Flexibler Produktivitätsbeschleuniger

ROBOTER - Ein Vorteil kleinerer Unternehmen ist ihre hohe Flexibilität. Sobald jedoch teure Fertigungseinrichtungen im Mehrschichtbetrieb auszulasten oder große Auftragsvolumen zu bewältigen sind, muss man aufgrund geringer Mitarbeiterzahl über Automatisierung nachdenken. Ein schweizerischer Anbieter von Laserbeschriftungslösungen setzt einen Knickarmroboter von Rexroth als Automatisierungsplattform ein und erreicht damit Fertigungskapazitäten, um auch Großaufträge zu übernehmen.

05. Juli 2004

Die Kissling Mechanik Laser mit Sitz in Riehen bei Basel in der Schweiz beschäftigt sich seit 1986 mit der Kennzeichnung und Beschriftung mit Hilfe der Lasertechnologie. Das Produktspektrum reicht von der großflächigen Firmentafel bis hin zur Beschriftung von M2-Innengewinden, wo in einer Bohrung mit 1,5 Millimeter Durchmesser am Bohrgrund in vier Millimeter Tiefe vier Ziffern eingebracht werden müssen.

Eine besondere Herausforderung ist die Laser-Kennzeichnung von Kunststoff-Tubes zur Lagerung von Substanzen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie. Diese 18 Millimeter hohen röhrenförmigen Behältnisse mit einem Durchmesser von acht Millimeter lagern in Racks zu jeweils 96 Stück und erhalten am Boden eine unverwechselbare Kennzeichnung durch einen 2D-DataMatrix EC200 Code. Diese Kennzeichnungsmethode mit zweidimensionaler Matrix-Struktur ermöglicht eine Identifizierung mit hoher Informationsdichte auf kleinstem Raum. Mit der Lasertechnik aufgebracht, erhält jedes Röhrchen einen unverwischbaren und gut lesbaren Code für eine zehnstellige Identnummer.

Bei dieser Aufgabe stand das Unternehmen allerdings vor einem Problem: Dem Kleinbetrieb fehlten die notwendigen Kapazitäten, um das geforderte Auftragsvolumen wirtschaftlich bewältigen zu können. Zwar stand eine leistungsfähige, flexible Laserbeschriftungsmaschine zur Verfügung, doch deren Nutzung im Mehrschichtbetrieb erforderte den Einsatz von zusätzlichem Personal - das jedoch nach Auftragserfüllung eventuell nicht mehr benötigt würde.

Gefragt war also ein Lösung, die eine hohe Fertigungskapazität ermöglicht, ohne durch starre Produktionseinrichtungen auf Flexibilität zu verzichten und die zugleich die hohe und reproduzierbare Qualität bietet, wie sie die chemische und pharmazeutische Industrie fordert.

Einen Ausweg aus diesem Dilemma bot der Einsatz eines Knickarmroboters, mit dem sich die vorhandene Lasermaschine in einer zusätzlichen mannlosen Schicht nutzen ließ. Realisiert hat die Lösung der Roboter-Dienstleister Axista Robotik aus Therwil nahe Basel.

Die bei Kissling installierte Roboterzelle besteht aus einem Knickarmroboter Turbo AR8 von Rexroth mit Doppelgreifer sowie aus zwei Palettenplätzen und einer Prüfstation mit Vision-System. Der Roboter ist für Traglasten bis zu fünf Kilo ausgelegt und bietet einen Arbeitsradius von 850 Millimeter. Um den mannlosen Betrieb zu ermöglichen, werden die Racks mit den Tubes auf einem Palettenplatz zur Entnahme für den Roboter bereitgestellt. Die Bevorratungsfläche reicht derzeit für 35 solcher Racks in bis zu 16 Lagen. Bei einer Taktzeit für den Beschriftungsvorgang von etwa zwei Minuten je Rack bedeutet dies einen Arbeitsvorrat für mehr als 18 Stunden.

Der Roboter ermittelt mit Hilfe von Lasersensoren am Greifer die genaue Position jedes einzelnen Racks, das er danach an die pneumatische Zuführeinheit der Laseranlage übergibt. Mit Hilfe eines Doppelgreifers entnimmt der Roboter dabei zugleich die beschrifteten Paletten, um sie einer Vision-gestützten Prüfstation zuzuführen, wo die Lesbarkeit der aufgebrachten Matrix-Codes geprüft und dokumentiert wird. Zudem wird jedes eindeutig identifizierte Röhrchen mit seiner Position im jeweiligen (ebenfalls über einen Barcode identifizierbaren) Rack erfaßt.

Der automatisierte Prozeß gewährleistet, daß keine Tubes verwechselt und keine Nummern zweimal vergeben werden. Zudem sind alle Racks garantiert komplett mit einwandfreien und beschrifteten Tubes bestückt, da fehlerhaft bestückte Racks auf separaten n.i.O-Plätzen abgelegt werden. Fehlerhafte Tubes lassen sich hier am Bildschirm identifizieren und manuell austauschen.

Fernwartung über Internet

Um Störungen im mannlosen Betrieb schnell zu beheben, hat die Firma aXista Robotic die Funktionalität der PC-basierten Robotersteuerung genutzt. Über die integrierte Ethernet Schnittstelle wurde die Robotersteuerung per Internet vernetzt. Bei auftretenden Störungen, wie Fehlen von Racks, wiederholten Beschriftungsfehlern, Maschinenstillstand oder wenn der Auftrag abgearbeitet ist, wird über einen Internetserver eine SMS an ein freigeschaltetes Mobiltelefon abgesetzt. Die Anlage ruft also zu jeder Tages- oder Nachtzeit im Störungsfall den Anlagenbediener selbst an, das heißt: Die Störungsbeseitigung kann umgehend erfolgen. Wertvolle Produktionszeit geht nicht verloren.

Eine Besonderheit im Konzept dieser Roboterzelle ist ihre mobile Anbindung an die Laserbeschriftungsanlage. Laser und Roboter lassen sich einfach trennen oder koppeln. Dafür sind jeweils nur Minuten und das Teachen von vier Punkten notwendig. So besteht die Möglichkeit, tagsüber die Laserbeschriftungsanlage mit ihren Zuführ- und Handhabungseinheiten für Aufträge mit geringeren Losgrößen zu nutzen und am Abend die Roboterzelle für den Serienbetrieb anzuschließen. In der Praxis wird derzeit der Roboter donnerstags angekoppelt und so die Laseranlage rund um die Uhr bis über das Wochenende betrieben.

Nach Abschluss des laufenden Auftrags ist vorgesehen, den Knickarmroboter AR8 für neue Beschriftungsaufgaben zu verwenden. Seine Freiheitsgrade und Präzision bieten sogar die Möglichkeit, Werkstücke mit komplexen Geometrien exakt im Brennpunkt des Lasers zu positionieren. Der Roboter bietet dem Familienbetrieb die Flexibilität, erneut ähnlich große Fertigungsaufträge entgegenzunehmen und innerhalb kürzester Zeit abzuwickeln.

Erschienen in Ausgabe: 03/2004