Fleurier Ebauches SA, eine hundertprozentige Chopard-Tochter produziert und testet im schweizerischen Örtchen Fleurier mechanische Uhrwerke, die in den begehrten Chopard-Uhren zum Einsatz kommen. „Tatsächlich testen wir jedes mechanische Uhrwerk auf die drei Prüfkriterien Ganggenauigkeit, Amplitude und Dauer der Gangreserve. Erfüllt ein Uhrwerk unsere exakt definierten Vorgaben nicht – bei der Ganggenauigkeit liegen wir hier bei wenigen Sekunden Vor- beziehungsweise Nachgang –, geht es zurück zur Feinjustage. So garantieren wir, dass nur 100 Prozent perfekte Kaliber verbaut werden“, erklärt Produktionsleiter Sebastien Reuille.
Als Testequipment setzt Fleurier Ebauches auf den Chronoscope M10 des Schweizer Herstellers Witschi, der bei der Kontrolle von hohen Stückzahlen mechanischer Uhrwerke enorme Effizienz bietet. Das hochpräzise Messsystem kann zehn Uhren gleichzeitig in bis zu sechs unterschiedlichen Hauptlagen messen. Dank der Uhrwerkidentifikation und der Speicherung der Messresultate in einer zentralen Datenbank ist die Rückverfolgung sämtlicher Prüfschritte für jedes einzelne Kaliber garantiert.
Eine komplexe Aufgabe
„Der einzige Nachteil an unserem Chronoscope M10 war die manuelle Be- und Entladung mit Prüflosen von jeweils 10 Uhrwerken. Die Herausforderung dabei: Die zu testenden Uhrwerke müssen zeitgenau nach 24 und 42 Stunden wieder auf die Maschine. Die Einhaltung dieser Zyklen erforderte bei manueller Ausführung eine sehr aufwendige Logistik und Personalplanung, weshalb wir dringend auf der Suche nach einer automatisierten Lösung waren“, so Automatisierungsexperte Cyril Ferreux.
Dabei stand von vornherein fest: Die Automation des Witschi-Testers würde an die Kompetenz des Anlagenbauers sowie an das technische Equipment hohe Anforderungen stellen. Erste Überlegungen zeigten zudem schnell, dass es ohne den Einsatz eines Sechsachsroboters keine optimale Lösung geben würde.
Neben der Tatsache, dass sich die Schweizer Uhrenindustrie erst langsam dem Einsatz von Robotern in ihren Manufakturen öffnet, kristallisierte sich beim Witschi-Test noch ein weitaus konkreteres Problem heraus: Bei den Prüfungen handelt es sich um akustische Testverfahren, die keinesfalls durch das Betriebsgeräusch eines Roboters beeinträchtigt werden dürfen.
Betriebsgeräusch entscheidend
Eine Lösung für die Automation des Chronoscope M10 konnte es daher nur mit einem extrem leise arbeitenden Roboter geben. Und einen solchen superleisen Roboter fanden die Verantwortlichen auf einem Messestand bei Stäubli in der Schweiz. Hier nahmen sie einen Sechsachser der TX2-Baureihe genau unter die Lupe und waren von dessen niedrigem Betriebsgeräusch begeistert.
Aber wie konnte es sein, dass diese Roboter im Vergleich zu Sechsachsern anderer Hersteller deutlich geringere Geräuschemissionen verursachen? Ganz einfach: Stäubli-Roboter verfügen nicht nur über ein vollständig geschlossenes Gehäuse, sondern auch über eine eigene, patentierte Antriebstechnik. Die sogenannten JCS-Antriebe stehen für höchste Präzision und laufen komplett im Ölbad. Diese Tatsache reduziert das Betriebsgeräusch gegenüber Standardantrieben, die meist mit einer Fettschmierung auskommen müssen, erheblich. Nachdem der passende Roboter für die anspruchsvolle Automatisierungsaufgabe gefunden war, ging alles ganz schnell. Stäubli konnte mit der Schweizer TCI Engineering gleich noch einen überaus erfahrenen Anlagenbauer empfehlen und gemeinsam machte man sich an die Realisierung des Projekts.
