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Aktuelles aus der Robotik

Roboter, Kinematik, Handling, Montage, Service, Humanoid, Scara, Knickarm

Mitsubishi40414Titelstory

Zu den Hauptprodukten von Werma Signaltechnik zählt die modulare Signalsäule „Kombisign“, mit der das Unternehmen zum Marktführer in Europa aufgestiegen ist. Noch bis 2006 wurden die Signalsäulen in mühseliger Handarbeit hergestellt. Als die Nachfrage nach den hochwertigen Produkten „Made in Germany“ bei steigendem Kostendruck immer weiter zunahm, musste das Unternehmen umdenken, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben. Mitsubishi Electric hilft mit seinen Robotern bei der Automatisierung der  Handling-Aufgaben.



Mitsubishi20414Werma Signaltechnik aus dem schwäbischen Rietheim-Weilheim ist einer der weltweit führenden Hersteller optischer und akustischer Signalgeräte. Seit 2006 hat man die Montage der modularen Elemente für die Kombisign Signalsäulen voll automatisiert. Die SAP-gesteuerte Anlage kann 2500 Varianten ohne Rüstaufwand hochflexibel auch in Kleinstserie bis Losgröße 1 herstellen – bei durchgehend optimaler Produktionseffizienz und Produktqualität. Mitsubishi Electric Roboter führen die Handling-Aufgaben in den Drahtbiege- und Elektronikstationen aus.

Als die Anlage ihre maximale Kapazität im Dreischichtbetrieb erreichte, führten die Fertigungsingenieure 2013 umfassende Umbaumaßnahmen durch. Eine weitere Drahtbiegestation wurde ergänzt und die Elektronikstation wurde überarbeitet. Um einen optimalen Prozessfluss zu erreichen, müssen die Handling-Roboter bei gleichbleibender Genauigkeit mindestens doppelt so schnell arbeiten wie die vorgelagerte Drahtbiegemaschine. Die Roboter der neuen F-Serie von Mitsubishi Electric erfüllen diese Anforderung.

„Die Mitsubishi Electric Roboter haben beim Umbau der Anlage eine zentrale Rolle gespielt. Die neue Robotergeneration der F-Serie ist um 50 Prozent schneller als die älteren Modelle, sodass wir auch im Handling schritthalten und die Leistungssteigerung der Drahtbiegemaschine tatsächlich umsetzen können“, erklärt Ronny Lauer, Fertigungsingenieur bei Werma und federführend in der Entwicklung der Montagelinie. „Im Dreischichtbetrieb mit zwei Drahtbiegestationen liefen wir an der Grenze unserer Leistungsfähigkeit. Mit dem Umbau arbeiten wir jetzt wieder im Zweischichtbetrieb. Die dritte Schicht ist Reserve für weitere Kapazitätssteigerungen.“

Komplexer Montageprozess

Mitsubishi60414Die modularen Signalsäulen informieren über optische und akustische Signale auf Basis intelligenter Drahtverbindungen, die auf CNC-gesteuerten Drahtbiegemaschinen individuell gebogen werden. Der 6-Achs-Knickarmroboter entnimmt die Kontaktdrähte aus der Maschine und führt sie durch den ersten Prüfprozess, in dem ein Kamerasystem die präzise Geometrie des Drahtes in mehreren Positionen ausmisst. Ist der Draht nicht in Ordnung (niO), wird er verworfen. Diese Information geht direkt an das SAP-System und ein neuer Draht wird adaptiv nachgefertigt. Sogannte iO-Drähte führt der Roboter zur nächsten Station, an der die Kontaktfeder montiert wird, welche die LEDs und andere Elektronikeinsätze später mit Strom versorgt. Anschließend setzt der Roboter den Draht in das bereitstehende Kunststoffteil ein. Die nachfolgende Kraft-Wege-Messung kontrolliert, ob Drähte und Kontaktfedern richtig verbaut wurden. Ein Dichtungsring macht die Signalsäule staub- und spritzwassergeschützt.

