Die Einführung der Roboterautomatisierung in einen etablierten Workflow kann kompliziert und teuer erscheinen.

Linearroboter können unterbrechungsfrei in bestehende Arbeitsabläufe integriert werden. (Bild: Yamaha)

| von Oumayma Grad

Industrielle Prozesse setzen zunehmend auf Automatisierung, um die Produktivitätsziele zu erreichen, indem sie konstante Produktqualität und einen hohen Durchsatz ermöglichen. Ein Prozess kann vollständig automatisiert werden, frei von menschlichen Eingriffen oder teilautomatisiert sein, indem er die Stärken von Mitarbeitern und Maschinen verbindet.

Man stelle sich nur vor, wie Menschen und Maschinen im gleichen Raum kooperieren. Viele werden sich heute wahrscheinlich eine Reihe von multiartikulierten, kollaborativen Robotern („Cobots“) vorstellen, die programmiert sind, um die sich wiederholenden oder körperlich anstrengenden Aufgaben zu bewältigen. Die Mitarbeiter hingegen bringen ihre manuelle Geschicklichkeit oder kreative Inputs ein, die zur Vollendung des Prozesses erforderlich sind. Die Einführung von Robotern in eine Fabrik erfordert jedoch eine erhebliche Reorganisation der Prozesse und eine physische Umgestaltung des Arbeitsbereichs.

Einstieg in die Prozessautomatisierung

Viele Produktionslinien sind mit Mitarbeitern besetzt, die Prozesse an Werkstücken durchführen, die von einem Transportsystem zu- und abgeführt werden.

Eine Erhöhung der Transportgeschwindigkeit sollte die Werkstücke schneller zuführen und eine höhere Produktivität ermöglichen, aber oft ist das Gegenteil der Fall. Obwohl die Arbeiter physisch in der Lage sind, mit dem schnelleren Transport Schritt zu halten, können Probleme auftreten, da Werkstücke bei höheren Geschwindigkeiten Endanschläge erreichen und sich verschieben oder sogar auf den Boden fallen können. Durch die Erhöhung der Fördergeschwindigkeit kann die Produktivität sogar verringert werden.

Linearroboter jedoch können herkömmliche Transportsysteme ersetzen, sind einfacher zu programmieren und verfügen über digital definierte Start- und Stopp-Positionen ohne mechanische Endanschläge. Beschleunigung und Verzögerung erfolgen fließend innerhalb vordefinierter Entfernungen und ermöglichen kurze Transportzeiten. Mehrere dieser Module lassen sich unabhängig voneinander an derselben Produktionslinie betreiben, um ein einziges, mit durchgehend gleicher, konstanter Geschwindigkeit betriebenes Transportsystem zu ersetzen. Dies gibt die Flexibilität, die Transportgeschwindigkeit in mehreren Zonen entlang der Linie separat zu optimieren, um den Anforderungen jedes Teilprozesses gerecht zu werden und die Arbeitsabläufe auszubalancieren.

Yamaha hat bei mehreren Kunden ihr robotergestütztes Linearfördermodul LCMR200 (Bild 2) erfolgreich in Produktionslinien integriert.

Das Linearmodul ersetzt herkömmliche Förderstrecken und sorgt für Geschwindigkeit und Laufruhe eines modernen Roboters. Yamaha

Darüber hinaus eröffnet die Flexibilität, in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu transportieren, neue Möglichkeiten, noch mehr Effizienz zu erzielen. Yamaha hat bei mehreren Kunden ihr robotergestütztes Linearfördermodul LCMR200 erfolgreich in Produktionslinien integriert. Dieses Modell ist schnell, effizient und auch weniger anspruchsvoll bei der Reorganisation von Arbeitsabläufen als die Einrichtung von mehrachsigen Gelenkarm-Robotern.

Hier finden Sie weitere Informationen zum LCMR200.

