Wenn der Roboter die Teile automatisch erkennt

Roboter gehören in den Werkhallen längst zum Alltag und werden vor allem bei sich wiederholenden Prozessen eingesetzt: sie handhaben Teile, erledigen Schweiß- und Montagearbeiten oder assistieren als Cobots. Die große Herausforderung bestand bislang darin, Roboter bei wechselnden Abläufen und wechselnden Teilen einzusetzen – also im Umgang mit Werkteilen, die in Lage, Größe und Geometrie variieren. Hier kann ein solches System nicht einer festen Programmierung folgen, sondern muss jedes Werkstück erkennen und seine Bewegung entsprechend anpassen.

Mit dem Vision-Roboter gelingt Arku dieser Schritt für die Handhabung von Blechzuschnitten. Seit über einem Jahr setzen Arku-Kunden bereits den „sehenden Roboter“ zum Bestücken und Entnehmen an Richt- und Entgratmaschinen ein.

„Vor allem Lohnfertiger wie Laser- oder Brennbetriebe stehen vor der Herausforderung häufig wechselnder Größen und Formen von Zuschnitten“, berichtet Andreas Hellriegel, Geschäftsbereichsleiter bei Arku. „Da sie einen Roboter für jede Teilegruppe neu programmieren müssten, lohnt es sich für sie nicht, das Handling zu automatisieren.“ Gleichzeitig liegen in diesem Bereich aber große Einsparpotenziale, wie Hellriegel am Beispiel des Richtens von Blechteilen verdeutlicht: „Der eigentliche Richtvorgang dauert nur ein paar Sekunden. Den Großteil der Zeit nimmt das Zuführen und Entnehmen der Bleche in Anspruch.“

Diese Zeit verlängere sich umso mehr, wenn sich die Teile wegen ihres hohen Gewichts nur mit mechanischer Hilfe bewegen lassen. Bei schweren oder großflächigen Teilen sind das mitunter mehrere Minuten. „So sind die Betriebe gezwungen, für diese einfache und unproduktive Tätigkeit Personal einzusetzen, das sie an anderer Stelle dringender benötigen würden.“

Solche Arbeiten könnte zukünftig ein Vision-Roboter übernehmen. Sein Herzstück ist die integrierte Kameratechnik: Sie erfasst jeden Zuschnitt aufs Neue, prüft dessen Geometrie und richtet den Roboterarm danach aus. Lage, Form, Größe und Gewicht der Teile können innerhalb eines definierten Rahmens variieren, ohne dass eine neue Programmierung erforderlich ist. Schon Kleinserien lassen sich damit ohne Neujustierung der Anlage automatisiert bearbeiten – und zwar wirtschaftlich. „Der Effizienzgewinn macht sich schnell bemerkbar. Die kritische Losgröße, für die sich Automatisierung bezahlt macht, sinkt. Der Vision-Roboter rechnet sich oft schon im Einschichtbetrieb“, betont Hellriegel.

• Der Vision-Roboter arbeitet flexibel und autonom, und nach Angaben von Arku auch zuverlässig. Mitarbeiter müssen ihn während der Tätigkeit nicht überwachen und können andere Aufgaben erledigen.
• Prüfungen aktueller Prozesswerte lassen sich dank des integrierten Prozesskontrollsystems abseits der Maschine am Laptop vornehmen. Ist ein Palettenstapel abgearbeitet, stoppt das Programm automatisch. Ebenso unterbricht der Greifer seine Tätigkeit bei Überlast oder wenn sich Teile verhaken. Selbst wenn der Roboter wegen wechselnder Teilemaße einen anderen Greifer benötigt, erledigt er dies selbstständig. Dafür wählt er einfach das passende Modell aus der Wechselstation.
• Seine Leistungsfähigkeit zeigt der Vision-Roboter vor allem in Gewichtsklassen, die nicht mehr per Muskelkraft zu bewältigen sind. Das Gerät kann ein Gewicht von 100 kg und mehr frei stemmen.
• Mit einer zugelassenen Blechdicke von bis zu 50 mm eignet er sich zudem für ein breites Teilespektrum. Sind die Blechteile einmal im Arbeitsbereich des Roboters platziert, übernimmt die Vision-Technik vollautomatisch und ohne Programmierung.

