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29.06.2011

70 Teile pro Minute greifen, prüfen und gezielt ablegen

„Sehender” Roboter für ein effizientes Pick & Place bei Kleinserien

Auch wenn Kunststoffartikel oft Massenware sind, geht doch der Trend eindeutig in Richtung Individualisierung. In der Folge sind in automatisierten Produktionslinien immer öfter kleinere Losgrößen zu bearbeiten. Pick & Place-Roboter mit Bildverarbeitungssystemen erlauben einen schnellen und häufigen Wechsel auf andere Formate oder Produktvarianten.

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Früher ein niedrigpreisiger Massenartikel, sind heutige Zahnbürsten multifunktionale Hightech-Produkte. Passend für individuelle Mund- und Zahngrößen, Zahnabstände sowie Zahnfleisch-Sensitivitäten, wünschen sich die Verbraucher ihre Zahnbürste aus einem möglichst breiten Sortiment auszusuchen. Unterschiedliche Lifestyle-, Luxus- oder Designvorlieben hinsichtlich der Beschaffenheit des Griffes, der Borsten und dess Bürstenkopfes kommen hinzu und differenzieren die Produktpalette der Zahnbürsten weiter. Die Plastizität der Kunststoff-Materialien kann die Vielfalt der Einzelansprüche zum Beispiel an die Zahnbürste befriedigen helfen. Jedoch steht der Hersteller vor der Aufgabe, die notwendig automatisierte Produktion auf immer kleinere Losgrößen anzuwenden. Um die vielfältigen Formen und Qualitäten rationell zu fertigen, werden moderne Konzepte benötigt. Eine gelungene, effiziente Lösung beschreibt das Fallbeispiel des Kunststoffverarbeiters Zahoransky in Todtnau; in seinen Produktionsanlagen für Zahnbürsten nutzt das Unternehmen schnelle Pick & Place-Roboter mit Bildverarbeitungssystemen.

Konventionelle Zuführsysteme
haben zu lange Umrüstzeiten

Die Zuführsysteme konventioneller Produktionsanlagen bilden beim Umrüsten auf andere Produktvarianten einen Engpass. Denn zum Umstellen auf neue Formate müssen die Anlagen oft mehrere Stunden stillstehen, um zahlreiche Teile auszutauschen. Diese aufwändigen Rüst-arbeiten mindern die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses. Die Entwicklungsingenieure von Zahoransky im Werk Todtnau erkannten das Produktivitätshindernis und suchten nach Lösungen für automatisierte Produkt- und Formatwechsel. Erste Versuche mit Bildverarbeitungssystemen erfüllten zwar die Grundanforderungen, funktionierten aber nicht durchgehend und sicher. Die Lösung fanden der Konstruktionsleiter Guido Sommer und seine Teammitglieder bei Zahoransky gemeinsam mit dem Systemintegrator Robomotion aus Stuttgart. Nach bisherigen guten Praxis-Erfahrungen, wie der Robomotion-Geschäftsführer Dr. Andreas Wolf anführt, entschieden die Experten, Systeme von ABB Robotics einzusetzen. Sie wählten für die Produktion von Zahoransky den Deltaroboter FlexPicker IRB 360 mit dem Bildverarbeitungssystem PickMaster.

