Bauteilehandling

Hilfe vom Visionsystem

Bei John Deere gehört standardisierten Modulen die Zukunft. John Deere hat für den Standort Mannheim entschieden: Eine standardisierte Automation bedeutet mehr Flexibilität und vor allem eine verbesserte Auslastung.

Manchmal braucht der Roboter Hilfe von einem Visionsystem, damit er beispielsweise ein Zahnrad positionsgenau in die Bearbeitungsmaschine einlegen kann. In den WMS-Zellen ist auch die Bildverarbeitung integraler Bestandteil. (Foto: Foitzik/Fanuc)

Bei John Deere im Werk Mannheim haben Maschinenbediener „ausgeladen“. Be- und entladen werden Maschinen nur noch von Robotern. Bis 2019 soll das neue Fertigungskonzept komplett umgesetzt sein, das schon jetzt Einzug in der Getriebefertigung gehalten hat. John Deeres Standort Mannheim arbeitet im Getriebebau mit einer hohen Fertigungstiefe. Mehrere 100 Maschinen sind im Einsatz. Dabei hat in den letzten Jahren ein großer Strukturwandel in der Fertigung stattgefunden. Dominierten zunächst Einzelmaschinen, die manuell beschickt wurden, stieg man im nächsten Schritt auf Gruppenfertigung um. „Leider“, so ergab eine Analyse, sind in einer solchen Gruppe die wenigsten Maschinen ausgelastet.

Dass schon in der Vergangenheit gerne Fanuc-Roboter eingesetzt wurden, hat viel mit der Zuverlässigkeit dieser Roboter zu tun und damit, dass Systemhäuser wie jetzt aktuell WMS Engineering passende Automatisierungsanlagen entwickelt und realisiert haben. Jüngstes Beispiel ist eine Automatisierungszelle von WMS, in der ein Fanuc-Roboter M-710iC mit integriertem Visionsystem arbeitet. Es ist schon die elfte Zelle des Unternehmens für John Deere, das sich bisher überwiegend durch Lösungen im Präzisionsentgraten einen Namen gemacht hat. WMS-Geschäftsführer Stephan von Schneyder vermutet hinter der Wahl die hohe Erwartungshaltung an die Technik: „Wir haben sicher mit dem modularen Konzept Pluspunkte gesammelt.“ Ebenso dürfte eine Rolle gespielt haben, dass die Zelle „kranhakenfertig“ geliefert wurde – so wie alle anderen Zellen auch.

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In der neuen Zelle nimmt der Roboter Bauteile aus einem Warenträgerkorb und legt sie in eine Maschine. Eine einfache Aufgabe, sollte man meinen. Da das Bauteil allerdings eine Innenverzahnung hat und diese Verzahnung exakt zum Spanndorn der Maschine ausgerichtet werden muss, braucht der Roboter Hilfe vom integrierten Visionsystem. Je nach Bildinformation wird das Bauteil vom Robotergreifer so gedreht, dass es beschädigungsfrei in die Spannvorrichtung eingesetzt werden kann.

Ob Zahnrad oder Welle: Die Körbe in der John-Deere-Fertigung sind einheitlich, lediglich die Einteilung variiert. Integrierte RFID-Chips „wissen“, was jeweils in den Körben liegt. (Foto: Foitzik/Fanuc)

„Standard, Standard, Standard“ nennt Wolfgang Kamuf, Manager Maschinenbeschaffung bei John Deere, die drei wichtigsten Auswahlkriterien für die Automation. Und auch wenn das Lastenheft für eine solche Zelle selbstverständlich noch ein paar weitere Kriterien umfasst, fällt die Entscheidung letztlich nach dem genannten Muster. Theoretisch soll jede Automationszelle an jede Bearbeitungsmaschine „passen“. Die sogenannten Boxen stehen auf Plattformen, die sich mit dem Stapler verfahren lassen. Die einzelnen Standardmodule wie Korbstapelmodul, Pufferstationen, Schubladen, Kamerasysteme, Entgrattechnik mit unterschiedlichen Entgratwerkzeugen, Reinigungsstationen, Meßeinheiten, Greiferwechselsysteme können in beliebiger Art und Weise zusammengestellt und kombiniert werden - und das nicht nur in der Hardware, sondern auch in der Software. In allen WMS-Zellen arbeiten Fanuc-Roboter des Typs M-710iC. Diese Sechsachser haben mit 2.050 Millimeter eine ausreichend große Reichweite und lassen bei der Traglast selbst bei Doppelgreifern noch ein wenig Luft nach oben.