Null-Fehler-Strategie
Was dabei herausgekommen ist, zeigt sich in Fleurier: In cleaner Umgebung, die das Tragen von Laborkleidung erfordert, steht eine kompakte Roboterzelle, in der ein weißer, auf Hochglanz polierter Stäubli TX2–60 die komplette Automation des Chronoscope M10 übernimmt. Auffallend ist, dass der Roboter seine Aufgaben fast geräuschlos erledigt und der Chronoscope M10, um Vibrationen zu vermeiden, auf Silentblöcken montiert ist, die ihn vom Rest der Anlage der Rundum-Peripheriegeräte entkoppeln.
Einzig die Be- und Entladung der Zelle mit den Trays, die jeweils zehn in speziellen Kalotten eingehauste Uhrwerke beinhalten, erfolgt manuell. Mit bis zu 48 Trays kann die Beladestation bestückt werden. Alle weiteren Handhabungsschritte übernimmt der Stäubli-Sechsachser.
Alle Schritte genau dokumentiert
Zunächst holt der Sechsachser einen Tray von der Beladestation ab und fährt damit zu einer Station, an der die Seriennummern der Uhrwerke über ein Visionsystem eingelesen werden. Ab diesem Zeitpunkt ist jedes Uhrwerk exakt identifiziert, alle durchlaufenen Prozessschritte sind genau dokumentiert und rückverfolgbar.
Anschließend vereinzelt der Roboter mit seinem Multifunktionsgreifer die Kalotten mit den Uhrwerken und legt sie der Reihe nach in einer Station ab, in der die voll aufgezogenen Kaliber für die anschließenden Prüfungen entsperrt werden. Nach einer 15-minütigen Einlaufzeit, in der die Kalotte im Tray ruht, holt sie der TX2–60 ab und legt sie in das Witschi Chronoscope ein.
Nach sechs Minuten ist die erste Testreihe absolviert und der Roboter legt die Uhrwerke in ihren Trays ab, ehe nach exakt 24 und 42 Stunden die beiden nächsten Testreihen anstehen. Uhrwerke, die die Tests bestanden haben, legt der Sechsachser in schwarze Trays ab, die restlichen kommen in rote Trays, in denen sie einer Feinjustage zugeführt werden und das Testprocedere anschließend erneut durchlaufen. Damit ist ein Null-Fehler-Konzept realisiert.
Greifer mit fünf Funktionen
Um alle Aufgaben ausführen zu können, setzt TCI Engineering auf einen Multifunktionsgreifer mit fünf Hauptfunktionen, drei für das Greifen und zwei für sensorgesteuerte Messungen. Auf der mechanischen Seite besteht die erste Funktion im Greifen des kompletten Trays, die zweite in der Handhabung der einzelnen Kalotten mit den Uhrwerken. Die dritte ist ein kleiner Finger für das Öffnen und Schließen der Kunststoffabdeckung der Witschi-Maschine. Über die zwei sensorischen Funktionen erkennt der Roboter die Stapelhöhe der eingangs aufgelegten Trays sowie die Position der Abdeckung an der Messmaschine.
Die Automatisierung des Chronoscope M10 übertrifft bei Fleurier Ebauches alle Erwartungen: „Der Stäubli-Sechsachser führt sämtliche Handhabungsschritte mit höchster Präzision aus. Zudem arbeitet der TX2–60 dauerhaft mit sehr niedrigem Geräuschpegel, sodass Störungen der akustischen Prüfungen sicher ausgeschlossen sind. Und: Der Roboter passt mit seinem avantgardistischen Reinraumdesign in hochglanzpoliertem Weiß perfekt in unsere cleane Produktionsumgebung“, freut sich Sebastien Reuille.
Belegschaft ist begeistert
Die Roboterzelle stieß auch bei der Belegschaft auf große Akzeptanz. Denn vor allem das überaus monotone Be- und Entladen sowie die exakte Einhaltung der 24- und 42-Stundenintervalle, nach denen die Uhrwerke die zweite und dritte Testreihe durchlaufen müssen, bedeuteten für die Belegschaft großen Stress. Heute ist alles automatisch.
Seit über einem Jahr läuft die Zelle nun störungsfrei im Dreischichtbetrieb rund um die Uhr, an Wochenenden auch autonom. Durch den Automatikbetrieb ist sichergestellt, dass die Uhrwerke ihre zweiten und dritten Prüfdurchläufe minutiös geplant antreten können. Das schafft Freiräume bei der Personalplanung und erlaubt den Mitarbeitern bei der Arbeitszeitgestaltung deutlich mehr Flexibilität.
Stäubli Tec-Systems GmbH Robotics
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