Autonomer Schweißroboter für präzise Metallbearbeitung an schwer zugänglichen Orten

Forschungsprojekt KiroS

Motivation und Problemstellung

Schweißen gehört zu den Schlüsseltechnologien für sichere und langlebige Konstruktionen unserer Infrastruktur, zum Beispiel für Brücken und Gebäude oder Industrieanlagen. Die Bedingungen sind oft nicht einfach: Manuelle Reparaturen sind zeitintensiv, binden wertvolles Personal und führen nicht immer zu gleichbleibender Qualität. Qualifizierte Fachkräfte sind knapp, die Arbeit anstrengend. Gerade in Krisengebieten wie der Ukraine erfolgt der Wiederaufbau zerstörter Infrastruktur oft unter widrigen Bedingungen in einem gefährlichen Umfeld.

Zwar existieren bereits mobile Schweißroboter, diese sind jedoch meist schwer zu bedienen, auf einfache Längsnähte beschränkt und werden Anforderungen wie Ressourceneinsparung nicht gerecht.

© Fraunhofer IEM

Projektziele und Lösungsansatz

Ziel des Projekts KiroS war die Entwicklung einer praxistauglichen Robotik, die auch unter rauen Bedingungen normgerechte Schweißarbeiten ermöglicht. Die Lösung sollte mobil, intuitiv bedienbar und vielseitig einsetzbar sein – für große und komplexe Bauteile, indoor wie outdoor. Im Mittelpunkt der Entwicklung stand ein 6-Achs-Knickarmroboter auf robuster und mobiler Fahrplattform. Das Fraunhofer IEM integrierte eine sensorgeführte Nahtverfolgung sowie eine intelligente Bahn- und Prozessplanung, damit das System Schweißnähte automatisch erkennt und zuverlässig bearbeitet. Ergänzend entwickelten die Forscher:innen eine Funktion, die die Prozessparameter automatisch abhängig von Werkstoff und Geometrie auswählt. Dadurch sinkt der Einrichtaufwand erheblich und auch komplexe Geometrien lassen sich präzise bearbeiten. Als wichtige Zusatzfunktion ermöglicht der Roboter das Schneiden von Metallen, ein essenzieller Bestandteil für die Vorbereitung und Verarbeitung metallischer Bauteile direkt am Einsatzort.

Das Ergebnis des Projektes ist ein mobiler Schweißroboter, der Schweißen und Schneiden in einem System vereint. Er liefert gleichbleibend hohe Qualität – bis hin zu Präzision in Losgröße 1 – und ist dabei so ausgelegt, dass er sich auch von Anwender:innen ohne spezielle Schweiß- oder Programmierkenntnisse bedienen lässt. Die einfache Bedienung entlastet Fachkräfte und reduziert den Ressourcenverbrauch. Außerdem verbessert die Lösung die Arbeitssicherheit: Menschen bedienen den Roboter aus der Ferne und sind gesundheitsschädlichen Schweißgasen weniger ausgesetzt. Auch in Krisengebieten können Schweißarbeiten ohne den lebensgefährlichen Einsatz von Menschen erfolgen. Das mobile und flexible System ist darüber hinaus für unterschiedliche Anwendungen im Bereich Prozessoptimierung und Automatisierung, etwa in der Baubranche oder in der produzierenden Industrie, geeignet.

Projektsteckbrief

Projekttitel

KiroS – Kollaboratives intuitives Schweißrobotersystem

Laufzeit

01/2024 bis 12/2025

Fördervolumen

ca. 400.000 €

Förderung

AIF Projekt GmbH, Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Kooperationspartner
  • Ulrich Rotte Anlagenbau und Fördertechnik GmbH
  • SIBAU Genthin GmbH & Co. KG
  • Ullner und Ullner GmbH
  • Bundesanstalt Technisches Hilfswerk
  • Deutsches Rotes Kreuz
Projektleiter

Dr.-Ing. Christian Henke

Ziele
  • Entwicklung eines praxistauglichen, mobilen Schweißrobotersystems für komplexe Bauteile (Indoor/Outdoor)
  • Intuitive Bedienung ohne spezielle Schweiß-/Programmierkenntnisse
  • Sensorgeführte, kinematisch redundante Bahnplanung für hohe Nahtqualität
  • Reduzierter Ressourcenverbrauch durch automatische Parameterwahl
  • Transfer und Einsatz in der Ukraine; Skalierung via IP-Lizenzierung

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Sebastian Prinz

Contact Press / Media

Sebastian Prinz

Gruppenleiter Automatisierungstechnik

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
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