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Effiziente Fertigung in kleinen Losgrößen

Sortierroboter | Immer kleinere Losgrößen sind ein Merkmal und eine Folge der sich beschleunigenden Individualisierung. Speziell die Gebrauchsgegenstände des täglichen Bedarfs sollen die physischen und mentalen Besonderheiten des Käufers berücksichtigen. Die unmittelbare Folge sind kleinere Losgrößen. Darauf hat sich die Verpackungsindustrie einzustellen und für die Prozesse intelligente Automatisierungslösungen zu finden.

Im Zuge der Marktentwicklung verschiebt sich der Schwerpunkt in der Robotik von der Hardware in Richtung intelligente Sensoren, Steuerungs- und Applikationssoftware. Sie verleihen dem Roboter die menschenähnliche Fähigkeit des visuellen Wahrnehmens, Erkennens und daraus folgend des zielgerichteten, situationsbezogenen Handelns. Typisch sind Aktionen des selektierenden Aufnehmens oder Aussortierens, die dem Verpacken oft unmittelbar voraus gehen bzw. es vorbereiten. Die im Fallbeispiel der Zahoransky AG eingesetzte Robotersoftware für Pick&Place-Anwendungen, PickMaster von ABB, erfüllt diese Funktionen. Grundlage ist ein Bildverarbeitungssystem.

Zum Beispiel die Zahnbürste: Früher ein Massenprodukt, will der Verbraucher sie heute bedarfsgerecht mit passender Borstenqualität und -anordnung, Griffbeschaffenheit, Größe und Form. Hinzu kommen differenzierte Design-Vorlieben, LifeStyle-Visionen und unterschiedliche Ansprüche von einfach über gediegen bis Luxus oder Hightech. Für das Reinigungs- und Pflegeinstrument seiner Mundhöhle wünscht der Kunde dem entsprechend ein breites Auswahlspektrum. Immer neue Geometrien, Materialkombinationen und Zusatzfunktionen sind zu entwickeln und in der Fertigung umzusetzen. Dies führt dazu, dass die Losgrößen zum Beispiel für eine Serie Zahnbürsten immer kleiner werden. Um auch unter der Bedingung geringer Stückzahl mit häufig wechselnden Varianten und Formaten wirtschaftlich fertigen einschließlich verpacken zu können, sind hochflexible und kompakte Anlagen gefragt. Darüber hinaus verlangt die steigende Vielfalt der Formen und Qualitäten vollkommen neue Konzepte der Automatisierung.

Aufgabenschwerpunkt: Zuführen und Umrüsten
Nach menschlichem Vorbild sehen, erkennen, entscheiden und „handeln" zu können - diese Fähigkeit von Robotern charakterisiert sie als eine neue Klasse von Maschinen mit Intelligenz. Ihre höhere Qualifikation ist besonders bei dem vorbereitenden Sortieren und dem anschließenden Verpacken relevant. Dem schnellen Umrüsten, passend jeweils zu den im kurzfristigen Wechsel sich ändernden Produkttypen, kommt gleichfalls wesentliche Bedeutung zu. Im „Zahnbürsten-Fall" ist dies bei Zahoransky exemplarisch gelungen.

Die Entwicklungsingenieure im Werk Todtnau setzen auf Kleinmaschinen mit hohen Leistungsmerkmalen und Multifunktionsfähigkeit. Bei den Zuführsystemen konventioneller Produktionsanlagen hatten sie einen Engpass erkannt, der sich besonders beim Umrüsten auf andere Produktvarianten zeigt. Der Grund: Für das Umrüsten müssen die Anlagen oft mehrere Stunden stillstehen, während für die neuen Formate viele Teile auszutauschen sind. Diese zeit- und personalintensiven Rüstarbeiten mutieren zum Kostentreiber des Gesamtprozesses. Die Entwicklungsingenieure suchten folgerichtig nach Lösungen für den automatisierten Produkt- und Formatwechsel. Konstruktionsleiter Guido Sommer berichtet, wie er und seine Teammitglieder von Zahoransky die Lösung gemeinsam mit dem Systemintegrator robomotion aus Stuttgart fanden.

