Intelligentes Schweißprozessmanagement

Industrie 4.0 ist mittlerweile in aller Munde. In Gesellschaft, Politik und Wirtschaft ist der Begriff eines der Top-Themen. Die Medien sind voll mit Artikeln über potentielle Vor- und Nachteile. Was aber bedeutet das „Buzz-Word“ für metallverarbeitende Betriebe? Was bedeutet es im Hinblick auf die unterschiedlichen Schweißprozesse beim Fertigen von Produkten, wie zum Beispiel Batteriewannen? Welche Auswirkung hat die digitale Vernetzung von Anlagen und Komponenten, welche Vorteile bringt sie Unternehmen?

Die zukunftsorientierte Schweißgeräteplattform TPS/i Robotics von Fronius ermöglicht innovativste Schweißprozesse wie LSC, PMC oder PCS.

Die zukunftsorientierte Schweißgeräteplattform TPS/i Robotics von Fronius ermöglicht innovativste Schweißprozesse wie LSC, PMC oder PCS.

Schweißparameter analysieren, optimieren und dokumentieren, stabile Schweißprozesse mit möglichst geringem Verzugsverhalten sicherstellen und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit erhöhen, all das sind die Herausforderungen für metallverarbeitende Unternehmen, um auch in Zukunft Wettbewerbsfähigkeit zu sichern. Industrie 4.0 und Digitalisierung spielen dabei eine Hauptrolle. Fronius Welding Automation betreibt am Standort Wels ein Prototypenzentrum, in dem viele digitale Lösungen für Schweißaufgaben und High-End-Equipment Anwendung finden. Damit bietet das Prototypenzentrum nicht nur die Möglichkeit zur Auslagerung des Prototypen-Schweißens, sondern auch eine Vorlage dazu, wie Industrie 4.0 in der Praxis aussehen kann.

Das Acerios Heiß-Plasma-Oberflächenreinigungssystem wird auch im Fronius-Prototypen-Zentrum in Wels eingesetzt.

Das Acerios Heiß-Plasma-Oberflächenreinigungssystem wird auch im Fronius-Prototypen-Zentrum in Wels eingesetzt.

„Offline“ programmieren: Weniger Stillstandkosten und mehr Output

Um die Effizienz zu erhöhen, programmieren schon jetzt Unternehmen ihre Schweißabläufe „offline“, getrennt von ihren Roboterschweißanlagen – so auch Fronius in seinem Prototypenzentrum. Schweißtechniker müssen nicht mehr abwarten bis laufende Schweißarbeiten beendet sind, um den Roboter für neue Aufgaben zu teachen. Vielmehr können sie sämtliche Schweißfolgen Naht für Naht im Vorhinein festlegen und simulieren. Offline Programmier- und Simulationssoftware wie der Fronius-Pathfinder erkennt Achslimits, berechnet Startpunkte, Endpunkte sowie Anfahrtswege und setzt selbstständig Positionspunkte. Störkonturen werden visualisiert und Brenneranstellungen entsprechend rechtzeitig korrigiert – schon im Vorfeld und nicht erst während der ersten Schweißversuche. Offline programmieren und simulieren optimiert den Schweißablauf, erhöht die Produktivität und spart unnötige Stillstandkosten.

Fronius ArcView: Hochauflösende HDR-Bilder für die Real-Time-Überwachung von Schweißarbeiten (ebenfalls im Fronius Prototypenzentrum in Wels im Einsatz)

Fronius ArcView: Hochauflösende HDR-Bilder für die Real-Time-Überwachung von Schweißarbeiten (ebenfalls im Fronius Prototypenzentrum in Wels im Einsatz)

Roboter reinigen Oberflächen

Für hochwertige Schweißverbindungen, wie sie im Automobilbau verlangt werden, müssen Metalloberflächen vor dem Schweißen von Fremdpartikeln oder Schmutzfilmen befreit werden. Das von Fronius entwickelte Oberflächenreinigungssystem „Acerios“ revolutioniert diesen Reinigungsprozess und nutzt dabei eine sogenannte Heiß-Plasma-Technologie. Trifft heiß-aktives Plasma auf Werkstoffoberflächen, werden sie vom Gasstrom mechanisch gereinigt. Plasma und Hitze lösen dagegen einen chemischen Prozess aus. Gemeinsam beseitigen sie organische und filmische Verschmutzungen auf Metallen wie Aluminium oder Stahl punktgenau, schnell und wirksam.

