Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Softwaretools (OptiSpray) zur automatisierten Bahnerzeugung, Bewegungsoptimierung und Schichtbildungssimulation beim robotergestützten thermischen Spritzen

Automatisierte Bahnplanungs- und Optimierungsmethoden (BPOM) für thermische Spritzprozesse finden trotz vielfach vorhandener Robotertechnik nur eingeschränkt Anwendung in der industriellen Praxis, insbesondere bei kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU). Für den gesamten Fertigungsprozess von den CAD-Daten bis zum fertig beschichteten Bauteil existieren viele verschiedene softwareunterstützte Teillösungen. Die vorhandene BPOM existieren bisher vielfach aber nur als „lose“ Algorithmen, die erst von den Unternehmen in den eigenen Produktionsablauf integriert und zu einem ganzheitlichen Lösungsansatz kombiniert werden müssten. Diese Problemstellung an den Schnittstellen von Automatisierungstechnik, Softwareentwicklung und Simulation, sowie Werkstoff- und Prozesstechnik erfordert interdisziplinäres Expertenwissen und die software- und hardwaretechnische Entwicklung eines Gesamtsystems für das thermische Spritzen. In der Praxis werden daher noch viele Produktionsschritte manuell ausgeführt und nur Einzelschritte softwareunterstützt oder teilautomatisiert umgesetzt. Bisher existiert keine ganzheitliche, softwaregestützte Lösung zur Beschichtung komplexer Geometrien, die breit zugänglich ist und einen durchgängig hohen Automatisierungsgrad besitzt. Daher ist das Ziel des Forschungsprojektes die Entwicklung eines neuartigen Softwaretools zur simulationsgestützten Bahnplanung und -optimierung des roboterbasierten thermischen Spritzens. Zusätzlich zur Offline-Bahnplanung sollen die oftmals nicht oder lediglich separat betrachteten Aspekte der Referenzierung der Bauteillage zur Arbeitszelle und der Kalibrierung der zugrundeliegenden Beschichtungssimulation mitberücksichtigt werden. Es ergibt sich eine starke Kopplung der simulativen Planungsprozesse mit den praktisch an der realen Anlage durchzuführen Einmess- und Kalibrieraufgaben. Der gesamte Prozess soll durch die zu entwickelnde Software unterstützt und so weit wie möglich automatisiert durchgeführt werden.

Ergebniszusammenfassung:

Automatisierte Bahnplanungsverfahren für thermische Spritzprozesse finden trotz vielfach vorhandener Robotertechnik nur eingeschränkt Anwendung in der industriellen Praxis, insbesondere bei kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU). Dadurch wird das Potenzial zur Reduzierung von Prozesszeiten und -kosten sowie das Erschließen neuer Märkte durch die Bearbeitbarkeit komplexerer Aufgaben durch Computer-Aided Manufacturing (CAM) nur recht wenig genutzt. Ein Grund ist, dass leistungsfähige, für das thermische Spritzen spezifische CAM-Systeme, praktisch nicht verfügbar sind. In diesem Projekt ist eine CAM-Lösung entstanden, die diesem Defizit entgegentreten soll. Es wurde ein Software-Framework konzipiert, realisiert und dessen Funktionalität evaluiert, das auf einem neuartigen Bahnplanungskonzept (evolutionäre Bahnen) basiert. Das Software-Framework ist die Grundlage des gesamten Workflows für den Prozess von den CAD-Daten bis zum fertig beschichteten Bauteil. Die experimentelle Validierung zeigt die Funktionsfähigkeit und Tragfähigkeit der Lösung für komplexe Beschichtungsgegebenheiten.

Nichtdestotrotz erfordert die Umsetzung der Software und der Roboterbahnplanung im Allgemeinen eine Schulung von Mitarbeitern, um das nötige Basiswissen zu vermitteln. Ohne Basiswissen aus dem Bereich der Robotertechnik und dem Umgang mit graphisch-interaktiver CAM-Software ist eine effektive Umsetzung gefährdet. Zurzeit fehlt es den KMU (Lohnbeschichter thermisches Spritzen) an qualifizierten Fachkräften zur anwendungsorientierten Umsetzung der neuen Technologie. Aus diesem Grund bleibt die Robotertechnik bzw. die Nutzung dieser bei KMU im Bereich des thermischen Spritzens weit hinter den Möglichkeiten zurück.