Compar

Moderne Technik ersetzt aufwendige mechanische Vorrichtungen

| Autor / Redakteur: Klaus Vollrath / Frauke Finus

Das sichere Greifen solcher gefrästen und gebohrten Teile mittels Vakuumgreifer setzt eine hohe Positioniergenauigkeit voraus.
Das sichere Greifen solcher gefrästen und gebohrten Teile mittels Vakuumgreifer setzt eine hohe Positioniergenauigkeit voraus. (Bild: Vollrath)

Die Stationen einer Fertigungslinie sind meist mittels Handling verknüpft. Der Transport der Werkstücke erfolgt mithilfe von auf das Bauteil abgestimmten Vorrichtungen. Deshalb bedeuten Produktwechsel Umrüstaufwand. Eine Alternative sind Lösungen, bestehend aus kameragestützter Teile­erkennung, Roboter und Linearförderer, die keine speziellen Vorrichtungen benötigen und Schüttgut greifen, vermessen und präzise ablegen können.

Ein führender Schweizer Hersteller von Garten- und Astscheren sowie sonstigen Schneidgeräten für Gartenbau, Landwirtschaft und Industrie setzt bei seinen Schneideklingen kompromisslos auf Schweizer Qualität und spricht damit vor allem professionelle Kunden an. Dennoch sieht man sich ständigem Preisdruck durch Billigfabrikate ausgesetzt. Um den Kunden die Entscheidung für Qualität auch preislich zu erleichtern, wird deshalb bei der Klingenfertigung jede sich bietende Möglichkeit zur Senkung von Kosten genutzt. Deshalb erfolgt die Fabrikation auf durchgängig automatisierten Anlagen mit hoher Produktivität. Der Schneidgeräte-Hersteller gehört mit Niederlassungen in zahlreichen Ländern auf allen Kontinenten zur Spitzengruppe am Weltmarkt.

„Bei der Automatisierung solcher Produktionslinien kommt es heute neben hoher Produktivität zunehmend auch auf eine möglichst kurze Umrüstzeit an“, erklärt David Leuzinger, Leiter Automation und Robotics der Compar AG in Pfäffikon (Schweiz), deren Automationslösungen bei der Klingenfertigung für die Garten- und Landschaftsbau-Schneidgeräte eingesetzt werden. „Produkte müssen in immer mehr Varianten hergestellt werden, wodurch die Losgrößen kleiner werden. Hinzu kommen begrenzte Sonderaktionen sowie die Fertigung von Ersatzteilen in vergleichsweise geringen Stückzahlen. Solch kleinere Serienlosgrößen wirken sich oft durch größere Umrüstzeiten nachteilig auf die Gesamtproduktivität aus.“ Dies gilt auch für die Handling-Einrichtungen, die den Teilefluss vor, zwischen und hinter den einzelnen Produktionsmaschinen abwickeln. Früher kamen hier vielfach mechanische Systeme zum Einsatz, deren Vorrichtungen exakt auf das jeweilige Produkt hin ausgelegt wurden. „Solche Systeme sind zwar robust, zuverlässig und schnell, benötigen beim Produktwechsel jedoch oft einen längeren Maschinenstillstand“, wie Leuzinger berichtet. Beim jetzt anstehenden Austausch einer älteren Produktionsanlage suchte der Endkunde daher nach einer alternativen Lösung für die Zuführung der als Schüttgut angelieferten Bauteile. Das neue System sollte bei gleicher Zuverlässigkeit mit minimalem Umrüstaufwand auskommen. Zudem wurde eine sehr hohe Positioniergenauigkeit bei der Übergabe zum Nachfolgeprozess verlangt.

Handlingskonzept bestehend aus nur drei Komponenten

„Wir haben hierfür ein Konzept entwickelt, das gerade mal aus drei Komponenten besteht – Visionsystem, Roboter und Feeder“, erläutert Leuzinger. Zu sortieren sind unterschiedliche Klingen für Scheren, die als teils rohe, teils vorbearbeitete Stanzteile in Form von Schüttgut angeliefert werden. Die angelieferten Teile gelangen über einen Steilförderer in einen Dosierbunker, von dem sie portionsweise auf eine Förderplattform gerüttelt werden. Auf dieser liegen sie nicht nur chaotisch auf- und nebeneinander, sondern zum Teil auch mit der Unterseite nach oben. Das Abgreifen der Teile erfolgt mithilfe eines Scara-Roboters, dessen Vakuumgreifer so ausgelegt wurde, dass er ohne Austausch für das gesamte Spektrum der zu handhabenden Teile eingesetzt werden kann. Der Boden der Förderplattform besteht aus einem speziellen Kunststoff, der für Infrarotlicht transparent ist. Da er von unten gleichmäßig mit IR-Licht beleuchtet wird, wirkt er für die oben angebrachte Kamera wie ein Lichttisch, auf dem sich die Konturen der darauf liegenden Teile scharf abzeichnen. Die Erkennung erfolgt innerhalb von 200 Millisekunden. Die von Compar entwickelte Softwareplattform Visionexpert klassifiziert solche Teile, die sich nicht mit anderen Teilen überdecken, nach den Kriterien „O.K.“, „gedreht und O.K.“ oder „unbekannt“. Zu letzterer Kategorie werden überdeckt liegende Teile ebenso gezählt wie Falschteile, wozu neben Verschleppungen auch NiO-Teile gehören.