Dabei führt ein Roboter den Brenner mit Geschwindigkeiten von etwa sechs Metern/min über die Metallflächen. Während der Reinigung erzeugt das System eine Plasmaflamme mit bis zu 1.000 Grad Celsius. Je nach Anforderung können entweder ganze Flächen oder einzelne Bereiche punktuell behandelt werden. Mit dem Ergebnis einer deutlichen Effizienzsteigerung: Statt so sauber wie möglich, reinigt Acerios punktgenau so sauber wie nötig. Geld- und Umweltressourcen werden geschont. Auch deshalb, weil Acerios ohne chemische Reinigungszusätze auskommt.

Bauteilvermessungszelle im Fronius Prototypenzentrum in Wels.

Bauteilvermessungszelle im Fronius Prototypenzentrum in Wels.

Zukunftsorientierte Lichtbogenbeherrschung

Für stabile, spritzerarme Schweißprozesse, für ausgezeichnete Wurzelerfassung, hohe Abschmelzleistung bei reduzierter Streckenenergie, stabiles Einbrand-Verhalten oder konstante Lichtbogenlängen werden digitale Schweißmaschinen mit hoher Rechenleistung, enormen Speicherkapazitäten, extrem schnellen Bussystemen und nicht zuletzt hochdynamischen Drahtvorschübe benötigt. Fronius trägt diesen Voraussetzungen mit der zukunftsorientierten Schweißgeräteplattform TPS/i Rechnung, die innovative Schweißprozesse wie LSC (Low Spatter Control), PMC (Pulse Multi Control) oder PCS (Pulse Controlled Spray-Arc) ermöglicht.

LSC zeichnet sich durch hohe Lichtbogenstabilität und reduzierten Spritzer-Auswurf aus. PMC besticht durch Kennlinien wie die verbesserte Pulskorrekturfunktion oder das weiterentwickelte Synchro-Puls-Verfahren. Beide Schweißprozesse verfügen über Einbrand- und Lichtbogenlängen-Stabilisatoren. PCS wiederum erlaubt es Anwendern, übergangslos zwischen Impulslichtbogen und Sprühlichtbogen zu wechseln, wobei der problematische Übergangslichtbogen ausgeblendet wird. Innovative Schweißprozesse und Kennlinien vereinfachen die Bedienung der Schweißgeräte, sparen Zeit und erhöhen die Qualität von Schweißnähten.

Fronius WeldCube: Die webbasierte Schweißdatendokumentation funktioniert sowohl auf Stand-alone-Rechnern als auch auf mobilen Endgeräten.

Fronius WeldCube: Die webbasierte Schweißdatendokumentation funktioniert sowohl auf Stand-alone-Rechnern als auch auf mobilen Endgeräten.

Drahtelektrode als Sensor

Automatisiertes, vollkommen autonomes Schweißen mit fehlerlosen Schweißnähten – das ist die Vision. Schweißsysteme sollen Spalten, Spanntoleranzen und andere Unregelmäßigkeiten selbstständig ausgleichen. Mit WireSense, SeamTracking und TouchSense stellt Fronius innovative Assistenzsysteme für unterschiedliche Anwendungen zur Verfügung, welche die Effizienz beim Schweißen nennenswert steigern. Mit ihrer Hilfe können Schweißroboter ihre Programme völlig autonom an Nahtverläufe anpassen. Das verringert die Nacharbeit deutlich und der Aufwand für ein nachträgliches Umprogrammieren von Roboterbahnen reduziert sich. Alle drei Assistenzsysteme verwenden die Drahtelektrode sowohl als Sensor als auch als Zusatzwerkstoff. Einschränkungen bei der Bauteilzugänglichkeit, wie dies häufig mit Laser- oder Kamera-Sensorsystemen der Fall ist, gibt es keine. Unternehmen sparen sich Wartungsarbeiten und Ausgaben für zusätzliche Sensor-Hardware.

Von der Leistungsfähigkeit einer Fronius HTW Handling-to-Welding Roboterschweißzelle kann man sich im Fronius-Schauraum in Wels überzeugen.

