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Robotik

So geht's: 35 Roboter in 5 Minuten umrüsten

| Redakteur: Karin Pfeiffer

Fünf Minuten Umrüstzeit statt 1,5 Stunden? Für die Ummantelungsbranche eine Revolution. Die Knickarmroboter von Mitsubishi Electric verkürzen die Rüstzeiten der neuen Robo Wrap von Oberflächentechnikspezialist Düspohl.

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Traditionell wird bei der Ummantelung von Düspohl mit einem Rastermaß von 200 mm gearbeitet, und die leichten, kompakten Knickarmroboter von Mitsubishi Electric sind mit 2 kg Tragkraft und 170 mm Breite ideal hierfür.
Traditionell wird bei der Ummantelung von Düspohl mit einem Rastermaß von 200 mm gearbeitet, und die leichten, kompakten Knickarmroboter von Mitsubishi Electric sind mit 2 kg Tragkraft und 170 mm Breite ideal hierfür.
( Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V. )

Das Profilummanteln bringt Folien, Papier oder Furniere auf stangenförmige Grundkörper aus Kunststoff, Holz oder Aluminium auf. Diese Veredelung schützt Profile für Fensterrahmen, Möbelleisten und dergleichen und wertet sie qualitativ oder ästhetisch auf. Während je nach Träger- und Kaschiermaterial unterschiedliche Materialien und Techniken verwendet werden, ist der eigentliche Ummantelungsprozess vom Prinzip her gleich: Hintereinander angeordnete, individuell einstell­bare Andruckrollen unterschied­licher Geometrien und Härtegrade pressen das klebstoffbeschichtete Ummantelungsmaterial auf die Oberfläche des Profils. Je komplexer die Geometrie des Profils, desto mehr Rollen sind beteiligt.

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Die Profilumrüstung nimmt bei herkömmlichen Maschinen im Schnitt 1,5 Stunden in Anspruch. Bei Geometrien, die sich erheblich vom zuvor gefertigten Produkt unterscheiden, kann es durchaus einen halben Arbeitstag dauern, bis mehrere Dutzend Rollen von Hand ausgewählt, begutachtet und millimetergenau mit dem richtigen Druck angestellt sind. „Wonach die Kunden immer wieder gefragt haben, war eine Verkürzung der Rüstzeiten bei der Umstellung auf ein anderes Profil“, sagt Uwe Wagner, Geschäftsführer der ostwestfälischen Firma Düspohl, die seit gut 50 Jahren Flächenkaschier- und Profilummantelungsmaschinen für die internationale Holz- und Kunststoffindustrie baut. „Und so begannen wir in den frühen 2000er Jahren, über Möglichkeiten der Automatisierung nachzudenken.“

Mit einer automatischen Positionierung der Andruckrollen war es nicht getan. Zunächst mussten vorbereitende Schritte wie der Auftrag des Haftvermittlers bei Kunststoffprofilen optimiert werden. „Mit der aktuellen Robo Wrap haben wir jetzt aber sowohl für den Kunststoff- als auch den Holzsektor eine Maschine mit einer Rüstzeit von konstant fünf Minuten“, sagt Wagner. Im Schnitt handelt es sich dabei um einen Output, der die Kapazitäten herkömmlicher, auch teilautomatisierter Ummantelungsmaschinen 20-fach übersteigt.

BUCHTIPPDas Buch „Industrieroboter“ ist ein Handbuch für KMU mit Tipps und Tricks zum Thema Robotereinsatz. Es werden die wichtigsten Grundlagen der Robotertechnik vermittelt und Methoden erläutert, wie bewertet werden kann, ob sich ein Produkt oder Prozess durch Robotereinsatz automatisieren lässt.

Die letztgelieferte Ummantelungsmaschine ist mit insgesamt 35 Robotern von Mitsubishi Electric ausgestattet – jeweils 15 an den Seiten und fünf oberhalb der Ummantelungszone über Kopf montiert. Für noch komplexere Profile ist die Maschine auf bis zu 47 Roboter erweiterbar. Jeder Roboter entnimmt seine für den jeweiligen Profilbereich benötigte Rolle aus einem der insgesamt drei umlaufenden Kettenmagazine und begibt sich in die zugewiesene Andruckposition. Zur optimalen Produktführung stellen die seitlichen Roboter außerdem die Transportrollen auf die exakte Profilbreite ein. Nach jedem Ummantelungsprozess geben die Roboter alle Rollen zurück in die Magazine. Diese führen nun einen kompletten Umlauf aus, bei dem jede Rolle von einem Laserscanner vermessen wird. In diesem nur wenige Sekunden dauernden Vorgang werden mittels einer Ringcodierung an der Rolle verschlüsselte Eigenschaften über das Material und den Härtegrad gelesen und die Rolle auf 0,1 mm genau in ihrer Form vermessen. All diese Daten werden einschließlich des aktuellen Steckplatzes in einer Datenbank abgelegt, die so jederzeit die Magazinbestückung wiedergibt.

