Verkettete Automatisierungslösung für Schleifmaschinen

Ein Mehr an Maschinenautomation

Der Schleifprozess gehört zu den zeit- und kostenintensivsten Arbeitsschritten in der Produktion von Schneidmessern. Um diesen möglichst effizient zu gestalten, ist ein Automatisierungskonzept nötig, bei dem nicht nur die Maschinenbeschickung, sondern auch die Teilezuführung vollautomatisch vonstattengeht.

Der Fast Picker TP80 greift die ungeschliffenen Schneidmesser vom Band ab und legt sie präzise in eine Bestückungsleiste ein. (Bild: Stäubli Tec-Systems GmbH)

Etwa 380 Mitarbeiter beschäftigt Philips am Standort Klagenfurt. Während 180 Beschäftigte in der Produktion vorrangig Haar- und Bartschneider herstellen, arbeiten etwa 200 Personen im Bereich Forschung und Entwicklung. Worauf es bei der Herstellung der hochwertigen Komponenten für die 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 weiter gehen 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.“ Nach ausführlicher Marktanalyse war die Lösung schnell gefunden. Die Entscheidung fiel auf die Roboter von Stäubli: „Stäubli hat mit dem Sechsachser TX90L einen bewährten Roboter für die Automation von Werkzeugmaschinen im Programm. Und der Fast Picker TP80 erfüllt mit seiner hohen Dynamik und Präzision die Anforderungen für den Einsatz in der Zuführstation.“, so Rassi.

Hohe konstruktive Anforderungen

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 Firma Vipro Automatisierung, die seit vielen Jahren mit der Instandhaltung der Mägerle-Schleifmaschinen am Standort Klagenfurt betraut ist. Während die Konstruktion der Automatisierungslösung von Philips stammt, waren Montage, Programmierung und Inbetriebnahme weitgehend Aufgabe von Vipro. Dort hat man sich in den vergangenen Jahren auf die Vereinzelung von Schüttgutteilen spezialisiert und konnte entsprechendes Know-how in das Projekt einbringen. Immerhin waren die konstruktiven Anforderungen an die Anlage anspruchsvoll: So muss die Automatisierungslösung aufgrund der vielen unterschiedlichen Varianten hochflexibel und in kurzer Zeit umzurüsten sein, durfte aber gleichzeitig nur wenig Platz beanspruchen. Der Blick auf die Anlage beweist, dass kein Zentimeter Platz verschenkt wurde. Raumsparende Lösungen wie die von beiden Robotern 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.

Workflow in der Zelle

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 des TP80 hohe 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. Nach der Bearbeitung entnimmt der Sechsachser die Bestückungsleiste und fährt eine Teilereinigungsstation an. Anschließend greift der Sechsachser 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 Roboters 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 gut gelingt. „Für die Qualität der Haar- und Bartschneider von Philips ist der Schleifprozess von entscheidender Bedeutung. Die neue Anlage, die in vier Schichten rund um die Uhr produziert, macht diesen Prozess sehr effizient.“, so Rassi.