KI-Schweißroboter: Parameter automatisch anpassen

TL;DR

KI-gesteuerte Schweißroboter passen Stromstärke, Drahtvorschub und Geschwindigkeit in Echtzeit an wechselnde Spaltmaße und Materialstärken an. Die Nacharbeitsquote sinkt um 68 %, der Schutzgasverbrauch um 14 %. Ein Stahlbau-Betrieb mit 4 Schweißrobotern spart damit €89.000 pro Jahr.

127 Schweißnähte am Tag — und jede Fuge ist anders

Ein Stahlbau-Unternehmen in Sachsen fertigt Tragwerke für Hallenbauten. 4 Schweißroboter produzieren 127 Schweißnähte pro Tag. Das Problem: Kein Werkstück gleicht dem anderen exakt. Spaltmaße variieren um ±1,2 mm, Blechdicken schwanken chargenbedingt um ±0,3 mm, Verzug aus vorherigen Schweißungen verändert die Geometrie.

Der Roboter arbeitet mit festen Parametersätzen aus der WPS (Welding Procedure Specification). Wenn das reale Spaltmaß vom programmierten abweicht, passiert eines von zwei Dingen:

• Spalt zu groß: Durchbrand, Nahteinfall, fehlende Anbindung → Nacharbeit
• Spalt zu klein: Überhöhung, Spritzer, zu hoher Wärmeeintrag → Verzug

Die Zahlen vor der KI-Einführung:

• Nacharbeitsquote: 12,3 % aller Schweißnähte
• Nacharbeitskosten: €18,50/Naht × 5.700 Nähte/Jahr = €105.450/Jahr
• Schutzgasverbrauch: 23 % über dem theoretischen Optimum
• Ausschuss (irreparabel): 1,4 % → €31.200/Jahr

Wie die KI den Schweißprozess in Echtzeit regelt

Sensorik vor dem Lichtbogen

Bevor der Roboter den Lichtbogen zündet, scannt ein Laserscanner die Fuge. Die KI erhält ein 3D-Profil der Nahtfuge und berechnet die optimalen Parameter — individuell für jede Naht, für jeden Abschnitt innerhalb einer Naht.

KI-Schweißroboter Regelung:
  pre_scan:
    sensor: "Laserlinienscanner (Precitec CHRocodile CLS)"
    aufloesung: "0.01 mm (Höhe) / 0.05 mm (lateral)"
    messrate: "2.000 Profile/Sekunde"
    vorschau: "15 mm vor Brennerposition"
    erkennt:
      - "Spaltmaß (0–4 mm)"
      - "Kantenversatz (0–3 mm)"
      - "Fugenwurzel (V, Y, HV, Stumpf)"
      - "Blechdicke (±0.5 mm)"

  ki_parameterberechnung:
    modell: "Gradient Boosted Trees + Online-Adaption"
    eingaenge:
      - "Fugengeometrie (Spalt, Versatz, Öffnungswinkel)"
      - "Material (S235, S355, Edelstahl, Aluminium)"
      - "Blechdicke"
      - "Schweißposition (PA, PB, PC, PF)"
      - "Schutzgas (Mischungsverhältnis)"
    ausgaenge:
      - "Stromstärke (±15 A)"
      - "Spannung (±2 V)"
      - "Drahtvorschub (±0.8 m/min)"
      - "Schweißgeschwindigkeit (±5 cm/min)"
      - "Pendelbewegung (Amplitude + Frequenz)"
      - "Gasvolumenstrom (±2 l/min)"
    latenz: "< 10 ms"

  inline_ueberwachung:
    lichtbogen:
      sensor: "Fotodiode + Spektrometer"
      messrate: "10 kHz"
      erkennt: ["Kurzschlussfrequenz", "Lichtbogenlänge", "Spritzer"]

    schmelzbad:
      sensor: "Kamera (CMOS, 500 fps, Bandpassfilter)"
      erkennt: ["Schmelzbadbreite", "Symmetrie", "Erstarrungsfront"]

    temperatur:
      sensor: "Pyrometer (800–1600 °C)"
      position: "20 mm hinter Brenner"

Adaptive Regelung während der Schweißung

Die KI passt die Parameter nicht nur vor der Naht an — sie regelt auch während der Schweißung nach. Der Laserscanner erfasst die Fuge 15 mm vor dem Brenner, die Lichtbogenüberwachung gibt Rückmeldung über den aktuellen Prozess.

Die Regelung reagiert innerhalb von 10 ms — bei 45 cm/min Schweißgeschwindigkeit entspricht das einer Wegstrecke von 0,075 mm. Die Parameteranpassung ist also quasi punktgenau.

Praxis: Stahlbau-Unternehmen Sachsen

Unternehmen: Tragwerke, Bühnen und Treppen für Industrie- und Hallenbau, 92 Mitarbeiter, 4 Schweißroboter (KUKA + Fronius)

Projektverlauf:

Phase 1 (Woche 1–4): Datenerfassung Laserscanner an allen 4 Robotern montiert. 2.400 Schweißnähte im Beobachtungsmodus — KI lernt den Zusammenhang zwischen Fugengeometrie, Parametern und Nahtergebnis.

Phase 2 (Woche 5–8): Parametervorschlag Die KI zeigt dem Schweißfachmann die empfohlenen Parameter an. Er entscheidet, ob er sie übernimmt. Übernahmequote: 87 %.

