Industrielle Prozesse setzen zunehmend auf Automatisierung, um die Produktivitätsziele zu erreichen, indem sie so konstante Produktqualität und einen hohen Durchsatz sicherstellen. 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 kollaborativen Robotern, sogenannte 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.

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Auf der anderen Seite können Fertigungsunternehmen damit beginnen, die Vorteile der robotergestützten Automatisierung auf einfachere und weniger invasive Weise zu nutzen.

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. Robotertechnologie trägt dazu bei, dieses Problem zu lösen.

Vom Linear- bis zum Knickarmroboter

Linearroboter können herkömmliche Transportsysteme ersetzen, sind einfacher zu programmieren und verfügen über digital definierte Start- und Stopppositionen ohne mechanische Endanschläge. Beschleunigung und Verzögerung erfolgen fließend innerhalb vordefinierter Entfernungen und ermöglichen kurze Transportzeiten. Mehrere dieser Module können unabhängig voneinander an derselben Produktionslinie betrieben werden, 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.

Darüber hinaus eröffnet die Flexibilität, in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung zu transportieren, neue Möglichkeiten, noch mehr Effizienz zu erzielen. Yamaha hat es mehreren Kunden ermöglicht, diese Vorteile zu nutzen, indem sie Yamahas robotergestütztes Linearfördermodul LCM100 in Produktionslinien integriert haben. Obwohl die Module nicht dem typischen Bild entsprechen, das auf Arrays von mehrachsigen Knickarmrobotern basiert, ist deren Einsatz nicht nur äußerst effektiv, sondern auch weniger anspruchsvoll bezüglich der Reorganisation der Arbeitsabläufe.

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Dieser modulare, lineare Roboter kann einen bequemen Einstieg in die robotergestützte Automatisierung bieten, das vom einfachen Austausch eines Förderbandes oder Rundschalttisches bis hin zur vollständigen End-to-End-Automatisierung 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. Yamaha verfügt über eine einzigartig umfassende Auswahl an Industrierobotern aller gängigen Typen, vom modularen LCM100 und anderen einachsigen Robotern bis hin zu kartesischen, Scara- sowie 6- und 7-achsigen vertikalen Knickarmrobotern. Diese bieten Lösungsintegratoren alle benötigten Optionen, um auch bei beengten Platzverhältnissen in der Fertigung einen effizienten Workflow zu schaffen und gleichzeitig wichtige Aspekte wie Wartbarkeit, Programmierbarkeit und Benutzerfreundlichkeit zu berücksichtigen.

Schnell gedreht

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 hindurchfahren kann. Das Erreichen eines kompakten Prozess-Footprints kann äußerst wichtig sein, beispielsweise für OEMs, die ein »Re-shore« anstreben oder früher ausgelagerte Prozesse wieder unter interne Kontrolle bringen wollen. Obwohl globale wirtschaftliche Veränderungen bedeuten können, dass Re-shoring 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 Millimeter Armlänge und fünf Kilogramm Nutzlast kann eine Einbaubreite von nur 492 Millimetern erreicht werden.

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 Wärmeleitmaterialien. Die typischen Größen der Scara-Roboter reichen von einer Armlänge von 120 Millimetern bei einer Nutzlast von circa einem Kilogramm bis hin zu 1.200-Millimeter-Modellen, die bis zu 50 Kilogramm 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.

Was Integratoren zu schätzen wissen

Yamaha profitiert von seiner langjährigen Erfahrung, die von frühen Industrierobotern herrührt, die in den 1970er-Jahren zur Automatisierung der Montage von Motorradteilen in großen Stückzahlen entwickelt wurden. Später hat Yamaha seine Roboter mit innovativen 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, innovative, hochfeste mechanische Teile, die auch bei hohen Presskräften eine außergewöhnliche Genauigkeit gewährleisten 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 künftige Anpassungen und Skalierungen offen zu halten. Einfache Steuereinheiten für die Basispositionierung und den Antrieb ermöglichen die einfache Steuerung von Einachsrobotern mit Koordinatenanzeige oder Impulszug-Eingabe, um die Programmierung zu minimieren. Auf der anderen Seite können Mehrachsen-Controller verwendet werden, um einen oder mehrere Ein- oder Zweiachsenroboter gleichzeitig zu steuern. Bis zu vier 4-Achsen-Steuerungen können in Master-Slave-Konfiguration verknüpft werden, um maximal 16 Achsen zu verwalten und die Steuerung in einem Programm zu konsolidieren, das in der Robotersprache von Yamaha (erweiterte Version von Basic) geschrieben ist.

Integration von Subsystemen

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. Die Herstellung der Kommunikation zwischen den verschiedenen Subsystemen, die Kalibrierung des Visionssystems und die Sicherstellung der genauen Registrierung der Werkstücke gehören zu den bekanntesten und schwierigsten Hindernissen, die es zu überwinden gilt. Yamaha hat diese Herausforderungen bei der Entwicklung seines Bildverarbeitungssystems iVY2 angegangen, indem es einen Assistenten zur Handhabung der Kalibrierung und grafische Werkzeuge zur Vereinfachung der Werkstückregistrierung eingebaut hat, wodurch die Rüstzeit um bis zu 80 Prozent reduziert werden konnte.

In einem typischen Roboter-Visionssystem sind die Kameras mit einem speziellen Bildverarbeitungsprozessor verbunden, der dann über eine serielle Datenverbindung mit der Hauptsteuerung kommuniziert. Yamaha brachte mit iVY2 die Bildverarbeitung direkt in die Domäne der Robotersteuerung, indem es GigE-Vision-Schnittstellen implementierte, um die Kameras direkt mit der Robotersteuerung RCX340 zu verbinden. Darüber hinaus unterstützt der RCX340 im Rahmen seines erweiterten Basic-Befehlssatzes dedizierte Bildverarbeitungsanweisungen. Neben der Konsolidierung der Bildverarbeitung innerhalb der gesamten Robotersteuerungsstrategie eliminiert das integrierte System von Yamaha auch die Verzögerungen, die bei der herkömmlichen Bildverarbeitung auftreten, da dort die Kameradaten erst über einen separaten Bildverarbeitungsprozessor zur Robotersteuerung gelangen.

Verbesserte Teileerkennung

Das iVY2-System verfügt außerdem über eine leistungsstarke Kanten-Suchmaschine, die die Teileerkennung verbessert. Bis zu 254 zusätzliche benutzerdefinierte Teile können für die automatische Erkennung registriert werden. Die Kamera verfügt über einen DVI-I-Ausgang, über den der Benutzer den Suchstatus jederzeit analysieren kann. Der Vision-Befehlssatz des RCX340-Controllers 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. Das iVY2-System ermöglicht auch die einfache Einbindung einer Beleuchtung durch die optionale Beleuchtungs-Steuerungskarte.

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. Das Hinzufügen weiterer Mitarbeiter und zusätzlicher Produktionslinien erhöht die Betriebskosten und erfordert mehr Produktionsfläche.

Immer schnellerer ROI

Der Einstieg in die robotergestützte Automatisierung kann einfach und unterbrechungsfrei sein, wenn sie richtig angegangen wird, zum Beispiel 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 können weitere Disziplinen, wie die Bildverarbeitung, hinzugefügt werden, die einen immer schnelleren Return on Investment ermöglichen.