Analyse vor der Beschaffung
Der „Kranhaken-Automation“ ging eine Analyse voraus: Welche Aufgaben hat ein Bediener an einer Maschine? Und im nächsten Schritt: Welche Aufgaben sind wertschöpfend und welche nicht? Da kommt man schnell zu der Erkenntnis, dass Be- und Entladen keinen Mitarbeiter erfordert, sondern automatisiert werden kann. „Wir fertigen nicht mannlos, aber die Leute an den Maschinen können sich auf die Qualitätssicherung und auf Rüstvorgänge konzentrieren“, sagt Herstellungsingenieur Tobias Fiedler. Die einzelnen Fertigungslose sind nicht allzu groß. 250 bis 300 Stück pro Los sind es im Durchschnitt. Daneben gibt es Sonderteile in ganz geringen Stückzahlen. 1.200 Stück sind dann schon eine ganz große Serie. Umrüsten ist also ein Thema, das in der Getriebefertigung täglich mehrfach ansteht. Eine Automationszelle jedenfalls ist schnell umgerüstet: Greifer kontrollieren, wechseln falls erforderlich und eventuell die Fachteilungen der SPC-Schublade umstecken. Ein grundlegendes Element der Standardisierung ist der einheitliche Werkstückträger. Ob Zahnrad oder Welle: Immer hat der Warenkorb die Abmessungen 600 mal 400 Millimeter. Lediglich die Einteilung variiert. Wichtigste Elemente der Bodenroller, auf denen die Körbe mit Werkstücken transportiert werden, sind integrierte RFID-Chips. Dieser Chip „weiß“, was in den Körben liegt. Wird der Bodenroller mit einem Stapel Kisten an eine Maschine angedockt, kann das Bauteil von der Steuerung der Maschine identifiziert werden. Hat der Bediener das Programm aufgerufen, prüft die Steuerung, ob Bauteilnummer und aufgerufenes Programm zusammenpassen – mehr Vorbereitung erfordert die Maschine nicht.

Die Bedientableaus (HMI) sind an allen Maschinen gleichermaßen strukturiert. Die Programme im Prinzip einheitlich aufgebaut – ganz gleich, mit welcher Steuerung die einzelne Werkzeugmaschine arbeitet. Damit die Bedienoberfläche so einfach wie möglich ist, haben die WMS-Entwickler viel (unsichtbare) Arbeit investiert. So werden die Maschinen-Schnittstellen bei WMS in Klettgau-Grießen mechanisch aufgebaut, simuliert.

„Modularität“ gilt nicht nur als Bauprinzip der Automation, sondern auch für die Programmstruktur der Software. Stephan von Schneyder: „Die Leistungsfähigkeit der Software ist dauerhaft nur durch diesen hohen Grad der Modularität zu erzielen und aufrecht zu erhalten.“ Dabei nutzten die Entwickler von WMS Engineering auch zahlreiche Software-Optionen. „Die einfache Art und Absicherung der Beschickung war nur möglich, weil wir die ‚Dual Check Safety‘-Funktion von Fanuc verwenden.“

Heute wird jede einzelne Maschine automatisiert. Das erfordert zunächst etwas höhere Investitionen. Fiedler: „Der Gewinn liegt eindeutig in der höheren Verfügbarkeit und in einer insgesamt viel besseren Auslastung der Maschinen.“ Zudem kann jede Maschine als Backup dienen.

Bernhard Foitzik/bw

HMI Halle 17, Stand D24

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