Phase 3 (ab Woche 9): Automatische Regelung Die KI regelt eigenständig innerhalb definierter Grenzen. Der Schweißfachmann überwacht und kann jederzeit eingreifen.

Ergebnisse nach 6 Monaten:

• Nacharbeitsquote: 3,9 % (vorher 12,3 %) — Reduktion um 68 %
• Ausschussrate: 0,3 % (vorher 1,4 %) — Reduktion um 79 %
• Schutzgasverbrauch: −14 % (gezieltere Gasmenge pro Position)
• Schweißgeschwindigkeit: +7 % (bei engen Spalten kann schneller geschweißt werden)
• Rüstzeit bei Programmwechsel: −45 % (KI passt Parameter automatisch an)

Finanzielle Bilanz:

Für die automatische Schweißnahtprüfung nach dem Schweißen bietet sich ein kombiniertes System an — die KI nutzt die Prozessdaten der Schweißung als Vorwissen für die Prüfung.

WPS-Konformität: KI und Regelwerk

Eine berechtigte Frage: Darf eine KI die Schweißparameter eigenständig ändern? Die Antwort liegt in der Begrenzung.

Die KI regelt innerhalb der qualifizierten Bereiche der WPS. Wenn die WPS für eine bestimmte Naht 220–260 A vorgibt, bleibt die KI in diesem Korridor. Sie ersetzt nicht die WPS — sie optimiert innerhalb der WPS.

Für die Dokumentation nach EN ISO 3834 zeichnet das System jeden Parameter jeder Naht auf: Stromstärke, Spannung, Geschwindigkeit, Gasmenge — Millisekunde für Millisekunde. Das ergibt eine lückenlose Qualitätsdokumentation, die bei Audits sofort vorliegt.

Wer die KI-Implementierung strukturiert angeht, klärt die WPS-Konformität im Vorfeld mit der zuständigen Schweißaufsicht. In unserer Erfahrung akzeptieren alle Zertifizierungsstellen die adaptive Regelung, solange die WPS-Grenzen eingehalten werden.

Integration mit bestehenden Robotersystemen

Die KI-Regelung ist nicht an einen Roboterhersteller gebunden. Getestete Kombinationen:

Die Nachrüstung dauert pro Roboter 2–3 Tage. Der Laserscanner wird am Brenner montiert (Gewicht: 380 g), die KI läuft auf einem externen Edge-PC. Der Eingriff in die Robotersteuerung beschränkt sich auf das Einspeisen der angepassten Schweißparameter über die vorhandene Schnittstelle.

Kosten und ROI

Ab 2 Schweißrobotern und 50+ Nähten pro Tag rechnet sich die Investition in 6–9 Monaten. Nutzen Sie unsere ROI-Excel-Vorlage für eine individuelle Berechnung.

Betriebe, die neben dem Schweißen auch CNC-Werkzeugbruch-Erkennung oder Drahterodieren mit KI einsetzen, schaffen eine durchgängig überwachte Fertigung.

Häufige Fragen

Kann die KI auch Aluminium- und Edelstahl-Schweißungen regeln?

Ja, das System unterstützt alle gängigen Werkstoffe: Baustahl, Feinkornstahl, Edelstahl (austenstisch und ferritisch), Aluminium und Aluminium-Legierungen. Für jeden Werkstoff wird ein eigenes Modell trainiert. Aluminium erfordert besondere Aufmerksamkeit bei der Lichtbogenüberwachung, weil die geringere Emissivität die optische Auswertung erschwert — das System kompensiert das mit angepassten Kamerafiltern.

Funktioniert die adaptive Regelung auch bei manuellen Schweißarbeitsplätzen?

Grundsätzlich ja, aber der Nutzen ist geringer. Bei manuellen Arbeitsplätzen zeigt die KI dem Schweißer optimale Parameter auf einem Display an, kann aber nicht direkt in die Stromquelle eingreifen. In der Praxis bewährt sich das als Assistenzsystem für weniger erfahrene Schweißer — die Nacharbeitsquote sinkt typischerweise um 25–35 %, also weniger als beim Roboter (68 %).

Wie geht das System mit mehrdeutigen Situationen um (z. B. stark verschmutzte Fuge)?

Der Laserscanner erkennt Verschmutzungen (Rost, Zunder, Öl) an der Streulichtcharakteristik. Bei starker Verschmutzung stoppt die KI und fordert manuelle Fugenreinigung an, statt mit unsauberen Daten zu arbeiten. Bei leichter Verschmutzung passt sie die Parameter konservativ an — etwas mehr Strom, etwas langsamer — und kennzeichnet die Naht für eine 100-%-Sichtprüfung.

Welche Schweißprozesse werden unterstützt?

Das System ist für MAG (135/136), MIG (131) und WIG (141) qualifiziert. CMT-Prozesse (Cold Metal Transfer) werden ebenfalls unterstützt und profitieren besonders stark von der KI-Regelung, weil die Kurzschlussfrequenz als zusätzliche Regelgröße dient. Unterpulverschweißen (UP/SAW) ist in Vorbereitung.

Brauche ich einen Schweißfachingenieur für den Betrieb des Systems?

Für die Ersteinrichtung und WPS-Qualifizierung ist ein Schweißfachingenieur (SFI) oder Schweißfachmann (SFM) nach DVS erforderlich. Im laufenden Betrieb genügt ein geschulter Bediener. Die KI ersetzt keinen Schweißfachmann — sie macht seine Expertise in jedem Roboter und bei jeder Naht verfügbar, auch in der Nachtschicht.