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Fronius: Adaptiv mit Roboter schweissen Schweissdraht als integrierte Sensorik

| Redakteur: Konrad Mücke

Mit dem Assistenzsystem WireSense von Fronius schweissen Roboter effizienter. Als Sensor, um die exakte Position der Bauteilkanten zu erfassen, dient die Drahtelektrode des WIG/MIG-Schweisskopfs. Somit werden Fertigungsungenauigkeiten ausgeglichen. Zusätzliche optische Messgeräte entfallen.

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Beim Sensorsystem WireSense dient der Schweissdraht als Sensor.
Beim Sensorsystem WireSense dient der Schweissdraht als Sensor.
(Bild: Fronius International GmbH)

Bauteilabweichungen, wie variierende Spalte oder Spanntoleranzen, können beim Roboterschweissen Probleme verursachen. Bei ungünstigsten Bedingungen verändert sich die Schweissposition, und es kommt zu Bindefehlern in der Schweissnaht. Häufig nutzt man deshalb beim automatisierten Schweissen mit Robotern optische Messgeräte. Das erfordert allerdings hohe Investitionen. Zudem bilden die Messgeräte zusätzliche Störkonturen. Die Bauteile und vorbereiteten Kanten für Schweissnähte sind deshalb für den Schweisskopf mitunter nur eingeschränkt zugänglich. Messköpfe und -optiken müssen auch regelmässig gereinigt werden. Sie erfordern eine zusätzliche Kalibrierung zwischen Tool Center Point (TCP) und Sensor.

Mit Draht ertasten

Das Sensorsystem WireSense erübrigt zusätzliche optische Messeinrichtungen. Es nutzt die Draht­elektrode als Sensor. Mit einer reversierenden Drahtbewegung tastet der Brenner das Bauteil ab. Das Schweisssystem sendet die Höheninformation beziehungsweise die Kantenposition an den Roboter. Ist zum Beispiel eine Überlappnaht zu schweis­sen, kann die zu verschweissende Kantenposition genau definiert beziehungsweise auf eventuelle Abweichungen reagiert werden. Der Roboter passt den Schweissnahtverlauf auf Basis eines anwendungsspezifisch erstellten Programms an. Durch die Auswertung der Höheninformation ermittelt der Roboter nicht nur den Kantenverlauf, sondern auch die tatsächliche Kantenhöhe. Somit ist auch eine genaue Spalterkennung zwischen den zu schweis­senden Blechen möglich. Kanten werden ab einer Höhe von 0,5 mm erkannt. Das Sensorsystem arbeitet bei üblichen Werkstoffen wie Stahl, Edelstahl, Aluminium und metallischen Legierungen. Speziell beim Schweissen von Aluminium erweist sich die Sensorik WireSense als vorteilhaft. Wegen der spiegeln­den Oberfläche versagen optische Messsysteme dort oft. Zudem sind optische Sensoren meist als zusätzliche Hardware am Roboter angebracht. So bilden sie eine Störkontur am Roboterarm. Je nach Zugang zum Bauteil ist dann der Einsatz von Kameras oder Lasern problematisch. Der Draht­sensor schränkt diesbezüglich die Bewegungen des Roboters und den Zugang zur Schweissnaht nicht ein.

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Adaptiv geregelt schweissen

Die im Draht integrierte Sensorik erkennt auch die Höhen, um die Bauteilkonturen und den Schweissspalt zu messen. Bei der Inbetriebnahme der Roboterschweissanlage können Schweissparameter für unterschiedliche Spaltgrössen definiert und gespeichert werden. Das Sensorsystem WireSense ermöglicht dann dem Roboter, die realen Bauteilbedingungen zu ermitteln, um die geeigneten Schweissparameter abzurufen.

Üblich schweisst man ohne Sensoren oft bei niedrigen Bahngeschwindigkeiten, um auf eventuelle Abweichungen im Schweissspalt und in der Bauteilgeometrie reagieren zu können. So vermeidet man Fehler in der Bindung der Schweissnaht. Mit der Sensorik im Schweissdraht kann man dagegen deutlich produktiver und wirtschaftlicher bei höheren Bahngeschwindigkeiten arbeiten und dabei eine hohe Qualität der Schweissnähte gewährleisten. Die Technologie WireSense sorgt dafür, dass stets an den exakten Nahtpositionen mit entsprechend optimierten Parametern geschweisst wird. Sichtkontrollen können daher eventuell entfallen, ebenso erübrigen sich aufwendige Nacharbeiten oder Ausschuss.

Nachrüsten möglich

Das Sensorsystem kann mit jedem Schweisssystem TPS/i von Fronius genutzt werden. Letzteres muss lediglich für den Einsatz des CMT-Schweissprozess konfiguriert sein. Erforderlich für die zuverlässige Funktion ist die präzise Drahtbewegung der Drahtfördereinheit Robacta Drive CMT, die direkt am Brennerkörper angebaut ist. Bestehende Schweisssysteme von Fronius nachzurüsten, ist aufgrund deren Flexibilität jederzeit möglich. - kmu - SMM

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