Verkettete Automatisierungslösung für eine Schleifmaschine

Ein Mehr an Maschinenautomation

| Redakteur: Silvano Böni

Das Magazin wird punktgenau in die Vorrichtung der Schleifmaschine eingelegt.
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Das Magazin wird punktgenau in die Vorrichtung der Schleifmaschine eingelegt. (Bild: Stäubli)

Rund 20 Millionen Schneidmesser für Haar- und Bartschneider verlassen das Philips-Werk Klagenfurt jährlich. Um die aufwendigen Schleifprozesse möglichst effizient zu gestalten, setzt das Unternehmen auf ein wegweisendes Automatisierungskonzept, bei dem nicht nur die Maschinenbeschickung, sondern auch die Teilezuführung vollautomatisch vonstattengeht.

Etwa 380 Mitarbeiter beschäftigt der holländische Elektronikriese am Standort Klagenfurt, idyllisch gelegen direkt am Wörthersee. Während 180 Beschäftigte in der Produktion vorrangig Haar- und Bartschneider herstellen, arbeiten etwa 200 Personen im Bereich Forschung und Entwicklung. Damit zählt Klagenfurt zu den grossen Entwicklungsstandorten des holländischen Konzerns und zum wichtigsten Produzenten von Schneidmessern.

Worauf es bei der Herstellung der hochwertigen Komponenten für die Philips-Haarschneider und -Barttrimmer ankommt, bringt Christian Rassi, Lead Engineer Tool Design bei Philips Consumer Lifestyle, auf den Punkt: «Der Schleifprozess der Schneidmesser gehört zu den zeit- und kostenintensivsten Arbeitsschritten in der Produktion. Deshalb sind alle Schleifmaschinen bereits seit Jahren automatisiert. Jetzt wollten wir den entscheidenden Schritt weitergehen und die Prozesse Teilevereinzelung/Zuführung und Maschinenautomation vollautomatisiert mit zwei Robotern an einer Anlage verketten.»

Konkret bestand die Aufgabe darin, eine Mägerle-Schleifmaschine sowie die vor- und nachgelagerten Arbeitsschritte zu automatisieren. Die Herausforderung bei der komplexen Aufgabenstellung: Ein erster Roboter soll die Schneidmesser, die die Anlage als Schüttgut erreichen, über einen Any­Feeder vereinzeln und in einer Bestückungsleiste einem zweiten Roboter bereitstellen, der dann die Maschinenbeschickung sowie Entnahme, Reinigung und Vereinzelung der Fertigteile übernimmt.

Das Anforderungsprofil an die beiden Roboter könnte dabei

unterschiedlicher nicht sein, wie Rassi betont: «Für die Vereinzelung der Schüttgutteile mit anschlies­sender Bestückung der Magazine kommt aufgrund der geforderten Taktzeiten nur eine hochpräzise High-Speed-Kinematik in Frage. Für die Beschickung der Schleifmaschine hingegen benötigen wir einen robusten, voll gekapselten Sechsachser mit grosser Reichweite. Und natürlich sollten beide Roboter von einem Hersteller stammen.»

Die Auswahl der geeigneten Roboter hat man sich bei Philips nicht leicht gemacht. Die Verantwortlichen im Unternehmen besitzen reichlich Robotikerfahrung und kennen den Markt sehr genau. Nach ausführlicher Marktanalyse war die Lösung schnell gefunden. Die Entscheidung fiel auf Stäubli-​Roboter: «Stäubli hat mit dem Sechsachser TX90L einen bewährten Roboter für die Automation von Werkzeugmaschinen im Programm. Und der Fast Picker TP80 erfüllt mit seiner beeindruckenden Dynamik und Präzision exakt die Anforderungen für den Einsatz in der Zuführstation. Diese Kombination aus zwei perfekt geeigneten Robotertypen konnte kein anderer Hersteller bieten», so Rassi.

Wegweisende Lösung der hauseigenen Konstruktionsmannschaft

Nachdem die Auswahl der Komponenten abgeschlossen war – die Zuführung und Teilevereinzelung sollte ein AnyFeeder mit stationärem Bildverarbeitungssystem übernehmen –, stand die Realisierung des Projektes auf dem Programm. Die komplette Anlage ist eine Koproduktion der hauseigenen Philips-Konstruktionsmannschaft und der Vipro Automatisierung GmbH, die seit vielen Jahren mit der Instandhaltung aller Mägerle-Schleifmaschinen bei Philips in Klagenfurt betraut ist.

