Delta-Roboter kommen häufig in der Verpackungsindustrie zum Einsatz, vor allem in der Lebensmittelbranche, aber auch in der Medizintechnik. (Bild: Veltru/Syslogic)
‚Wer hat’s erfunden?‘ Neben den bekannten Kräuterbonbons aus der Werbung kann die Schweiz noch ganz andere Erfindungen vorweisen. Eine davon ist der Delta-Roboter, der in den 1980er Jahren von dem Schweizer Professor Reymond Clavel an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) entwickelt wurde. Hängend montiert verfügen Delta-Roboter über drei um 120° versetzte Armsysteme, bestehend aus Ober- und Unterarmen. Aufgrund ihrer Parallelschaltung haben solche parallelkinematischen Systeme dynamische Vorteile gegenüber klassischen Knickarmrobotern. Dies prädestiniert sie für die Verpackungsindustrie: Bei den meisten Anlagen sind mehrere Delta-Roboter hintereinander zu einer Roboterstraße geschaltet. Das Schweizer Unternehmen Veltru, Hersteller von Komponenten- und Software für Pick-and-Place-Anwendungen, benutzt dafür eine Steuerungssoftware, die für eine ausgeglichene Auslastung aller Roboter sorgt und das Verpacken von bis zu 2 000 Artikeln pro Minute ermöglicht.
Jedoch nicht die Leistung allein macht Delta-Roboter zu unentbehrlichen Helfern in der Verpackungsindustrie, sondern vor allem ihre Flexibilität. Identische Produkte werden für verschiedene Abnehmer unterschiedlich verpackt. Dabei unterscheiden sich nicht nur das Design der Verpackung, sondern meist auch deren Format sowie die Anzahl an Artikeln pro Verpackung. Mithilfe von Delta-Robotern lassen sich solche Änderungen innerhalb von Minuten realisieren. In der Lebensmittelbranche hat sich durchgesetzt, dass Waren mit einem vorgegebenen Gesamtgewicht und zu einem Fixpreis erhältlich sind. Mithilfe von Sensoren und Algorithmen stellen die Roboter beispielsweise Verpackungen mit jeweils sechs Äpfeln so zusammen, dass annähernd identisch schwere Packungen entstehen.
Als Steuerungsrechner für Delta-Roboter setzt Veltru den Industriecomputer SL8 ein. Veltru/Syslogic
Weiterhin können Delta-Roboter Waren ablegen, ohne die Produkte zu beschädigen. Durch eine integrierte Bilderkennung sind sie in der Lage, Waren nach definierten Kriterien zu sortieren. Daraus resultieren beispielsweise Verpackungen mit optisch identischen Äpfeln. Früchte, die den definierten Kriterien nicht entsprechen, sortieren die Roboter aus. Und sie kontrollieren stichprobenartig, ob Mängel bei der Qualität vorliegen. Delta-Roboter leisten laut Veltru-Geschäftsführer Hans A. Schuler in Kombination mit entsprechenden Bildverarbeitungssystemen auch in Sachen Nachverfolgbarkeit wertvolle Dienste: Beispielsweise werden Daten aus vorgelagerten Prozessen übernommen und dem entsprechenden Produkt mitgegeben: Der Roboter erkennt das Produkt, verpackt es und gibt die Daten weiter an den Drucker, der die Verpackung beschriftet. Dadurch lässt sich jedes einzelne Produkt rückverfolgen. „Lebensmittelhersteller sind dadurch heute in der Lage, Produkte einem genauen Produktionslos zuzuordnen“, so Schuler. Im Fall von Rückrufaktionen, kann der Hersteller spezifisch reagieren.
Steuerungstechnik für raue Produktionsumgebung
Technik im Detail
Industrie-PC Compact 8 SL
Die lüfterlosen Industrie-PC der Compact-SL-Serie sind mit Atom-E3800-Prozessoren (Bay Trail, 64-Bit-Prozessoren) ausgestattet. Ihre Leistungsstufen reichen von 1,33 bis 1,91 Ghz, die Leistungsaufnahme variiert je nach Ausführung zwischen 5 und 10 W. Durch das lüfterlose Industriedesign halten die IPC Vibrationen sowie Schocks stand. Zudem sind sie für den Dauerbetrieb (24/7) im erweiterten Temperaturbereich von -40 bis 70 °C ausgelegt. Sie werden je nach Anforderung mit vorkonfigurierten Betriebssystemen wie Linux, Windows Embedded Standard oder Windows 10 IoT ausgeliefert. Die Industrie-PC verfügen über DVI-, USB-, LAN-, Ethernet- und RS232-Anschlüsse und können aufgrund eines PC/104-Anschlusses und eines Mini-PCI-Steckplatzes mit Erweiterungskarten bestückt werden. Damit lassen sich die Industriecomputer mit weiteren Schnittstellen wie CAN oder RS422/485 ergänzen. Optional sind ein Embedded Display Port und Funkmodule wie Wifi, Bluetooth, GPCS, LTE oder GSM erhältlich.
Ein Ausfall der Verpackungsroboter kann im schlimmsten Fall eine ganze Produktionsstraße zum Erliegen bringen. Entsprechend zuverlässig müssen Delta-Roboter arbeiten. Als Robotersteuerung setzt Veltru deshalb einen lüfterlosen Industriecomputer ein, der bereits während der Entwicklungsphase für den rauen Industriealltag ausgelegt wird. Bei der Festlegung des Temperaturbereichs setzte Syslogic nicht allein auf ein Screening-Verfahren, das einzig der Qualitätssicherung des Komplettsystems dient: Sämtliche Bauteile sind auch für den erweiterten Temperaturbereich zertifiziert. Weiterhin werden die Industriecomputer verschiedenen Härtetests unterzogen, um sicherzugehen, dass sie Schocks und Vibrationen standhalten: Die von Veltru verwendeten Compact-SL-Industriecomputer haben Vibrationstests im Frequenzbereich von 10 bis 100 Hz nach der Europäischen Norm 60068-2-64 und Schockprüfungen nach der Norm 60068-2-27 bestanden. Ein weiterer wichtiger Punkt in der Industrie ist eine lange Verfügbarkeit von Systemen – bei den Industrie-PCs kein Problem: „Wir garantieren eine Verfügbarkeit von mindestens zehn Jahren“, sagt Florian Egger, Leiter Vertrieb bei Syslogic.
Auf den Embedded-Box-Computern des Typs Compact 8 SL läuft die von Veltru entwickelte Codesys-basierte Steuerung. Quad-Core-Prozessoren der Atom-E3845-Serie ermöglichen Spielraum für künftige Features. Die Entwickler von Syslogic schnitten den Box-Computer auf die Delta-Roboter zu: So integrierten sie ein NVRAM (Non-Volatile Random-Access Memory), der die Persistenz der Roboterdaten sicherstellt. Das heißt, dass diese auch nach einem Stromausfall erhalten bleiben. Auch das BIOS und das Betriebssystem wurden auf die Anforderungen von Veltru abgestimmt: Damit die Codesys-basierte Soft-SPS funktioniert, ergänzte Syslogic Sprachpakete und Treiberanpassungen.
Patrik Hellmüller
Raphael Binder
(mns)
