Die Yamaha Robotics FA Section zeigt, wie Roboter aus dem preisgünstigen SCARA-Portfolio einem Kunden, der Spritzgussteile herstellt, die Rückverfolgbarkeit ermöglichen und gleichzeitig den Ausstoß und die Qualität verbessern.
Spritzgussteile werden in der Regel in großen Mengen produziert, gleichzeitig sind aber auch die Qualitätsanforderungen hoch. Selbst kleine kosmetische Mängel können leicht sichtbar sein. Bei Teilen für Anwendungen in Bereichen wie Automobilkomponenten, Steckverbindern, medizinischen Spritzen und chirurgischen Werkzeugen sind oft Perfektion in Bezug auf Form und Maßhaltigkeit entscheidend.
Dienstleister, die sich auf diesen Bereich spezialisiert haben, können OEMs, die möglicherweise nur über begrenzte interne Fachkenntnisse und Fertigungskapazitäten verfügen, Vorteile bieten, wie z. B. modernes Design-Know-how und Prozessfähigkeiten. Angesichts des Potenzials kurzer Durchlaufzeiten und Einsparungen durch Skaleneffekte müssen sie auch eine erstklassige Qualitätskontrolle und Kundenbetreuung gewährleisten. Yamaha hat mit einer Lösung, die das kostengünstige SCARA-System YK-XE, das Bildverarbeitungssystem RCXiVY2+ und den elektrischen Greifer YRG kombiniert, dazu beigetragen, das Niveau in beiden Aspekten anzuheben.
Herausforderung Qualitätssicherung
An einer Reihe automatisierter Spritzgussmaschinen, die ununterbrochen in Betrieb waren und Formteile mit extrem hoher Geschwindigkeit produzierten, waren Schichtarbeiter voll damit beschäftigt, Teile zu palettieren, die von Hochgeschwindigkeits-Entnahmerobotern aus den Maschinen entnommen wurden.
Bild 1: Der etablierte Fertigungsprozess barg die Gefahr, dass Werkstücke beschädigt wurden und war nicht in der Lage, die Rückverfolgbarkeit zu unterstützen
Der Fertigungsprozess (Bild 1) sieht vor, dass Roboter am Ende eines jeden Spritzguss-Zyklus die frisch produzierten Teile aus ihren Formnestern entnehmen und auf ein sich kontinuierlich bewegendes Transportband ablegen. Das Transportband befördert die Artikel zur Palettierstation und wirft sie am Bandende in einen Sammelbehälter. Aus diesem Behälter nimmt ein Bediener die Artikel einzeln heraus, prüft sie visuell und legt sie in die Palette, wobei er fehlerhafte Artikel aussortiert.
Das Produktionsteam stellte fest, dass die Artikel durch Stöße und Reibung leicht beschädigt werden konnten, wenn sie in den Sammelbehälter fielen. Darüber hinaus wurde die Produktion im Sammelbehälter effektiv durcheinandergewürfelt, so dass das Team nicht in der Lage war, fehlerhafte Spritzgussteile zu deren Ursprungs-Kavität zurückzuverfolgen. Außerdem hatten die Bediener nur wenig Zeit, um jeden Artikel zu inspizieren, was dazu führte, dass gelegentlich mangelhafte Teile als in Ordnung eingestuft und für den Versand an den Kunden verpackt werden konnten. Sie sahen die Möglichkeit, die Qualitätssicherung in der Fabrik zu verbessern und zugleich die Herausforderungen für das Personal zu bewältigen.
„Das Kommissionieren, Inspizieren und Palettieren der Produkte ist eine sich wiederholende Arbeit, die über die gesamte Dauer einer Schicht ein hohes Maß an Konzentration erfordert. Es ist kein beliebter Job, und das Unternehmen hatte Schwierigkeiten, Leute zu finden, die unter diesen Bedingungen arbeiten wollen“, sagt Tatsuo Katakura, Sales General Manager bei Yamaha Robotics FA Section. „Ein SCARA-Roboter ist der perfekte Ausgangspunkt für eine Lösung von Qualitätssicherungs- und Automatisierungsherausforderungen wie diese. Unsere YK-XE-Baureihe bietet die Möglichkeit, die Betriebskosten durch Reduktion der Overheadkosten für die Qualitätskontrolle zu reduzieren.
Effizienzsteigerung
Um gemeinsam mit dem Kunden eine Lösung zu implementieren, wählten die Yamaha-Ingenieure den YK400XE-4 aus dem kostengünstigen und leistungsstarken SCARA-Portfolio aus, um die Palettierung der Spritzgussteile zu übernehmen (Bild 2). Seine Nutzlast von 4 kg ist für die Handhabung der kleinen Teile mehr als ausreichend, und die Armstruktur, die speziell für geringe Vibrationen bei hohen Geschwindigkeiten optimiert wurde, ermöglicht eine extrem kurze Zykluszeit von weniger als 0,4 Sekunden; schnell genug, um mit dem Arbeitstempo mehrerer vorgelagerter Spritzgussmaschinen und Entnahmeroboter Schritt zu halten.
Bild 2: Der SCARA mit dem RCXiVY2+ Visionsystem erhöht die Qualität und unterstützt die Rückverfolgbarkeit
Mit seiner Armlänge von 400 mm hat der YK400XE-4 die ideale Reichweite, um Gegenstände vom 300 mm breiten Transportband zu nehmen und sie direkt in die 300 mm tiefen und 400 mm breiten Paletten abzulegen (siehe Bild 2). Alternativ hätte das Team auch einen SCARA-Roboter aus der omnidirektionalen Baureihe YK-TW wählen können.