Dieser modulare, lineare Roboter kann einen bequemen Einstieg in das Potenzial der Roboter-Prozessautomatisierung bieten, das vom einfachen Austausch eines Förderbandes oder Rundschalttisches bis hin zur vollständigen End-to-End-Prozessautomatisierung in einer geschützten Roboter-Montagezelle reichen kann. Wenn es darum geht, einen kompletten, robotergestützten automatisierten Prozessablauf für den Bau kleiner Produkte wie Lautsprecher oder Automobilmodule mit mehreren Einzelteilen zu schaffen, müssen Lösungsintegratoren oft Roboter verschiedener Typen kombinieren, um alle einzelnen Montagearbeiten kostengünstig und platzsparend durchzuführen.

Platz sparen mit Robotern

Es gibt viele platzsparende Aspekte der Yamaha-Roboterlinie, zum Beispiel die deckenmontierte Orbit-Serie YK-TW der Scara-Roboter, die eine Unterfahrbewegung ermöglicht, bei der die Greiferspitze unter der Haupteinheit durchfahren kann.

die deckenmontierte, Orbit-Serie YK-TW der Scara-Roboter, die eine Unterfahrbewegung ermöglicht, bei der die Greiferspitze unter der Haupteinheit durchfahren kann

Deckenmontierte „Underpass“-Roboter nutzen die Produktionsfläche effizient aus. Yamaha

Das Erreichen eines kompakten Prozess-Footprints kann äußerst wichtig sein, beispielsweise für OEMs, die ein Reshore (Anm. der Redaktion: Rückverlagerung von Produktion und Dienstleistungen zurück an den Ort, aus dem sie ursprünglich ins Ausland verlagert wurden) anstreben oder früher ausgelagerte Prozesse wieder unter interne Kontrolle bringen wollen. Obwohl globale wirtschaftliche Veränderungen bedeuten können, dass Reshoring finanziell sinnvoll ist, verfügt die lokale Fabrik oft über sehr wenig freie Flächen für die Aufnahme der zurückkehrenden Prozesse. Wo jeder Quadratzentimeter wertvoll ist, haben Scara-Roboter vom Typ Orbit gezeigt, dass sie auf engstem Raum arbeiten können. Mit 350 mm Armlänge und 5 kg Nutzlast ist eine Einbaubreite von nur 492 mm erreichbar.

Die Hauptstärken der Scara-Roboter liegen in der schnellen Entnahme und Bewegung von Werkstücken sowie in der Durchführung von Montageprozessen wie dem Einschrauben von Schrauben und dem präzisen Dosieren von Klebstoffen, Dichtstoffen oder Wärmeleit-Materialien. Die typischen Größen dieser Roboter reichen von einer Armlänge von 120 mm bei einer Nutzlast von ca. 1 kg bis hin zu 1200-mm-Modellen, die bis zu 50 kg aufnehmen können. Die YK-XG-Familie von Yamaha verwendet wartungsfreie, riemenlose Antriebe, die eine schnelle und hochpräzise Bewegung in vier Achsen ermöglichen. Darüber hinaus wurde das Trägheitsmoment optimiert, um eine schnelle Drehung schwerer Objekte zu ermöglichen, bei denen herkömmliche Maschinen ihre Geschwindigkeit reduzieren müssen, was zu längeren Taktzeiten führt.

Yamaha profitiert von seiner langjährigen Erfahrung, die von frühen Industrierobotern herrührt, die in den 1970-er Jahren zur Automatisierung der Montage von Motorradteilen in großen Stückzahlen entwickelt wurden. Später hat Yamaha seine Roboter mit Funktionen wie dem Transervo ausgerüstet, die es Schrittmotoren ermöglichen, sowohl hohe Geschwindigkeiten als auch hohe Drehmomente zu liefern.

Weitere Merkmale, die Integratoren schätzen, um die Herausforderungen bei der Lösungskonzeption zu vereinfachen, sind wartungsarme Schmierung und effektive Schadstoffbarrieren. Zudem hochfeste mechanische Teile, die auch bei hohen Presskräften eine außergewöhnliche Genauigkeit ermöglichen und der weit verbreitete Einsatz von Positionsresolvern, die robuster und zuverlässiger sind als herkömmliche, optische Positionsgeber.

