Pick-and-Place-Einheit mit kurzen Umrüstzeiten Schnelle Werkzeugwahl per Touch

Ein Werkstück von der Zuführung nehmen und zur Weiterverarbeitung in die passende Halterung legen, ist ein monotoner Arbeitsschritt. Er eignet sich gut zur Automatisierung – und wird doch immer noch oft von Hand erledigt. Herkömmliche Pick-and-Place-Systeme wiederum bremsen sich meist selbst mit langen Umrüstzeiten, wenn die Verarbeitung unterschiedlicher Werkstücke gefragt ist.

Alles unter einer Bedienoberfläche

Der Erfurter Systemintegrator Seitec hat in Zusammenarbeit mit dem Antriebsspezialisten SEW-Eurodrive diesen Aufgabenbereich von Grund auf neu gedacht. Ergebnis ist eine maximal flexible Handhabungslösung, die alle Komponenten eines Pick-and-Place-Systems in einer einzigen, komfortablen Bedienoberfläche bündelt. Die Maschine kann hunderte, sehr unterschiedliche Werkstücke mit minimalen Umrüstzeiten verarbeiten. Für das Verwalten und Verfolgen der Werkstücke in der Maschine wurde der IEC-Softwarebaustein Movikit ProductionLineControl von SEW-Eurodrive eingesetzt. Sie ermöglicht, Werkstücke von einem bewegten Band auf ein anderes bewegtes Band zu legen.

„Die Rezepte sind im Kontrollsystem der Einheit gespeichert“, erläutert Daniel Pfeffer, Head of Operations bei Seitec. Mit nur wenigen Touchgesten am Bedienpanel kann ein Maschinenbediener innerhalb von Sekunden die Anlage auf ein neues Werkstück einstellen. Ist ein Greiferwechsel nötig, fordert die Maschine in derselben Oberfläche dazu auf und parkt den zentralen Roboter an der passenden Position. „Das dauert insgesamt vielleicht eine Minute“, betont Pfeffer, der auch der Projektleiter ist und das Konzept entwickelte. „Hieraus ergibt sich ein enormer Zeitgewinn gegenüber Anlagen, die bei Anpassungen einen Eingriff in verschiedene Bedieneinheiten an der Maschine erfordern – insbesondere bei der Handhabung kleiner Losgrößen.“

Ein weiterer Wunsch des Kunden war, auch die Bedienung der Kamera über die Visualisierung der Gesamtanlage zu ermöglichen. Somit sind zum Einfahren der Anlage mit neuen Teilen beziehungsweise dem Einlernen neuer Konturen weder Laptop noch Software notwendig.

Reduzierte Komplexität

Das erste Exemplar dieser neuartigen Gesamtlösung „Seibot“ – ein Akronym aus Seitec und Roboter – wurde von einem großen mittelständischen Produktionsunternehmen für den Bereich der Verarbeitung und Fertigung bestellt. Auslöser für den Auftrag war ein gar nicht so seltenes Problem: Eine Teilanlage der Produktionsstraße, die erst seit zehn Jahren im Einsatz ist, wurde vom Hersteller bereits wieder abgekündigt. Die alte Maschine lässt sich nicht mehr mit vertretbarem Aufwand an neue Anforderungen anpassen und ist somit nicht mehr zukunftssicher.

Als Lösung entwickelten die beiden Unternehmen gemeinsam eine einheitliche Schnittstelle zwischen der Robotersteuerung mit dem Softwaremodul Movikit Robotics und der übergeordneten Anlagensteuerung. Diese Kombination eignet sich für alle Robotergeometrien vom Scara- bis zum 6-Achs-Knickarmroboter. So konnte die Komplexität – im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen dieser Art – deutlich reduziert werden. Pfeffer betont: „Der ganz große Vorteil dieses Konzepts ist, dass die Positions- und Dynamikwerte des Roboters für den Pick-and-Place-Prozess über die Visualisierung der übergeordneten Steuerung einstellbar sind.“ Damit haben Einrichter der Maschine beziehungsweise Instandhalter jederzeit die Möglichkeit, den Produktionsprozess zu verbessern. Ein gesondertes Bedienpanel oder spezielle Software sind nicht mehr notwendig. „Die Lösung von Seitec ermöglicht auch eine wesentlich höhere Anlagenlebensdauer“, unterstreicht Pfeffer. Gründe dafür seien ihr einfacher und modularer Aufbau aus industriellen Standardkomponenten sowie der durchgehende Einsatz von Standardschnittstellen.

