Zellenmodells und der konfigurierten Schweißeinstellungen. Die Software erzeugt mögliche Schweißbewegungen und Positioniererwinkel, weist den Robotern Schweißnähte zu und erstellt die Schweißreihenfolge. Sie plant außerdem die Verfahrbewegungen zwischen den Nähten und die Wartepositionen der Roboter, prüft den benötigten Raum für gleichzeitig geplante Arbeitsschritte und fügt Handshakes ein.

Zwischen diesen Punkten laufen die erzeugten Programme unabhängig voneinander weiter. Ein Arm kann mehrere kurze Nähte schweißen, während der andere eine längere Naht ausführt. Danach wartet ein Arm an der im Programm vorgesehenen Position. Anwender können Zuweisungen ändern, eine andere Bewegung wählen oder die Schweißreihenfolge festlegen.

ArcNC kann außerdem dabei helfen, Zelllayouts vor einer Investition zu vergleichen. Wenn Sie Programme für dasselbe Bauteil in verschiedenen Zellenmodellen erzeugen und simulieren, können Sie die geschätzten Roboterzykluszeiten vergleichen und sehen, an welchen Stellen ein Roboter im jeweiligen Aufbau wartet. Berücksichtigen Sie bei der Bewertung der resultierenden Produktionskapazität auch das Beladen und andere Abläufe in der Zelle.

Eine Zelle mit zwei Robotern kommt infrage, wenn das Bauteil sinnvolle parallele Arbeit ermöglicht, der kürzere Gesamtzyklus die benötigte Kapazität schafft und der Programmieraufwand für Ihre Fertigung praktikabel ist. Wenn Sie wissen, wo beide Arme gleichzeitig arbeiten können, wo sie warten müssen und wie häufig sich der Ablauf ändert, können Sie die Investition fundiert beurteilen.