In dem Vision-Roboter-System steckt eine künstliche Intelligenz, die Arku zusammen mit dem Anbieter Teqram auf den Einsatz beim Entgraten und Richten angepasst und später trainiert hat. Länger als ein Jahr haben die Arku-Entwickler das System im hauseigenen Entgrat- und Richtzentrum eingesetzt und in zahlreichen Abläufen unter realen Bedingungen trainiert. Dazu seien mehrere hundertausend Zyklen notwendig gewesen.
Die Ingenieure richteten das Gerät dabei so ein, dass das System die Blechteilestapel auf einer Palette erkennt und mithilfe eines mit einem Magnetgreifer ausgestattet Roboterarms die verschiedenen Teile richtig ausgerichtet auf der Rollbahn der Präzisionsrichtmaschine FlatMaster positioniert. Sollte ein anderer Greifer notwendig werden, um die aufliegenden Teile zu heben, wechselt das System automatisch den Greifer. Der Richtprozess startet dann sofort, ohne dass Kontrollen durch Mitarbeiter nötig wären.

Wird die Richtmaschine im Reversierbetrieb gefahren, übernimmt der Roboter zudem auch das Abladen und Stapeln der fertig gerichteten Zuschnitte. Dafür werden die Teile durch die Maschine in den Arbeitsraum zurückgeführt. „Ziel unserer Entwicklung war es, einen durchgängigen Prozess auf Knopfdruck zu liefern. Um Schnittstellen müssen sich unsere Kunden nicht mehr kümmern“, sagt Hellriegel. Das System werde sozusagen einsatzbereit angeliefert, ein gesondertes Training auf kundenspezifische Teile sei nicht notwendig:

• An der Maschine eingestellt werden lediglich Grundfunktionen, wie zum Beispiel der Bereich, in dem sich die Teile befinden, und wo sie abgelegt werden sollen. Oder ob der Roboter nur Teile auflegen, oder die Teile auflegen, abnehmen und abstapeln soll.
• In der aktuellen Version muss zudem noch die Blechdicke angegeben werden, aber das soll in der Folgeversion entfallen. Ansonsten beschränkt sich die Zuarbeit des Bedieners auf das Rüsten der Blechstapel. Dazu wird je jeweils eine Palette mit den gestapelten Blechen im definierten Greifbereich abgestellt. Dann startet er den autonomen Richtprozess am Bedienpanel.
• Die Gesamtzeit des Rüstens dauert nur rund zwei Minuten – ohne Programmieren und selbst mit völlig unbekannten Teilen.
• Sollten doch einmal Korrekturen an den Richteinstellungen nötig sein, so lassen sich diese speichern und beim nächsten Mal per Barcode wieder abrufen. Da die Teile im Prozess auf Ebenheit vermessen werden, kann der Roboter die Teile nach dem Richten sogar entsprechend nach Toleranz sortieren.

Arku hat den Vision-Roboter für sein gesamtes Portfolio an Richt- und Entgratmaschinen angepasst. Für Anwender, die bereits im Besitz eines FlatMaster- oder EdgeBreaker-Modells sind, bietet Arku zudem einen Nachrüstservice an. „Wir passen die Robotik optimal auf jede unserer Maschinen an. Natürlich stehen wir auch nach der Installation mit unserem weltweiten Service zur Verfügung.“

Entwickelt wurde das System mit einem ABB-Roboter und wird auch standardmäßig damit angeboten. Diese Ausstattung habe sich bei den bisherigen Anwendern bewährt. Anpassungen auf andere Marken seien zwar möglich, erhöhen aber den Aufwand für Arku und damit die Kosten für das System.

Schnittstellen spielen jedoch nicht nur im Zusammenhang mit dem Roboter eine wichtige Rolle. Arku hat ebenso die Integration seiner Anlagen in die gesamte Blech-Prozesskette im Auge. Denn oft werden die Bleche noch händisch von Maschine zu Maschine gebracht. Durch Verkettung der Stationen ließe sich dieser Handlingaufwand jedoch stark reduzieren.
Hellriegel erläutert: „Wir bieten hier seit vielen Jahren für unsere Anlagen Lösungen, die reibungslose Übergänge gewährleisten. Das sind zum Beispiel Rollbahnen, Dreheinrichtungen oder Teilerückführungen, die sich leicht einbinden lassen.“ Müssen Teile jedoch gewendet werden, ist das auf der Rollbahn nicht möglich. Dies übernimmt dann zum Beispiel der Roboter.

Mit dem Vision-Roboter hat Arku einen großen Schritt gemacht, um seine Anlagen noch stärker in den Gesamtprozess zu integrieren. „Dennoch ist die Entwicklung nicht am Ende“, blickt Hellriegel in die nähere Zukunft. Als nächstes wird der Greifer zum Beispiel auch Teile aus losen Haufen in Kisten zielgenau greifen können. Prozesslücken schließt Arku damit Stück für Stück – um die automatisierte Werkhalle in der blechverarbeitenden Industrie eines Tages Realität werden zu lassen.