Ausbringung von 70 Teilen pro Minute und noch weitere Leistungsreserve

Der Deltaroboter eignet sich hervorragend für schnelle und vor allem präzise Pick & Place-Anwendungen", erklärt Wolf. Weitere Gründe sind für ihn die problemlose Integration und die Erweiterungsmöglichkeiten der Bildverarbeitung durch selbst geschriebene Zusatzprogramme. Das funktionsfähige System ergänzen intelligente Sensoren und an das Produkt angepasste Greifwerkzeuge. Der Systemintegrator installierte speziell entwickelte mechanische Greifer, die sich im Vergleich zu Sauggreifern wesentlich besser an variable Bedingungen und Produkte anpassen lassen. Die Rohlinge kommen als Schüttgut in das Zuführsystem. Hier greift der kameragesteuerte Roboter die Rohlinge und setzt sie in Halterungen, in denen die Bürstenköpfe mit Borsten komplettiert werden. Dabei nimmt der Roboter aufgrund seiner kamera-basierten „Sehfähigkeit" nur einwandfreie Rohlinge auf und ignoriert die von der Bildverarbeitung als fehlerhaft erkannten Teile. Letztere schleust das System automatisch aus dem Prozess. „Mit 70 Teilen pro Minute ist die Ausbringung im Vergleich zur vorherigen Technik um ein Vielfaches höher. Stundenlange Maschinenstillstände beim Umrüsten auf neue Muster gehören der Vergangenheit an", fasst Guido Sommer die Ergebnisse zusammen. Zudem biete die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des Deltaroboters erhebliche Leistungsreserven. So realisieren Anwender größere Durchsätze bei produktschonender Handhabung in deutlich kürzerer Zeit.
Ein weiterer, wichtiger Vorteil gegenüber konventionellen Sortierlösungen resultiert aus der geringeren Zahl bewegter Maschinenteile. Dies mindert den Wartungsaufwand und das Risiko unvorhergesehener Anlagenstillstände - und trägt somit zu einem höheren Return on Investment bei.

Die Bildverarbeitung ermöglicht auch das Aussortieren fehlerhafter Teile

Der Deltaroboter ist speziell für präzise Pick & Place-Aufgaben mit erhöhter Geschwindigkeit entwickelt. Der hängend installierte Roboter nimmt die Produkte von oben auf und setzt sie je nach Anwendung und Aufgabenstellung in Trays, Kartons, Formen, Halterungen oder Werkstückaufnahmen. Dabei ist es unerheblich, ob die Teile auf den Förderbändern feste Positionen haben oder in loser, zufälliger Folge und Lage ankommen. Dies gewährleistet die zugehörige Pick & Place-Lösung, die aus einer PC-Applikation und einem integrierten Bildverarbeitungssystem für robotergestützte Anwendungen mit und ohne kontinuierlich laufende Förderbänder. Weiterhin enthält die Pick & Place-Lösung die System- und Prozess-Software für alle ABB-Roboter in Verpackungslinien und eignet sich gleichfalls für robotergestützte Handhabungen in der Fertigung sowie das Sortieren innerhalb verketteter Prozesse. Der Roboter kann damit eigenständig die Qualität von Produkten hinsichtlich Formgenauigkeit oder Unversehrtheit erkennen. Auf Basis der ermittelten Positions-, Form- und Lagedaten ermittelt die Robotersteuerung die erforderlichen Pfade und Bewegungen des Roboters für ein zielgerichtetes Greifen und späteres Ablegen der Teile. So kann der Roboter sehr komplexe Aufgaben übernehmen. Er bildet damit die menschliche Fähigkeit des Prüfens, Entscheidens und zielbezogenen Handelns ab. Hinzu kommt ein anwenderfreundliches Arbeiten und intuitives Parametrieren dieser Software anstelle von aufwändigen Programmierarbeiten.

Kosteneffizienz
Pick & Place für kleinere Serien

Ein schneller und häufiger Wechsel auf andere Formate oder Formteil-Varianten erfordert vor allem schnell umrüstbare Fertigungsanlagen. Pick & Place-Roboter mit Bildverarbeitungssystemen wie bei Zahoransky in der Zahnbürstenproduktion eingesetzt, bieten genau diese Vorteile. Stundenlange Stillstände wegen Umrüstungen gibt es nicht mehr. Mit 70 Teilen pro Minute ist die Ausbringung des dort eingesetzten Robotersystems zudem um ein Vielfaches höher als die frühere, konventionelle Technik. Dabei ist die Kapazität noch nicht vollständig ausgereizt. Bei der Bestückung werden die Formteile für die Weiterverarbeitung aber nicht nur richtig in die Aufnahmesysteme platziert, sondern erkennbar fehlerhafte Formteile werden aussortiert.

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