Zusammenspiel des Systems mit den Zuführeinheiten und der Lesestation

„Höchste Priorität des Systems ist die taktzeitgerechte Versorgung des Folgeprozesses“, hebt Leuzinger hervor. Deshalb greift der Roboter zuerst diejenigen Teile, die in Ordnung sind und in der richtigen Klapplage liegen. Dafür wird der Greifer entsprechend der Lage des Teils gedreht und passend positioniert. Das gegriffene Werkstück wird dann zu einer zweiten Kamerastation verfahren und dort mithilfe einer unten angeordneten Kamera mit einer Genauigkeit von ± 0,02 mm vermessen. Je nach Ergebnis und Prozesserfordernis wird es entweder mit hoher Positionier- und Orientierungsgenauigkeit an den Folgeprozess übergeben, in einer Pufferstation mit vier Plätzen abgelegt oder im Ausschussbehälter entsorgt. Nächste Priorität haben dann gedreht liegende Teile. Auch diese werden präzise aufgenommen und zu einer Drehstation verbracht, wo sie mit einer Universal-Klemmvorrichtung gegriffen und in die richtige Lage gedreht werden. Anschließend greift der Roboter das Teil erneut, führt es zur Feinvermessung und von da aus weiter wie oben beschrieben.

„Eine wichtige Rolle spielt auch das Zusammenspiel des Systems mit den Zuführeinheiten und der Lesestation“, sagt Leuzinger. Der Steilförderer hält den horizontalen Dosierbunker stets gefüllt. Aus diesem wird das Material in kleinen Mengen auf den Lesetisch dosiert. Kriterium für die Zudosierung ist der Abdeckungsgrad der Fläche der Sortierstation. Ein zu hoher Abdeckungsgrad würde dazu führen, dass sich zu viele Teile überdecken, was die Erkennung behindert. Um den Erkennungsprozess zu unterstützen, kann der Lesetisch gezielt und dosiert Rüttelbewegungen sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung ausführen. Bei vertikalen Bewegungen springen überdeckende Teile hoch und werden dadurch getrennt, so dass ihre Kontur erkannt werden kann. Durch horizontales Rütteln kann das Material auf dem Tisch gezielt vorwärts oder rückwärts gefördert werden. Letzteres ermöglicht es zum Beispiel bei versehentlichem Überfüllen überschüssiges Material aus dem Sichtbereich heraus zu transportieren. Auch kann der Lesetisch so für einen Produktwechsel komplett leergefahren werden. Diese Funktionen der Peripherieeinheiten werden von der Software Visionexpert so angesteuert, dass der Erkennungs- und Sortierprozess möglichst im Leistungsoptimum gefahren wird.

Erkennung, Überprüfung und Sortierung gemischter Teile

„Ein weiterer wesentlicher Vorteil des Systems ist seine leichte Bedienbarkeit“, freut sich Leuzinger. Vor der Auslieferung wurde die Anlage auf die Erkennung von lediglich zwei Bauteilen trainiert. Die Erkennung beliebiger anderer Teile kann der Kunde auf einfache Weise selbst programmieren, indem das System mit den entsprechenden Komponenten belegt und ein Lernmodus aufgerufen wird. Einmal eingelernte Teile werden über ihre Geometrie identifiziert. Über das Einlernen neuer Teile hinaus arbeitet das System auch bei Produktwechseln weitgehend autark, da keine mechanischen Umrüstungen erforderlich sind. Der Zeitbedarf für einen Produktwechsel liegt bei wenigen Minuten. Dies ist vor allem durch das Leerfahren und Neubefüllen der Förderstrecke bedingt, der Programmwechsel selbst erfordert nur ein paar Tastendrucke. Weitere Eventualität ist das Entfernen von eingeschleppten Fremdkörpern, die vom Sortieralgorithmus nicht erkannt und daher nicht gegriffen werden können.

„Unsere Lösung bietet über die hier beschriebenen Möglichkeiten hinaus noch zahlreiche weitere Optionen“, bekräftigt Leuzinger. Dazu gehört die Möglichkeit einer vollwertigen 3D-Erkennung, so dass beispielsweise Teile mit symmetrischen Konturen, aber unterschiedlichen Oberflächenstrukturen auch dann unterschieden werden, wenn sie „falsch herum“ liegen. Diese Option setzt lediglich eine zusätzliche Kamerastation voraus. Teile können nicht nur durch Einlernen, sondern auch durch Vergleich der gemessenen Geometrie mit den vorhandenen CAD-Geometriedaten identifiziert werden. Im Prinzip ist damit die Erkennung, Überprüfung und Sortierung multipler gemischter Teile selbst in kleinsten Stückzahlen möglich. Auch eröffnen sich noch weitere Optionen wie Identifizierungen zum Beispiel durch das Einlesen von Datamatrix- oder QR-Codes. Mit den Möglichkeiten dieser flexiblen Handlingszelle erfüllt Compar schon heute die zentralen Anforderungen für die Smartfactory im Industriezeitalter 4.0.

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