Vorgegebene Taktzeit von 33 Sekunden wurde mit 26 Sekunden deutlich unterboten Schneller und sicherer Griff in die Lenkradkiste - Automationspraxis

Vorgegebene Taktzeit von 33 Sekunden wurde mit 26 Sekunden deutlich unterboten

Schneller und sicherer Griff in die Lenkradkiste

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Ein schnelles und prozesssicheres Greifersystem für den Griff in die Kiste haben Faude und Fraunhofer IPA für den Automotive-Zulieferer Takata entwickelt. Ein Kawasaki-Roboter mit 3D-Sensor und Bin- picking-3d-Software führt ohne aufwändige mechanische Vereinzelung ein bis zwei Kilogramm schwere Lenkrad-Skelette der Bearbeitungsanlage zu – und das im Dreischichtbetrieb und mit einer Verfügbarkeit von über 98 Prozent.

„Die Lösung erfüllt alle Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit, Verfügbarkeit, Robustheit und Taktzeit und hat unsere strengen Vorgaben zum Teil sogar noch übertroffen“, berichtet Manuel Torsiglieri, Manager Process Engineering Europe bei Takata. „Wir haben die vorgegebene Taktzeit von 33 Sekunden mit 26 Sekunden noch deutlich unterboten“, freut sich Faude-Geschäftsführer Dieter Faude. „Dafür sorgt eine spezielle rotative Scantechnik und ein selbst entwickelter Spezial-Greifer.“

Dafür mussten aber gleich eine Reihe technologischer Nüsse geknackt werden. Weil die Lenkrad-Skelette unterschiedliche Geometrien aufweisen und in chaotisch beladenen, 1,20 m tiefen Gittertransportkisten aus mehreren europäischen Standorten zugeliefert werden, kam naturgemäß nur ein 3D-Bilderkennungssystem in Frage. Dafür steuert das IPA die in über zehnjähriger Forschung entwickelte Software Binpicking-3d bei.
„Unser patentiertes Objekterkennungsverfahren ist dank seiner offenen Schnittstellenarchitektur zu praktisch allen Roboter- und 3D-Sensor-Systemen kompatibel“, erläutert Matthias Palzkill, Entwicklungsleiter für den Griff in die Kiste am IPA. Je nach Anwendung leiste das System mittlerweile die Rechenoperationen in 0,5 bis 2 Sekunden.
„Aber nicht nur die Objekterkennung und Greifpunktberechnung sind in Sekundenbruchteilen möglich, sondern auch eine vollständige Simulation der Fahrwege, die einen maximal kollisionsfreien Greifvorgang erlaubt“, so Palzkill.
Dennoch musste Faude tüfteln: „Die Lenkradskelette mit einer Verkippung von bis zu 45 Grad und einer Tiefe von 1100 Millimeter sicher und schonend zu greifen, auch wenn sie gegen den Kistenrand geneigt sind, war eine große Herausforderung – zumal die Lenkradskelette aus Sicherheitsgründen nicht in der Bohrung gegriffen werden dürfen.“
Der Laserscanner wurde mit einer ausgeklügelten Lösung in den Roboterarm integriert und kann sowohl Gesamtbilder der zur Entleerung anstehenden Kiste aufnehmen als auch gezielt einzelne Teile ansteuern. Viel Entwicklungsarbeit steckte man zudem in die spezielle Greiferkonstruktion, die die komplexen Bauteile mit ihren verschiedenen Geometrien sicher und beschädigungsfrei festhält. Die Lösung: ein Parallelgreifer, der sich den Außengeometrien der Lenkradskelette anpasst und dadurch Punktbelastungen und das Risiko von Druckstellen vermeidet.
Eine weitere harte Nuss war die schwierige Lage der verkippten Bauteile in den Gitterboxen. „Wir haben dieses Problem mit einem abgekröpften Greifer gelöst, der jeden Winkel der Transportkisten erreichen kann“, erklärt Faude. Den Greifer hat er aus Schunk-Standardkomponenten mit entsprechender Sensorik und einer zusätzlicher 7ten Achse konzipiert.
Zugleich muss die Bahnplanung dafür Sorge tragen, dass es keine Kollision mit den Kistenrändern beim Einfahren in die Gitterbox gibt. „Und der Arbeitsraum mit drei Gitterboxen und drei Ablagerollenbahnen bedingte einen viel zu großen und kräftigen Roboter, der aber hochsensibel arbeiten muss.“ Der eingesetzte Roboter kommt auf eine Traglast von 130 kg – und das bei einem Teilegewicht von rund 1 kg.
Um Roboterstillstände durch Kollisionen zu vermeiden, hat Faude einen Kollisionsschutz eingebaut, der die Einwirkung koaxialer Kräfte auf den Greiferarm erkennt. „Falls es aufgrund einer falschen Bahnplanung durch die Bildverarbeitung doch zu einer Kollision mit der Kiste oder dem Lenkradskelett kommt, löst der Kollisionsschutz in allen Richtungen sensibel aus und stoppt den Roboter schnellstmöglich.“
Der Aufwand hat sich jedoch gelohnt: „Der automatisierte Griff in die Kiste hat für uns die Prozesssicherheit und Qualität bei der Lenkradskelett-Handhabung gegenüber dem manuellen Einsatz klar verbessert“, so das Fazit von Torsiglieri. Bei einem Verkaufspreis von rund 180 Tausend Euro habe sich das System in weniger als einem Jahr amortisiert, rechnet Faude vor.
„Mit der Anlage können wir also die Zukunftsfähigkeit unseres Standorts ausbauen und zugleich die Mitarbeiter von monotonen und strapazierenden Tätigkeiten entlasten“, ergänzt der Takata-Manager. Denn Mitarbeiter, die von anstrengenden Be- und Entladearbeiten entlastet werden, riskieren weniger Erkrankungen und Folgeschäden. „Es geht nicht um die Verdrängung des Menschen, sondern um die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter“, stellt Faude klar.
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA www.ipa.fraunhofer.de
Faude Automatisierungstechnik GmbH www.faude.de
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