Im nächsten Prozessschritt erhalten die Licht- und Akustikelemente ihre Elektronik. Auch das vollautomatische Elektroniklager ist an das SAP-System angebunden und stellt zirka 100 Elektronikvarianten in unterschiedlichsten Spannungen, Farben und Funktionen bereit. Bei Aufnahme und Montage der Elektronik kommt der zweite Roboter zum Einsatz. Der Scara-Roboter rastet die Elektronik schnell und präzise ein. Schließlich wird das fertige Element auf seine Gesamtfunktion getestet und versandfertig gemacht.

Flexible und schnelle Roboter

Mitsubishi70414„Im Zuge der Automatisierung der Montage 2006 haben wir viele verschiedene Roboter unterschiedlicher Hersteller speziell für den Einsatz in der Drahtbiegestation getestet“, erzählt Ronny Lauer rückblickend. „Zum einen sollte der Roboter den Draht möglichst zügig aus der Biegestation entnehmen, um die Totzeit der Maschine gering zu halten. Zum anderen sollte die Nebenzeit minimal sein, in der der Roboter den Draht durch die Vermessungsprüfung und die Kontaktfedermontage führt, ihn in das Kunststoffgehäuse einsetzt und anschließend zur Biegestation zurückfährt, um den nächsten Draht aufzunehmen. Alles zusammen durfte nicht länger dauern als der Drahtbiegevorgang. Die Mitsubishi Electric Roboter waren die einzigen, die den komplexen Zyklus abfahren konnten und dabei sogar schneller waren als der Vorprozess. Der ‚Melfa‘-Roboter benötigte etwa die Hälfte der Zeit des schnellsten Mitbewerberproduktes – bei gleicher Präzision.“

Gestern wie heute überzeugen diese Roboter mit ihrer hohen Geschwindigkeit. Die minimale Taktzeit der F-Systeme liegt bei 0,32 s. Ein 6-Achs-Knickarmroboter vom Typ RV-7FM ist für das Handling in der neuen Drahtbiegestation zuständig. Er eignet sich insbesondere für den Einsatz in flexiblen Produktionsprozessen, wie sie auch bei Werma in der Kleinstserienproduktion vorkommen. Dazu verfügt er über eine hochdynamische Antriebstechnik, die eine präzise Positionierung und kürzeste Taktzeiten erlaubt. Seine Doppelarmstruktur sorgt für mehr Bewegungsfreiheit, Einsatzflexibilität und Stabilität. Die RV-F-Systeme sind ab Werk mit eingebauten Ethernet-, USB-, Tracking-, Kamera- und Zusatzachsenanschlüssen sowie Hand-E/As ausgestattet.

Nicht ohne Grund übernimmt ein Scara-Roboter der F-Serie in der Elektronikmontageeinheit Palettier- und Übergabefunktionen, denn diese Roboter eignen sich besonders für hochschnelle Handhabung elektronischer Komponenten und deren Einbau. Der Roboter vom Typ RH-12FH entnimmt die jeweilige Elektronik aus dem SAP-geführten Lager und rastet sie in das bereitstehende Kunststoffelement ein. Dabei arbeitet er mit einer Wiederholgenauigkeit von ±0,01 mm. Die RH-F-Systeme sind ab Werk mit den gleichen Schnittstellen wie die Knickarmroboter ausgestattet und in ihrer Handhabung exakt identisch aufgebaut.