Mit einer Vielzahl von Steuerungssystemen zur Auswahl, können Integratoren eine kostengünstige Lösung konfigurieren, um die Herausforderungen der Automatisierung zu bewältigen und gleichzeitig den Weg für zukünftige Anpassungen und Skalierungen offen zu halten. Einfache Steuereinheiten für die Basispositionierung und den Antrieb ermöglichen die einfache Steuerung von Einachs-Robotern mit Koordinatenanzeige oder Impulszug-Eingabe, um die Programmierung zu minimieren. Außerdem können Mehrachsen-Controller verwendet werden, um einen oder mehrere Ein- oder Zweiachsenroboter gleichzeitig zu steuern. Bis zu vier 4-Achsen-Steuerungen lassen sich in Master-Slave-Konfiguration verknüpfen, um maximal 16 Achsen zu verwalten und die Steuerung in einem Programm zu konsolidieren, das in der Robotersprache von Yamaha (eine erweiterte Version von Basic) geschrieben ist.

Hochrüstung nach erfolgter Vertrauensbildung

Der Erfolg in einem ersten Automatisierungsprojekt ermutigt Betreiber oft, ihre Systeme zu skalieren oder zu erweitern, um eine höhere Produktivität oder End-of-Line-Qualität zu erreichen. Die Einführung der industriellen Bildverarbeitung ist eine beliebte Art der Hochrüstung, obwohl die Technologie typischerweise Spezialwissen und umfangreiche Einrichtungsprozesse erfordert, die kompliziert und zeitaufwendig sein können. Zu den häufig anzutreffenden Herausforderungen gehört die Einrichtung der Kommunikation zwischen dem Bildverarbeitungssystem, dem Roboter und anderen Subsystemen wie dem Transport-Nachverfolgungssystem. Weitere Hürden sind die Kalibrierung des Bildverarbeitungssystems und die Gewährleistung einer genauen Registrierung der Werkstückdaten.

Yamaha hat sich bei der Entwicklung seines RCXiVY2+-Systems zum Ziel gesetzt, die Roboter-Bildverarbeitung zu vereinfachen. In einem typischen Roboter-Vision-System sind die Kameras an einen dedizierten Bildverarbeitungs-Prozessor angeschlossen, der dann über eine serielle Datenverbindung mit der Hauptsystem-Steuerung kommuniziert. Im RCXiVY2+-System werden die Bildverarbeitung, die Beleuchtungssteuerung und die Verarbeitung der Daten des Transport-Nachverfolgungssystems innerhalb des Roboterprogramms unter Verwendung spezieller Bildverarbeitungsbefehle abgewickelt, die von Yamaha erstellt und dem erweiterten Basic-Befehlssatz hinzugefügt wurden. Der Vision-Befehlssatz vereinfacht die Komponentensuche und -verfolgung und reduziert die Suchzeiten um bis zu 50 Prozent. Eine schnellere Suche verbessert die Teileerkennung bei hohen Transportgeschwindigkeiten und ermöglicht eine effiziente Teileaufnahme sowie geringere Taktzeiten.

Mit der Hardware, darunter ein Vision-Board mit GigE-Kameraschnittstelle, ein Beleuchtungssteuerungs-Board und ein Tracking-Board, die komplett in die Mehrachsen-Robotersteuerung der RCX3-Serie eingebaut wird, werden viele Integrationsprobleme umgangen und es ist für die Kompatibilität mit Peripheriegeräten gesorgt. Da die Bildverarbeitung durch das Roboterprogramm verwaltet wird, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, eine Routine zur Koordinatenkonvertierung zu erstellen. Zudem steigert das integrierte System von Yamaha die Leistung, indem es die Verzögerungen eliminiert, die bei der herkömmlichen Bildverarbeitung auftreten, da dort die Kameradaten einen separaten Vision-Prozessor durchlaufen und dann erst an die Robotersteuerung weitergeleitet werden.

Rückblick: Was Yamaha auf der Motek 2019 gezeigt hat.