Unterschiedliche Geometrien vereinzeln

Herzstück der Anlage ist derzeit ein Tripod-Roboter mit zusätzlicher Drehachse, der je nach Bedarf mit zwei verschiedenen Greifern ausgestattet wird. Er wird durch vier Servomotoren der Baureihe CMP mit PxG-Getrieben in der Ausführung P5 (für hohe Dynamik) angetrieben. Die Werkstücke werden im Vorfeld mittels zwei verschiedener Methoden vereinzelt. Eine Kamera zur industriellen Bildverarbeitung, die über Ethernet/IP in das Gesamtsystem integriert ist, erfasst Form und Lage von derzeit rund 130 unterschiedlichen Werkstücken auf dem Zuführband. Dieses muss – dem neuesten Stand der Technik entsprechend – nicht mehr transparent sein, wodurch sich Handhabung und Service vereinfachen. Zudem können das Pick-Band und das Place-Band in einem beliebigen Winkel zueinander angeordnet sein.

Das System liefert so die standardisierte Grundlage für die Kinematik des Pick-and-Place-Roboters mit vier Freiheitsgraden. „Wir mussten für die extrem unterschiedlichen Geome­trien und Größen ein System finden, um die Teile zu vereinzeln und sie dann korrekt handzuhaben“, erläutert Pfeffer. Ziel des Kunden war es, in Vorbereitung auf den nächsten Arbeitsschritt, mehrere Werkstücke im Sekundentakt auf einem Warenträger zu platzieren. Diese Zielvorgaben habe man mit dem System erreicht.

Zukunftssichere Einfachheit

„Wenn ein neues Werkstück eingelernt werden soll, wird die Anlage mit Hilfe des intelligenten Movi-C Controllers UHX65 in wenigen Minuten über das Bedienpanel konfiguriert. Anschließend speichert man den Prozess als neues Rezept“, erklärt Christopher Kühn, der zweite Projektleiter für die Neuentwicklung. Benötigt der Roboter irgendwann mehr Freiheitsgrade oder eine andere Kamera, könnte jede Komponente dank der nichtproprietären Schnittstellen einfach gewechselt werden. Sie ließen sich dann mit Hilfe der bereits im Movi-C-Controller vorliegenden Kinematikdaten mit wenig Aufwand in die Anlage integrieren.

„Alles zwischen zwei und sechs Freiheitsgraden ist möglich“, ergänzt Pfeffer. Auch die Zuführbänder mit zehn weiteren Servomotoren von SEW-Eurodrive werden durch denselben Controller gesteuert, der auf diese Weise bereits intern ein Lagebild der gesamten Kinematik der Anlage hat. Weil der Roboter sowie die Bänder mit den Teilen ein System bilden, gehen die Encoderinfos der Bänder direkt auf dem Controller UHX ein. Damit sind dem Roboter die Encoderwerte und die Positionen der Bänder bekannt. Bis zu zehn Roboter, 2.000 Produkte und 200 Ablageboxen können verwaltet werden.

Langfristige Verfügbarkeit

„Das Technische Büro Erfurt von SEW-Eurodrive begleitete den Entwicklungsprozess von Beginn an“, berichtet dessen Leiter Frank Buchholz. „Die langfristige Verfügbarkeit und Kompatibilität der Komponenten von SEW-Eurodrive stellt gegenüber herkömmlichen Anlagen dieser Art eine deutlich längere Betriebsdauer der Handhabungseinheit sicher.“ Und Seitec-Projektleiter Pfeffer ergänzt „Unser Konzept ließ sich nur mit den Möglichkeiten des Automatisierungsbaukastens Movi-C umsetzen.“ Die Entwickler heben die unkomplizierte und rasche Zusammenarbeit mit den Antriebsspezialisten aus Bruchsal hervor. So entstand eine schlanke und somit kostengünstige Gesamtlösung, die für zahlreiche Pick-and-Place-Anforderungen angepasst werden kann.