Dentalroboter

Ein krönender Abschluss

Universal Robots reduziert Produktionszeiten im Dentallabor mit kollaborierenden Robotern. Fünf Tage. So lange musste ein Zahnarzt im Schnitt warten, bis das Labor den Gebissabdruck in eine fertige Krone wandelt und zurück in die Praxis schickt.

Bei Glidewell Laboratories arbeiten bald sieben UR5-Roboterarme. Sie bedienen jeweils vier CNC-Fräsmaschinen. (Foto: Universal Robots)

Mit dem kollaborierendem Roboterarm UR5 von Universal Robots ist es Glidewell Laboratories gelungen, die Produktionsdurchlaufzeit von 28 auf 17 Stunden zu reduzieren.

Normalerweise wartet ein Zahnarzt ab dem Zeitpunkt, an dem er den Abdruck eines Patientengebisses an das Labor sendet, fünf Tage, bis die fertige Krone zurückkommt. Diesen Prozess wollte Glidewell Dental Laboratories verkürzen. David Leeson, Technischer Leiter bei Glidewell, hatte bei seinen Recherchen nach potenziellen Automatisierungslösungen die kollaborierenden Roboterarme von Universal Robots entdeckt: „Ich hatte die Entwicklung dieser Leichtbau-Roboter schon eine ganze Zeit lang verfolgt. Und als ich hörte, dass Universal Robots bei BMW eingesetzt wird, war das ein klarer Vertrauensbeweis für diese neue Robotertechnik.“

Der UR5-Roboter optimiert den Fertigungsprozess, indem er eine zu fräsende Krone aus den Dispensern mit Rohlingen nimmt, die in 16 verschiedenen Farbtönen vorhanden sind, und anschließend diesen Rohling in die Fräsmaschine setzt. Nach zehn Minuten Fräszyklus entnimmt er ihn wieder und platziert ihn auf einem Transportband. Eine Sichtkamera, die die Dispenser mit den verschiedenen Farbtönen überwacht, kommuniziert mit dem Roboter. Sobald ein Dispenser leer oder blockiert ist, führt das Visionssystem den Roboter zu einem Arbeitsablauf an einer Krone in einem anderen Farbton. So ist für eine unterbrechungsfreie Fertigung gesorgt, während das Dispenser-Problem in der Zwischenzeit von einem automatisch alarmierten Maschinenbediener gelöst wird.

Anzeige
Glidewell hat den UR5-Roboterarm mit einem SMC-Greifer mit selbst entwickelten Edelstahlfingern ausgerüstet. (Foto: Universal Robots)

Dynamischer Einzelteilefluss
Da der Fräszyklus zehn Minuten dauert, machte es für Glidewell keinen Sinn, einen Bediener an der Maschine zu platzieren, der die Rohlinge manuell be- und entlädt. Stattdessen füllte das Labor die Kronen in Batches zu je 15 Stück, die nur alle zwei Stunden ausgetauscht werden mussten. „Mit dem UR-Roboter können wir jetzt jeden einzelnen Rohling sofort in die Fräse einsetzen, wenn wir die CAD-Scandaten erhalten haben, ohne auf das Eintreffen aller 15 warten zu müssen, die der Bediener in den 15-er Block einsetzt“, erläuterte Leeson. Durch den dynamischen Einzelteilefluss des UR5-Roboters konnte die Produktionsdurchlaufzeit von 28 auf 17 Stunden reduziert werden. „Unsere Kunden bekommen ihr Produkt schneller und in unserem gesamten Prozess fallen Effizienzvorteile an“, beschreibt der Technische Leiter die Entwicklung.

Aufgrund des optimierten Fertigungsprozesses kann Glidewell zudem zwei Bediener je Schicht im Fräsraum einsparen. „Wir arbeiten rund um die Uhr. Der Roboter entlastet unsere Mitarbeiter, die sich auf die komplexeren Aufgaben konzentrieren können. Auch das wirkt sich insgesamt positiv auf die Produktqualität aus“, sagt Leeson.

Keine Trennung zwischen Mensch und Roboter
Kollaborierend bedeutet, dass der UR-Roboter, nach vorangegangener Risikoanalyse, ohne Schutzumhausung direkt neben Mitarbeitern zum Einsatz kommen kann. Möglich ist dies aufgrund der integrierten kraftsensorischen Technik. Die sorgt dafür, dass der Roboter seine Arbeit sofort einstellt, sobald er in Berührung mit einem Mitarbeiter kommt.