„Die Mitsubishi Electric Roboter können sehr viele verschiedene Aufgaben ausführen, ohne vorher genau zu wissen, welcher Schritt der nächste ist“, erklärt Ronny Lauer. „Aufgrund dieser hohen Flexibilität sind sie für den Einsatz in unserem SAP-gesteuerten System genau richtig. Denn erst wenn ein Auftrag im Arbeitsplan an der Reihe ist, erfährt der Roboter kurzfristig, welche Aufgabe er für ein spezifisches Produkt abarbeiten muss. Die Kommunikation in Echtzeit durch die gesamte Anlage bis hin zum Roboter ist wirklich eine Besonderheit!“

Quantensprung mit SAP für mehr Komplexität

Mitsubishi50414„Unsere Montagelinie kann 2500 Varianten ohne Umrüstung herstellen, sogar in Losgröße 1, und das ganz ohne Leistungseinbußen. Für diese hohe Flexibilität war die Anbindung an SAP entscheidend“, erläutert Jürgen Marquardt, Teamleiter Betriebsmitteltechnologie / Fertigungstechnik bei Werma. In der Software sind sämtliche Informationen über die Signalelementvarianten hinterlegt. Konfigurationen werden nicht vor Ort angelegt, sondern sind in der Stückliste geführt und alle Prozessschritte der kompletten Automatisierungslinie werden über SAP automatisch je nach Arbeitsauftrag gebucht. Der Fertigungsplaner gibt die Aufträge ein, den Rest übernimmt die Maschine. Mit nur einem Knopfdruck aus SAP weiß die Montagelinie, was zu tun ist.

„Unser SAP-gesteuertes System ist ein echter Quantensprung. Statt wie sonst üblich 2500 Produktionsprogramme für alle Varianten anzulegen, haben wir die einzelnen Aufgaben und Arbeitsschritte in SAP vorliegen, die je nach Arbeitsplan automatisch von der Software aufgerufen werden. Wir gehen damit einen ganz neuen Weg, um die hohe Komplexität handhabbar zu machen“, verdeutlicht der Teamleiter.

Kompetenznetzwerk für mehr Qualität

Bei Entwicklung und Umsetzung der Lösung arbeitet Werma eng mit Partnern des Mitsubishi Electric Kompetenznetzwerks zusammen. Neumann Automation unterstützt in punkto Mechanik, das Systemhaus Adiro Automatisierungstechnik hinsichtlich der Software. „Mitsubishi Electric bietet mit dem Kompetenznetzwerk ein Gesamtpaket an, in dem Spezialisten vor Ort bei der perfekten Gestaltung der Lösung mithilfe von Mitsubishi Electric Produkten unterstützen. Neumann Automation hat uns bei der Entwicklung der gesamten Montageanlage begleitet, insbesondere beim Einsatz der Roboter. Adiro hat die Roboterprogramme erstellt und uns bei der umfassenden Optimierung des Systems geholfen“, erläutert Ronny Lauer.

Jürgen Marquardt fügt hinzu: „Die technische Verfügbarkeit der Linie liegt schon jetzt bei über 90 Prozent. Das ist für eine Anlage dieser Komplexität sehr selten. Unser Ziel ist es, die Fehlerquote innerhalb des Prozesses gegen Null zu reduzieren.“ Auch die Produktqualität konnte durch Automatisierung gesteigert werden. Der Teamleiter beschreibt weiter: „Bei Konkurrenzprodukten zum Beispiel aus Asien kommt es vor, dass Feuchtigkeit oder Staub in die Leuchtelemente eindringen und dadurch die Elektronik Schaden nimmt, die Leuchtkraft nachlässt oder dass sich im Laufe der Zeit die Kontakte lösen. Wir liefern nur einwandfreie Ware aus. Das schätzen auch unsere Kunden, etwa aus der Automobilindustrie oder der Medizintechnik.“

Aufgrund der guten Erfahrungen, die Werma mit den neuen Robotermodellen gemacht hat, sollen demnächst auch die Roboter der älteren Einheiten aus 2006 und 2008 durch Modelle der F-Serie ersetzt werden. Gleichzeitig werden die beiden Drahtbiegemaschinen optimiert.
Bild oben: Einlegen der Elektronikplatine in das Leuchtengehäuse mit dem Scara-Roboter RH-12FH


Weihnachtliche Robotergrüße

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