Konstruktive Details schaffen Raum zum Verfahren

Düspohl arbeitet seit 1982 mit SPS-Systemen von Mitsubishi Electric. Bei der aktuellen Robo Wrap sind die kompakten Geräte der FX-Familie mit den entsprechenden I/O-Erweiterungen verbaut. Zudem wurde die neue Maschine mit der seit 2018 erhältlichen FR-Robotergeneration mit leistungsfähigeren Controllern bestückt, die sich besonders in der Massenanwendung des Maschinenbauers eignen. Zum einen benötigen die neuen Modelle zum Erhalt der Drehgeberinformationen und Speicherspannungsversorgung keine Pufferbatterie, wodurch Wartungs- und Kostenaufwand entfallen. Zum anderen wird nur ein einziges flexibles Kabel aus dem Gehäuse herausgeführt, was das Verfahren der Roboter entlang der Längsachse der Maschine erleichtert. Dieses Verfahren ist notwendig, damit Roboter zwischen sich Raum schaffen können, um z.B. Heißluftgebläse in den Prozess einfügen zu lassen.

Die Einrichtung des Profils erfolgt am Touchscreen an einer intuitiven grafischen Benutzeroberfläche. Die Programmierung eines neuen Profils ist ein einmaliger Vorgang. Soll dieselbe Stangenware später erneut verarbeitet werden, lassen sich die entsprechenden Einstellungen binnen fünf Minuten reproduzieren. In der softwareseitigen Realisierung des Gesamtprozesses spiegelt sich das maßgebliche Know-how der Firma Düspohl wider.

Obwohl keine Referenzanwendung bekannt ist, bei der vergleichbar viele Roboter auf so engem Raum zusammenarbeiten, kam für das Automatisierungskonzept von vornherein nur eine Roboterlösung infrage. Der Grund: Zum individuellen Einstellen der Rollen werden alle Freiheitsgrade benötigt.

Die kompakte Bauweise der Mitsubishi Electric Roboter erwies sich dabei als Vorteil: „Traditionell wird bei der Ummantelung mit einem Rastermaß von 200 mm gearbeitet, und unsere leichten, kompakten Knickarmroboter mit 2 kg Tragkraft waren mit 170 mm Breite genau hierfür“, sagt Holger Rabbe, Project Manager Industrial Automation bei Mitsubishi Electric.

Kollisionsverhütung bei großer Packungsdichte

„Unabdingbar für den Erfolg war ein Partner, der uns bei Rückschlägen nicht im Stich lassen würde“, sagt Wagner. Mitsubishi Electric habe sich von Anfang mit dem Projekt identifiziert. „Weil wir es in unserer Applikation mit untypischen, statischen Belastungen, aber auch Stoßlasten beim ,Hineinfallen‘ der Roboter zwischen Ende und Anfang zweier Profilstangen zu tun hatten, hat man für uns umfangreiche Erprobungen durchgeführt. Bei der anschließenden optischen Vermessung waren die Harmonic-Drive-Getriebe aber alle tadellos in Ordnung.“

Rabbe schildert einen weiteren Aspekt: „Wir haben hier eine ganz außergewöhnliche Packungsdichte von Robotern, und damit gewann das Thema Kollisionsverhütung an Brisanz. Bewährte Ausweichstrategien zur Verhinderung von Singularitäten führten in dieser Applikation zunächst zu Konflikten. Ein Team aus dem Mitsubishi Electric Werk im japanischen Nagoya hat dann hier vor Ort eine komplette Umprogrammierung vorgenommen und seinerseits wertvolle Erkenntnisse für die Produktentwicklung mit nach Hause genommen.“

Eine weitere Herausforderung: der Umstand, dass die Roboter Absolutwerte bezogen auf einen durch die Transporträder definierten Nullpunkt anfahren müssen und dass permanente Kräfte auf sie einwirken. Um den sich daraus ergebenden Kallibrieraufwand im Rahmen zu halten, wurde in Zusammenarbeit mit Mitsubishi Electric und dem Fraunhofer-Institut in Paderborn eine Lösung entwickelt. Hierbei fahren die Roboter selbsttätig der Reihe nach auf den Dorn eines Sechsachssensors, der alle Kräfte, einschließlich Torsion, erfasst. Die gemessenen Werte werden verrechnet bzw. korrigiert und als Default-Werte wieder an die einzelnen Achsgelenke übertragen.

Die mit der Robo Wrap mögliche Kleinstserienfertigung wird nicht nur den Early Adopters einen Vorsprung am Markt verschaffen, sondern auch neue Applikationsfelder und Märkte für die Oberflächentechnik erschließen, da sind sich Wagner und Rabbe einig. Und für die nahe Zukunft plant Düspohl bereits, die Möglichkeiten künstlicher Intelligenz auszuloten.

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