Hilfsmittel senken die Einrichtungszeit des Machine-Vision-Systems

Um die Einrichtung des Systems zu beschleunigen, hilft ein einfacher, von einem Assistenten unterstützter Kalibrierungsprozess, die Kamerakoordinaten schnell auszurichten. Ein grafisches Tool reduziert die Werkstückregistrierung auf drei einfache Schritte, indem es bei der Bilderfassung, der Einstellung der Kontur und der Registrierung der Erfassungsposition unterstützt. Insgesamt ist die Einrichtungszeit laut Hersteller um etwa 80 Prozent kürzer als bei einem herkömmlichen Machine-Vision-System.

Das RCXiVY2 -System führt auch einen neuen Ansatz zur Bildverarbeitung ein, die so genannte „Blob-Erkennung“

RCXiVY2+ hilft Anwendern, schneller produktiv zu werden. Yamaha

Im Einsatz verbessert eine Bildkanten-Suchmaschine die Teileerkennung. Das System kann Schrauben und Unterlegscheiben erkennen, die Teile befestigen, Gegenstände in einer Verpackung oder auf einer Leiterplatte erkennen, Bohrlöcher überprüfen und Objekte wie Flaschen in einer Palette oder elektronische Bauteile zählen. Über den DVI-I-Ausgang der Kamera können Anwender den Suchstatus jederzeit analysieren und bis zu 254 zusätzliche, benutzerdefinierte Teile für die automatische Erkennung registrieren. RCXiVY2+-Kameras lassen sich an festen Positionen über und/oder unter dem Werkstück oder am Roboter montieren. Wenn die Kamera am Roboter montiert ist, werden die Kamerakoordinaten automatisch entsprechend der Bewegung korrigiert.

Das RCXiVY2+-System führt auch einen neuen Ansatz zur Bildverarbeitung ein, die so genannte „Blob-Erkennung“, die Objekte mit unregelmäßigen Formen bis zu 10-mal schneller als herkömmliche Kantenerkennungsmethoden identifizieren kann. Sie verbessert die Teileaufnahme, die Anwesenheitserkennung und das Hochgeschwindigkeitszählen von mehreren Werkstücken und ist besonders effektiv bei Artikeln wie Lebensmitteln und Kleidung, wodurch das mögliche Anwendungsspektrum für die Roboter-Bildverarbeitung erweitert wird. Das System kann auch durch Überlappungen teilweise verdeckte Teile erkennen und diese gezielt aus der Suche ausschließen.

Fazit

Herkömmliche manuelle Montageprozesse, auch wenn sie durch Basisautomatisierung wie motorgetriebene Transportsysteme unterstützt werden, bieten nur begrenzte Möglichkeiten zur Steigerung von Durchsatz und Produktivität. Typische Ansätze zur Verbesserung der Taktzeit können oft einen gegenteiligen Effekt auf die Produktivität haben. Erforderliche, weitere Mitarbeiter und zusätzliche Produktionslinien erhöhen die Betriebskosten und erfordern mehr Produktionsfläche.

Der Einstieg in die robotergestützte Prozessautomatisierung kann einfach und unterbrechungsfrei sein, wenn sie richtig angegangen wird, zum Bespiel durch den Austausch unflexibler Förderbänder oder platzraubender Rundschalttische durch programmierbare Linearroboter. Wenn das Vertrauen wächst, kann die Automatisierung auf andere Prozesse und Produktionslinien ausgedehnt werden und es lassen sich Hochrüstungen wie die Bildverarbeitung hinzufügen, die einen immer schnelleren Return-on-Investment ermöglichen.

Robotics Business Unit

Yamaha Motor FA Section bietet eine weite Palette von Lösungen für die Roboter-Montage, darunter Einachsroboter, Scara-Roboter, kartesische und Knickarmroboter. Innovationen wie das Linearfördermodul LCM200R, ein laufruhiger, platzsparender und vielseitigerer Nachfolger konventioneller Band- und Rollenförderer, bestimmen nach wie vor das Tempo in der Fabrikautomatisierung.

Oumayma Grad

(Bild: Archivbild)
Marketing Communications Manager, Yamaha, Neuss

(pg)

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