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Verkettete Automatisierungslösungen für eine Schleifmaschine

Ein Mehr an Maschinenautomation

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Aufgrund seiner voll gekapselten Bauweise kommt der Stäubli Sechsachser mit den Bedingungen innerhalb der Schleifmaschine problemlos zurecht. Bild: Stäubli
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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 aus dem Hause Stäubli, bei dem nicht nur die Maschinenbeschickung, sondern auch die Teilezuführung vollautomatisch vonstatten geht.

Ganze 380 Mitarbeiter, davon 180 Beschäftigte in der Produktion sowie etwa 200 Personen im Bereich Forschung und Entwicklung, beschäftigt der holländische Elektronikriese am Standort Klagenfurt. 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 leichtgemacht. Die Verantwortlichen im Unternehmen besitzen reichlich Robotikerfahrung und kennen den Markt sehr genau. Die Entscheidung fiel auf Stäubli Roboter: „Stäubli liefert mit dem Sechsachser TX90L einen bewährten Roboter für die Automation. 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.

 

Christian Rassi (li.), Lead Engineer Tool Design bei Philips Consumer Lifestyle und David Kittl, Projektverantwortlicher bei Stäubli Austria.
Christian Rassi (li.), Lead Engineer Tool Design bei Philips Consumer Lifestyle und David Kittl, Projektverantwortlicher bei Stäubli Austria. Bild: Stäubli

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. Die konstruktiven Anforderungen an die Anlage galten als 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 Hundertstel Millimeter 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. 

Stäubli Fast Picker
Der FAST picker TP80 greift die ungeschliffenen Schneidmesser vom Band ab und legt sie in Highspeed präzise in eine Bestückungsleiste ein. Bild: Stäubli

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 1.000 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 sehr lang sind und das Einsetzen in die Spannvorrichtung der Schleifmaschine eine hohe Genauigkeit erfordert. Zudem muss der Roboter mit Schleifstaub und Kühlschmierstoffen zurechtkommen, was ihm aufgrund seiner voll gekapselten Bauweise bestens gelingt.

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 Schicht 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.

Auf der Weltleitmesse EMO 2019, Hannover 16.-21. September, am eigenen Messestand B42 in Halle 9 nimmt Stäubli zwei große Themenkreise ins Visier: Zum einen neue Roboter für die klassische Maschinenbeschickung – darunter als Weltpremiere die neue SCARA-Baureihe TS2 in HE-Ausführung –  zum anderen mobile Robotiklösungen für die Verkettung kompletter Maschinenparks.

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