Während die Konstruktion der Automatisierungslösung von der Philips-Mannschaft stammt, waren Montage, Programmierung und Inbetriebnahme weitgehend Aufgabe von Vipro. Dort hat man sich in den vergangenen Jahren auf die Vereinzelung von Schüttgutteilen spezialisiert und konnte entsprechendes Know-how in das Projekt einbringen. Immerhin waren die konstruktiven Anforderungen an die Anlage überaus anspruchsvoll: So muss die Automatisierungslösung aufgrund der vielen unterschiedlichen Varianten hochflexibel und in kürzester Zeit umzurüsten sein, durfte aber gleichzeitig nur ein Minimum an Platz beanspruchen.

Der Blick auf die Anlage beweist, dass kein Zentimeter Platz verschenkt wurde. Pfiffige, raumsparende Lösungen wie die von beiden Robotern optimal anzufahrende Übergabeposition der Bestückungsleiste sowie der integrierte Greiferbahnhof auf der Rückseite der Zelle verraten die kundige Hand der Ingenieure, die gleichzeitig die Zugänglichkeit zu den wichtigsten Anlagenkomponenten sichergestellt haben. «Wir haben hier in der Produktion mit ernsten Platzproblemen zu kämpfen und deshalb mussten wir so raumeffizient wie nur möglich vorgehen», bekräftigt Rassi.

Der Workflow in der Zelle im Überblick

Der Prozess startet mit der Zuführung der Schneidmesser als Schüttgut über einen AnyFeeder, der dem TP80 vereinzelte Schneidmesser auf einem Zuführtisch bereitstellt. Der Fast Picker erhält die Positionsdaten der Teile von einem deckenmontierten Kamerasystem, dessen Rechengeschwindigkeit für die schnelle Positionsbestimmung verantwortlich ist.

Kennt der Roboter die exakte Position, greift er das Teil ab und legt es in eine Bestückungsleiste ein. Damit sich dieser Arbeitsschritt nicht zum Flaschenhals entwickelt, muss der TP80 sein Dynamikpotenzial voll ausspielen. Rassi: «Nur der Fast Picker erreicht hier die geforderten Zykluszeiten. Mit einem konventionellen Scara wäre dies nicht möglich.» Zudem verlangt die Bestückung vom TP80 höchste Präzision. Die Fixierung der Klingen im Magazin geschieht über zwei winzige Stifte, auf die der Roboter die Teile, die über entsprechende Aussparungen verfügen, im Toleranzbereich von zwei Hundertstelmillimeter auflegen muss.

Ist das Magazin komplett mit Schneidmessern bestückt – je nach Variante sind das 54 bis 96 Teile –, holt es der sechsachsige TX90L ab und legt es in die Vorrichtung der Schleifmaschine ein. Danach fährt der Roboter mit einem speziellen, spachtel­ähnlichen Werkzeug über die komplette Bestückungsleiste, um sicherzustellen, dass alle Schneid­elemente exakt aufliegen und kein Teil übersteht, was fatale Folgen beim Schleifprozess hätte.

Nach der Bearbeitung entnimmt der Sechsachser die Bestückungsleiste und fährt eine Teilereinigungsstation an. Anschliessend greift der TX90L mit einem Sauggreifer die gereinigten Teile von der Bestückungsleiste ab und legt sie in grosse Magazine, die eine Kapazität von rund 1000 Teilen aufweisen. Die notwendigen Greiferwechsel für die unterschiedlichen Tätigkeiten des TX90L erfolgen vollautomatisch über ein Werkzeugwechselsystem.

Auch für den TX90L bestehen hohe Anforderungen an die Präzision, da die Bestückungsleisten lang sind und das Einsetzen in die Spannvorrichtung eine hohe Genauigkeit erfordert. Zudem muss der Roboter mit Schleifstaub und Kühlschmierstoffen zurechtkommen, was ihm aufgrund seiner voll gekapselten Bauweise bestens gelingt.

Positives Fazit

Die hohe Performance der Roboter trägt massgeblich zum Erfolg des zukunftsweisenden Anlagenkonzeptes bei Philips bei: «Für die bekannte Qualität der Philips-Haar- und -Bartschneider ist der Schleifprozess von entscheidender Bedeutung. Die neue Anlage, die in vier Schichten rund um die Uhr produziert, macht diesen Prozess effizienter denn je. Da ist es nur eine Frage der Zeit, bis wir auch die anderen Schleifmaschinen nach diesem Konzept aufrüsten werden», so Rassi. SMM

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