Automatisierungsingenieur Daniel Phee nutzt eine Kombination aus Skript und „Teachverfahren“, um die UR5-Anwendung zu programmieren. Beim Teachverfahren ergreift der Bediener den Roboterarm und führt ihn ber die gewünschten Wegpunkte. So bringt er dem Roboter die zu erfüllende Aufgabe bei. (Fotos: Universal Robots)

„Auf unserem Weg zur Automatisierung haben wir zunächst konventionelle Industrieroboter eingesetzt. Dazu mussten wir ein riesiges Gehäuse bauen und die Menschen vom Roboter trennen. Das ist teuer, Platz raubend und weniger flexibel. Zusätzlich können Sicherheitsprobleme entstehen, wenn die Sicherheitsverriegelungen an einem Robotergehäuse manipuliert werden. Aufgrund der Kraftsensorik der Roboter von Universal Robots müssen wir uns darüber keine Gedanken mehr machen“, sagt der Technische Leiter von Glidewell, nach dessen Einschätzung die kollaborierenden Roboter die Vorteile eines allmählichen Umstiegs von manuellen auf automatisierte Prozesse zunehmend ins Bewusstsein gebracht haben. „Die Arbeit mit einem kollaborierenden Roboter erfordert nach wie vor ein gewisses Maß an menschlichem Zutun. Das mögen unsere Mitarbeiter. So erleben sie den Roboter nicht als bedrohlich.”

Der Automatisierungsingenieur Daniel Phee hatte vorher noch nie mit kollaborierenden Robotern gearbeitet und war überrascht, wie leicht sich der Roboter programmieren ließ: „Über die Bedienoberfläche auf dem Touchscreen lässt sich der Roboter sehr einfach einrichten. Ich habe dazu eine Kombination aus dem Teach-Verfahren und meinem eigenen Skript verwendet.“ Um die Roboterarme von Universal Robots ohne große Zeitverluste und mit hoher Effizienz in den laufenden Betrieb zu integrieren, können neue Aufgaben, die der Roboter übernehmen soll, im sogenannten Teach-Modus programmiert werden. Mit Hilfe des Teach-Verfahrens ergreift der Bediener einfach den Roboterarm und führt ihn über die Wegpunkte der gewünschten Aufgabe. Dabei führt der Bediener den Arm per Hand an die einzelnen Punkte, die über ein Touchpad gespeichert werden.

David Leeson war davon beeindruckt, dass Verbindungen zu externen Geräten zu den nativen Fähigkeiten der UR-Roboter zählen. „Statt Modbus oder ähnlich kostenintensive Lösungen anschaffen zu müssen, wollten wir mit dem Netzwerkprotokoll TCP/IP arbeiten, damit wir preisgünstige, nicht-industrielle Hardware einsetzen können. Das Ergebnis war die einfache Integration einer Bildverarbeitung, für die wir die gesamte Programmierung hausintern vornehmen und den Kauf eines teuren, proprietären Systems vermeiden konnten.“

Roboter als Garant für nachhaltiges Wachstum
Glidewell Laboratories wächst seit seiner Gründung Jahr für Jahr. David Leeson betrachtet die roboter-gestützte Automatisierung als Schlüssel für die Aufrechterhaltung dieses Trends: „Wir werden demnächst drei bis vier weitere UR-Roboter anschaffen. Außerdem untersuchen wir die Möglichkeiten für weitere Automatisierungsschritte in unserer Produktion, bei denen die UR-Roboter eine Schlüsselrolle spielen.“

Bestandskunden bilden einen zunehmenden Teil der Geschäfte, so Phil Hollingsworth, Senior Application Engineer von Sparkem Technology, dem Vertriebshändler für Universal Robots in Südkalifornien: „Wenn Hersteller erst einmal die Vorteile der UR-Roboter erlebt haben, erkennen sie, welche weiteren Produktionsaufgaben sie möglicherweise automatisieren könnten. Der Großteil unserer Kunden hat mit der Maschinenbestückung zu tun. Aber für uns zeichnet sich auch zunehmend ein neues, sehr vielfältiges Anwendungsfeld ab, das beispielsweise vom Testen von LED-Glühlampen bis hin zum Beladen und Entladen von Vial-Trays in der Biochemie reicht.“ Ein Video zu der Zahntechnik finden Sie unter http://tinyurl.com/q8qgm4o. bw

Anzeige

Das könnte Sie auch interessieren

Anzeige
Anzeige
Zur Startseite