Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Kollaborative Mensch-Roboter-Feinbearbeitung von Werkzeugformen

AIM: Develop and demonstrate the proof of concept of a general applicable tool to aid the polishing expert when polishing basic shapes and surfaces of one of a kind objects such as injection molds. Because of the importance of the finishing processes a lot of research has already been invested in efforts to automate the process. Approach: For polishing products which are manufactured in large series there are specialized integrators who focus on delivering specific robotic grinding, lapping and polishing solutions. Neither from scientific investigations nor from industrial developments a suitable automated approach can be derived to support the complex, multistage process of finishing of freeformed steel surfaces. Almost entirely all finishing steps in this industry sector still have to be conducted manually. Where typical automation approaches generally try to automate the entire process, the technology of collaborative robotics can enable a more practical approach for the polishing expert. Instead of trying to eliminate the polishing operator a user-friendly collaborative robot system can enhance the polishing expert and work side by side with a mechanical arm that can work on "less-complex" surfaces while the polishing operator is at the same time working on smaller features or difficult surface transitions. This enables the operator to monitor the robotic process and adjust parameters, inspect and evaluate the polishing result, perform the tool change and cleaning operations, teach the robotic system where to polish, in which direction and with which force. Valorization of the project results leads to market growth for regional mould making, especially SME's (5% increase in turnover), preservation and creation of jobs (3% increase in employment) and the creation of a better working environment for polishing (safer, healthier, more attractive, more ergonomic). The total, accumulated economic impact is estimated at 142M€ in Germany and 14M€ in Flanders.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt CoPolMould wurde untersucht, wie kollaborative Roboter (COBOTS) für Polierprozesse im Bereich des Werkzeug- und Formenbaus eingesetzt werden können. Zu Beginn des Projekts wurden gemeinsam mit den Forschungsinstituten Fraunhofer IPT und Sirris sowie der Überwachungsgruppe Feinbearbeitungsszenarien entwickelt und Testbauteile der jeweiligen Unternehmen definiert, die nach dem Komplexitätsgrad unterteilt wurden. Es wurde festgelegt, dass der Schwierigkeitsgrad der Bearbeitungsaufgabe stufenweise ansteigt. Die Untersuchungen begannen mit relativ einfachen 2D-Flächen mit Glanzpolieranforderungen und steigerten den Schwierigkeitsgrad für Flächen bis hin zu stark variierenden Krümmungen inkl. Hinterschneidungen und hohen Glanzpolieranforderungen. Für jeden der Anwendungsfälle wurden die verschiedenen Parameter identifiziert und die Forschungsfragen aufgelistet, welche dann sowohl mit einem Industrieroboter und Cobot gegeneinander gebenchmarkt wurden.

Erzielte Ergebnisse:

- Aufarbeitung von Prozessgrundlagen durch Schleif- und Polieruntersuchungen

- Entwicklung eines Modellalgorithmus zur feinfühligen Regelung eines Cobots

- Entwicklung und Validierung eines rotatorischen, kraftsensitiven Werkzeugsystems mit Spindel für das Schleifen und Polieren

- Entwicklung und Validierung eines Schwingungsunterstützungssystems zur Minimierung von kinematisch induzierten Schleifspuren

- Entwicklung und Validierung eines leicht-bauenden, pneumatisch angetriebenen Honmoduls

- Benchmark zur Politur von Demonstratorwerkzeugen zwecks Vergleich Industrieroboter und Cobot