Ein Roboter, der schwere und komplexe Bauteile sicher, zuverlässig und mit wettbewerbsfähigen Taktzeiten aus chaotisch beladenen Behältern entnimmt – der »Griff in die Kiste«, stellt die Industrieautomation vor Herausforderungen, die noch vor Kurzem nahezu unlösbar schienen. Der Automobilzulieferer Takata-Petri AG hat an seinem Standort Aschaffenburg Neuland beschritten: Ein von Faude Automatisierungstechnik GmbH und dem Fraunhofer IPA gemeinsam mit Takata entwickeltes Greifersystem mit einem robotergeführten 3-D-Sensor und der neuesten Generation der Software »IPA BP3™ – BinPicking3d« führt 1–2 kg schwere metallene Lenkrad-Skelette der Bearbeitungsanlage ohne belastende Handarbeit und ohne aufwändige mechanische Vereinzelung zu – und das im Dreischichtbetrieb und mit einer Verfügbarkeit von mehr als 98 Prozent. Den Roboter, mit dem diese Lösung realisiert wurde, lieferte die Kawasaki Robotics GmbH.

»Die mit Faude Automatisierungstechnik und dem Fraunhofer IPA gefundene Lösung erfüllt alle Anforderungen hinsichtlich Genauigkeit, Verfügbarkeit, Robustheit und Taktzeit und hat unsere strengen Vorgaben zum Teil sogar noch übertroffen« – Manuel Torsiglieri, Manager Process Engineering Europe der Takata-Petri AG, ist mit dem Ergebnis der Entwicklungskooperation rundum zufrieden. »Mit dieser Anlage können wir unseren eigenen Automatisierungsgrad weiter erhöhen, die Zukunftsfähigkeit unseres Standorts ausbauen und zugleich die Mitarbeiter von monotonen und den Körper einseitig strapazierenden Tätigkeiten entlasten.«

Blitzschnelle 3-D-Objekterkennung

Um das zu realisieren, musste gleich eine Reihe technologischer Nüsse geknackt werden. Weil die Lenkrad-Skelette unterschiedliche Geometrien aufweisen und in chaotisch beladenen, 1,20 m tiefen Gittertransportkisten aus mehreren europäischen Standorten zugeliefert werden, kam naturgemäß nur ein 3-D-Bilderkennungssystem in Frage. Mit »IPA BP3™ – BinPicking3d« konnte das Fraunhofer IPA eine in mehr als zehnjähriger angewandter Forschung entwickelte marktreife Lösung beisteuern.

»Unser patentiertes Objekterkennungsverfahren ist dank seiner offenen Schnittstellenarchitektur zu praktisch allen Roboter- und 3-D-Sensor-Systemen kompatibel«, erläutert Dipl.-Ing. Matthias Palzkill, Entwicklungsleiter für den »Griff in die Kiste« am Fraunhofer IPA. Je nach Anwendung leiste das System mittlerweile die erforderlichen Rechenoperationen in 0,5 bis 2 Sekunden. Nicht nur die Objekterkennung und Greifpunktberechnung seien in Sekundenbruchteilen möglich, sondern auch eine vollständige Simulation der Fahrwege, die einen maximal kollisionsfreien Greifvorgang erlaube und damit wesentlich zur hohen Prozesssicherheit des Systems beitrage.

Maßgeschneiderte Greiferkonstruktion

Um Roboterstillstände durch Kollisionen zu vermeiden, hat Faude Automatisierungstechnik als Partner für die Realisierung der Systemlösung einen Kollisionsschutz eingebaut, der die Einwirkung koaxialer Kräfte auf den Greiferarm erkennt. Der Laserscanner wurde mit einer ausgeklügelten Lösung in den Roboterarm integriert und kann sowohl Gesamtbilder der zur Entleerung anstehenden Kiste aufnehmen als auch gezielt einzelne Teile ansteuern. Die maßgeschneiderte Systemlösung erreicht nicht nur hohe Produktivität durch hohe Verfügbarkeit, sondern ist auch erstaunlich schnell: »Wir haben die vorgegebene Taktzeit von 33 Sekunden mit schließlich realisierten 26 Sekunden sogar noch deutlich unterboten«, hebt Geschäftsführer Dieter Faude hervor.

Viel Entwicklungsarbeit steckte Faude Automatisierungstechnik in die spezielle Greiferkonstruktion, die die komplexen Bauteile mit ihren verschiedenen Geometrien sicher festhält und handhabt, ohne sie zu beschädigen. Die Lösung fanden die Faude-Spezialisten in einem Parallelgreifer, der sich den Außengeometrien der Lenkrad-Skelette optimal anpasst und dadurch Punktbelastungen und das Risiko von Druckstellen vermeidet. Eine weitere »harte Nuss« war die schwierige Lage der oft verkippten Bauteile in den Gitterboxen; »wir haben dieses Problem mit einem abgekröpften Greifer gelöst, der jeden Winkel der Transportkisten erreichen kann«, erklärt Dieter Faude.

Wirtschaftlich und nachhaltig

»Der automatisierte Griff in die Kiste hat für Takata-Petri die Prozesssicherheit und Qualität bei der Lenkrad-Skelett-Handhabung gegenüber dem manuellen Einsatz klar verbessert und trägt zu effizientem und nachhaltigem Energieeinsatz bei«, hebt Prozessmanager Manuel Torsiglieri hervor. Auch Arbeitsplatz-Ergonomie und Gesundheitsschutz spielen eine Rolle. Mitarbeiter, die von anstrengenden Be- und Entladearbeiten entlastet werden, riskieren weniger Erkrankungen und Folgeschäden. »Es geht nicht um die Verdrängung des Menschen, sondern um die Zusammenarbeit von Mensch und Roboter«, stellt Dieter Faude klar. »Außerdem werden die Arbeitnehmerschutzbestimmungen in der EU immer schärfer«, ergänzt Matthias Palzkill vom Fraunhofer IPA und betont: »Innovative Prozessautomatisierung kann Produktionsstandorte und Arbeitsplätze in Europa sichern«.

Quelle: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA - 06.06.2012.