Durch die direkte Übergabe der Spritzgussteile vom Transportband auf die Palette konnte das Ingenieurteam zwei wichtige Ziele erreichen. Erstens sind die Teile vor Beschädigungen geschützt, da sie nicht mehr in den Sammelbehälter geworfen werden. Zweitens kann der SCARA die Position jedes Artikels, der auf die Palette gelegt wird, automatisch mit seiner ursprünglichen Kavitäten-ID verknüpfen. Die Aufzeichnung dieser Informationen kann dem Unternehmen dabei helfen, die Qualitätssicherung zu verstärken und Verbesserungsinitiativen voranzutreiben sowie bei Bedarf Informationen zur Rückverfolgbarkeit für Kunden bereitzustellen.
Einfach integrierbares Vision-System
Um die Teile auf ihrem Weg entlang des Transportbandes zu verfolgen und so die Position zu berechnen, in der der SCARA die einzelnen Teile aufnehmen kann, evaluierte das Team Yamahas Bildverarbeitungssystem RCXiVY2+. Dieses System ist so konzipiert, dass es sich leicht in den SCARA integrieren lässt und von der RCX-Robotersteuerung aus kontrolliert wird. „Im Gegensatz zu herkömmlichen Ansätzen, die oft spezielles Computer-Vision-Fachwissen erfordern, war das Projektteam in diesem Fall in der Lage, die Kamera zu integrieren und den kompletten Systemaufbau innerhalb kurzer Zeit selbstständig durchzuführen“, so Tatsuro Katakura.
Yamaha hat spezielle Bildverarbeitungsbefehle entwickelt, die die Programmierung für Roboteringenieure deutlich vereinfachen. Durch die direkte Integration der Bildverarbeitung in die RCX-Steuerung entfällt die Koordinatenumrechnung, die häufig erforderlich ist, wenn Bildverarbeitungsdaten von Drittanbietern und Punktdaten des Roboters aufeinander abgestimmt werden müssen. Die Position lässt sich sehr leicht berechnen, unabhängig davon, ob sich die Kamera an einer fixen Position befindet oder am Roboter montiert ist. Das Roboterprogramm steuert auch die Optik der Kamera sowie das Beleuchtungssystem.
„Das RCXiVY2+ System verfügt über leistungsstarke Funktionen, wie z. B. die Transportbandverfolgung für eine präzise Hochgeschwindigkeits-Teileaufnahme, die Suche nach zufälligen Teilepositionen, die fliegende Angleichung der Ausrichtung und die Gut/Schlecht-Bewertung“, fügt Katakura hinzu. „Außerdem gibt es eine spezielle Funktion zur Blob-Erkennung, die bis zu 10 Mal schneller ist als die herkömmliche Kantenerkennung, um den Roboter für das Aufnehmen unregelmäßig geformter Gegenstände schnell zu positionieren.“
Um das Projekt abzuschließen (Bild 3), wählte das Team einen Greifer der YRG-Serie aus dem Standardzubehör, das direkt von Yamaha erhältlich ist. Wie der RCXiVY2+ für die Bildverarbeitung von Robotern werden diese elektrischen Greifer von der zentralen Mehrachsensteuerung RCX340 gesteuert. Sie sind sehr einfach zu handhaben, da sie keinen Datenaustausch mit dem Host-System erfordern. Durch die vollelektrische Steuerung des Greifers war das Team in der Lage, Parameter wie Geschwindigkeit, Positionierung und Greifkraft schnell zu konfigurieren und zu optimieren. Fehlgriffe oder ein Fallenlassen werden sensorlos schnell erkannt.
Bild 3: Das gesamte System wird unter der Kontrolle der RCX 340-Steuerung effizient integriert
Fazit
Die Installation eines Roboters für die Palettierung von Spritzgussteilen hat die Qualitätskontrolle verbessert, die Effizienz gesteigert und dem Unternehmen die Einführung einer Rückverfolgbarkeit ermöglicht, die zuvor nicht machbar war. Das Projektteam war in der Lage, die Vorteile des neuen Systems innerhalb des Unternehmens aufzuzeigen, um grünes Licht für die künftige Anwendung der Lösung in anderen Bereichen zu erhalten.
Über Yamaha Robotics FA Section
Yamaha Factory Automation Geschäftsbereich (FA), eine Unterabteilung der Yamaha Motor Robotics Business Unit von Yamaha Motor Corporation, konzentriert sich auf die Lieferung flexibler, hochpräziser Industrieroboter für die Herausforderungen der Präzisionsautomatisierung.
Die Abteilung hat ihre Wurzeln in der Einführung der Robotertechnologie in die Yamaha-Motorradmontage und verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Lösung von Automatisierungsaufgaben von der Montage großer Produkte bis zum Mikrometerbereich. Die Industrieroboter von Yamaha Motor werden heute von weltweit führenden Unternehmen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Halbleiterfertigung und der Montage von Elektronikprodukten, Haushaltsgeräten, Automobilkomponenten und großen Flüssigkristallanzeigen eingesetzt.
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. Die Kerntechnologien der Robotik sowie Schlüsselkomponenten und komplette Robotersysteme werden im eigenen Haus hergestellt, was eine konstante Qualität und Kontrolle der Lieferzeiten sicherstellt.
Yamaha Europe FA Geschäftsbereich mit Hauptsitz in Neuss, Deutschland bedient Kunden in ganz Europa.
www.yamaha-motor-robotics.eu
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