Von der Leistungsfähigkeit einer Fronius HTW Handling-to-Welding Roboterschweißzelle kann man sich im Fronius-Schauraum in Wels überzeugen.

Real-Time Lichtbogenüberwachung mit Kamera

Das neueste Fronius ArcView-Kamerasystem ermöglicht einen unmittelbaren Blick auf den Lichtbogen und damit eine Echtzeit-Überwachung des laufenden Schweißprozesses. Im Betrieb mit TPS/i-Stromquellen liefert ArcView mit der pulsgesteuerten Bildgenerierung exakt in den Dunkelphasen des Lichtbogens hochauflösende Bilder, wobei unterschiedliche Belichtungen zu einem detailreichen HDR-Bild zusammengefügt werden. Bei Bedarf kann der Schweißtechniker unmittelbar korrigierend eingreifen.

Die Offline-Programmier- und Simulationssoftware Fronius Pathfinder erkennt Achslimits, berechnet Startpunkte, Endpunkte sowie Anfahrtswege und setzt selbstständig Positionspunkte.

Die Offline-Programmier- und Simulationssoftware Fronius Pathfinder erkennt Achslimits, berechnet Startpunkte, Endpunkte sowie Anfahrtswege und setzt selbstständig Positionspunkte.

Webbasiertes Schweißdatenmanagement

Transparenz und Sicherheit, aber auch Produktivität und Zeitersparnis sind häufige Anforderungen in der schweißtechnischen Produktion. Dazu braucht es die Aufzeichnung von Schweißdaten für Dokumentation und Analyse. Unmittelbares Feedback aus der Produktion hilft, Prozesse zu optimieren, Systemzustände zu überwachen und Fehler zu erkennen, um in der Folge sicher und mit hoher Qualität zu fertigen. Die Datendokumentationssoftware Fronius WeldCube speichert alle relevanten Daten aus dem Schweißprozess und ermöglicht ein präzises Nachverfolgen jeder Schweißnaht. Alle WeldCube-Varianten sind webbasierte Softwarelösungen. Nutzer können sowohl via Computer als auch über mobile Endgeräte auf WeldCube zugreifen und Details zu jeder einzelnen Schweißnaht abrufen. Das System dokumentiert den Fortschritt der Schweißarbeiten und bewertet mittels Ampelsystem jede einzelne Schweißnaht.

Punktgenaues Vermessen mit Kamera und Roboter

Ein modernes optisches Vermessungssystem, wie es im Fronius Prototypenzentrum Verwendung findet, prüft Verzug und Bauteilabweichungen gegenüber den CAD-Konstruktionsdaten der Bauteile. Ein Roboter bringt dabei eine spezielle Vermessungskamera an verschiedenen Stellen der Bauteile in Position. Bevor diese abgelichtet werden, wird ein Lichtgitter auf die Bauteile geworfen. Mit Hilfe dieses Lichtgitters erkennt das System die Konturen des Bauteils und erzeugt eine dreidimensionale Aufnahme. Eine spezielle Software erkennt Abweichungen von den ursprünglichen Konstruktionsdaten und wertet diese aus (Schweißfolge, Verzug…). Die Ergebnisse aus den Vermessungsdaten dienen nicht nur der Qualitätskontrolle, sie führen auch zu einem permanenten Optimieren der Fügearbeiten.

Hohes Maß an Autonomie

Vielfältige Bauteile aller Größen und Formen verlangen nach intelligenten Schweißkonzepten. Fronius Welding Automation setzt in der Robotik auf den Plattformgedanken. Dieser ermöglicht es, standardisierte Komponenten zu einem kundenspezifischen Schweißsystem zu kombinieren. Zum Einsatz kommen Schweißroboter, Handling-Roboter, Positionierer, Wechselstationen für Brenner und Kontaktrohre, Greifer-Ablagesysteme, Bauteilschleusen für den Ein- und Austransport und automatisierte Regalsysteme. Die digitale Vernetzung all dieser Komponenten und Steuerung über eine zentrale Systemsteuerung gewährleistet voll automatisierte Abläufe beim Schweißen und Bauteil-Handling und sorgt so für ein hohes Maß an Autonomie. Verfügbar sind Schnittstellen zu gängigen ERP-Systemen und eine Web-API für den Datentransfer zu Drittsystemen.

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