Robomotion-Geschäftsführer Dr.-Ing. Andreas Wolf erläutert die Vorgeschichte und den Beginn des Projekts. Gesucht war ein kompetenter Roboter-Partner: „Wir hatten aus anderen Projekten bereits gute Erfahrungen mit Systemen von ABB Robotics. Für die Anforderungen bei der Zahoransky AG schien uns der FlexPicker IRB 360 mit dem Bildverarbeitungssystem PickMaster prädestiniert. Der Roboter eignet sich sehr gut für schnelle und vor allem präzise Pick&Place-Anwendungen." Weitere Gründe sind für Wolf die problemlose Integration und die Erweiterungsmöglichkeiten der Bildverarbeitung PickMaster durch selbst geschriebene Zusatzprogramme. So konnte robomotion das Softwarepaket ideal an die Anforderungen des Zaho?ransky-Systems anpassen. Aber Roboter und Software allein machen noch kein funktionsfähiges System aus. Für ein solches Gesamtsystem bedarf es neben Roboter und Software auch intelligenter Sensoren und an das Produkt angepasster Greifwerkzeuge. Robomotion installierte für diese Anwendung speziell entwickelte mechanische Greifer. Im Unterschied zu üblichen Sauggreifern lassen sie sich wesentlich besser an variable Bedingungen und Produkte anpassen.

„Sehender" Roboter sortiert
Die nach ihrer Art sortierten Bürstenrohlinge kommen als Schüttgut in das Zuführsystem. Hier greift der kameragesteuerte IRB 360 die einwandfreien Rohlinge und setzt sie in Halterungen für den anschließenden Bestopfungsprozess, in dem die Bürstenköpfe ihre Borsten erhalten. Dank seiner „Sehfähigkeit" nimmt der Roboter nur einwandfreie Rohlinge für die weitere Produktion 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 ebenfalls der Vergangenheit an", fasst Sommer die Ergebnisse zusammen. Zudem birgt die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des IRB 360 noch erhebliche Leistungsreserven und eröffnet weitere Möglichkeiten zum Optimieren des Materialflusses. So können Anwender größere Durchsätze in deutlich kürzerer Zeit bewältigen und dabei die Produkte stets schonend handhaben. Aufgrund der hervorragenden Ergebnisse werden die Experten bei Zahoransky den IRB 360 zusammen mit PickMaster auch in Blister- und anderen Verpackungsmaschinen einsetzen.

Unter den ABB-Robotern ist der Deltaroboter IRB 360 FlexPicker der Spezialist für Pick&Place-Applikationen. 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 ein - unabhängig davon, ob die Teile auf den Förderbändern feste Positionen haben oder in loser, zufälliger Folge und Lage ankommen. Dies gewährleistet das Softwarepaket PickMaster. PickMaster ist eine Pick&Place-Lösung und besteht aus einer PC-Applikation und einem integrierten Bildverarbeitungssystem für robotergestützte Lösungen mit und ohne kontinuierlich laufenden Förderbändern. Integriert ist die System- und Prozess-Software für alle ABB-Roboter in Verpackungslinien. So eignet sich PickMaster für robotergestützte Handhabungen in der Fertigung sowie das Sortieren innerhalb verketteter Prozesse. Eigenständig kann der Roboter die Qualität von Produkten hinsichtlich Formgenauigkeit oder Unversehrtheit erkennen. Auf Basis der ermittelten Positionsdaten ermittelt die Robotersteuerung die erforderlichen Pfade und Bewegungen des Roboters für ein zielgerichtetes Greifen und späteres Ablegen der Teile.

Ein wesentlicher Vorteil gegenüber konventionellen Sortierlösungen ist, dass aufwändige Positionier- und Zuführsysteme dank der flexiblen Roboter entfallen. Zahlenmäßig weniger bewegte Maschinenteile wiederum reduzieren den Wartungsaufwand und das Risiko unvorhergesehener Anlagenstillstände. In der Konsequenz erhöht robotergestütztes Sortieren die Anlagenverfügbarkeit deutlich und trägt damit maßgeblich zu einem kurzen ROI (Return on Investment) der gesamten Anlage bei.

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Über Zahoransky

Der Name Zahoransky steht seit über 100 Jahren für Qualität und Zuverlässigkeit. Aus dem 1902 gegründeten Familienunternehmen entwickelte sich eine weltweit tätige Unternehmensgruppe. Mit rund 600 Mitarbeitern an 9 Standorten zählt die Zahoransky AG heute zu den führenden Anbietern von Komplettsystemen und Automatisierungslösungen zur Produktion von Besen und Bürsten für Industrie und Haushalte. Das Leistungsangebot umfasst die gesamte Prozesskette von der Entwicklung und Fertigung der Spritzgießwerkzeuge über den Bau der Produktionsmaschinen und -anlagen bis hin zur Integration von Blisterverpackungsmaschinen für Mascara-, Zahn- und Interdentalbürsten.

 

 

Über die Firma
ABB Automation GmbH Unternehmensbereich Robotics
Friedberg
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