Mit vom Vision-Sensor errechneten Positionsdaten exakt zugreifen

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Die Spielzeugautos von Siku mit ihrem charakteristischen Zinkdruckgussgehäuse waren und sind für viele Jungen und immer mehr Mädchen fester Bestandteil ihrer Kindheit. Die Fahrzeugmodelle sind mit ihren wesentlichen Form- und Designmerkmalen eng an das Original angelehnt. Bei den großen Vorbildern ist der Modellautohersteller durchaus anerkannt, beginnt doch der Marken- und Imageaufbau im Kinderzimmer.
Das 1921 gegründete Unternehmen mit Stammsitz in Lüdenscheid und Produktionsstätten in Polen und China beschäftigt weltweit 700 Mitarbeiter, davon 200 in Lüdenscheid. Die große Typen-, Teile- und Variantenvielfalt sind charakteristisch für die Modellbaubranche: Siku führt dauerhaft rund 500 unterschiedliche Artikel in den Maßstäben 1:32, 1:43, 1:50 und 1:87. Allein das Modell des VW-Bus T5 ist in sieben unterschiedlichen Ausführungen erhältlich. Noch immer wird ein großer Teil der Aufgaben in Handarbeit erledigt, standardisierte Automatisierungskonzepte greifen hier in aller Regel nicht.
„Wir sind gezwungen, unsere Fertigungsprozesse in weiten Teilen zu optimieren, wenn wir als Premiummarke auch künftig am Weltmarkt konkurrenzfähig bleiben und weiterhin unseren hohen Qualitätsansprüchen gerecht werden wollen“, sagt Dr. Christian Kuwer, technischer Leiter bei Siku. Das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, einen großen Teil der manuellen Tätigkeiten durch automatisierte Verfahren zu ersetzen.

Der Spielwarenhersteller suchte eine Automatisierungslösung, die mit den rund 500 unterschiedlichen Artikeln in den Maßstäben 1:32, 1:43, 1:50 und 1:87 zurechtkommt.

Wie aber lassen sich die sehr unterschiedlichen Verfahren, Prozesse und logistischen Abläufe optimieren? „Hier gibt es leider nicht die Standardlösung. Man muss zunächst die Prozesse sehr genau analysieren, um unterschiedliche Optimierungspotenziale ausloten und bewerten zu können“, erklärt Detlef Dahl, Geschäftsführer von IIS Automation. Das Unternehmen mit Sitz in Meinerzhagen verfügt über langjährige Erfahrung in der Maschinen-, Steuerungs- und Automatisierungstechnik und ist bei Siku mit der Entwicklung und Umsetzung von Produktionslösungen betraut. Der Automatisierungsspezialist bietet Komplettlösungen aus Konstruktion, Fertigung, Montage und die Softwareerstellung.

Bedruckungsstation automatisieren

Konkret lautete der Auftrag für die Ingenieure von IIS Automation 2012, eine Bedruckungsstation für unterschiedliche Fahrzeugmodelle zu automatisieren. Bis dahin wurden die zu bedruckenden Modelle von Hand eingelegt und wieder entnommen, was auf lange Sicht selbst am chinesischen Standort zu aufwändig und zu teuer ist. Gefordert war eine Lösung, die der großen Modellvielfalt Rechnung trägt, bei anstehenden Modellwechseln rasch umgerüstet und steuerungstechnisch einfach umkonfiguriert ist. Insbesondere die Aufnahme und Übergabe der Druckgussmodelle an eine Rundtisch-Bedruckungsstation stellten eine besondere Herausforderung dar.
Die Modelle sind nicht nur unterschiedlich groß, sie sind in den angelieferten Kisten auch unterschiedlich ausgerichtet. Insgesamt also keine Standardaufgabe für ein Handhabungssystem.
„Zunächst dachten wir an spezielle Werkstückträger für jedes Modell, um einem Pick-and-Place-System somit klare Positionen vorgeben zu können. Wir mussten aber rasch feststellen, dass die Herstellung mehrerer Dutzend typspezifischer Blister viel zu teuer geworden wäre“, betont Winfried Neumann, Leiter der Arbeitsvorbereitung bei Siku. Gemeinsam mit IIS Automation entwickelte der Spielwarenhersteller schließlich eine Handling-Lösung, die Robotik, Steuerung und Sensorik intelligent miteinander verknüpft.
Das Projektteam hat dabei auf einen Vision-Sensor aktueller Generation zurückgegriffen. „Der Vision-Sensor von Balluff mit seiner 680 x 400-Pixel-Kamera bot uns im Verbund mit dem Handling-Roboter und der von uns entwickelten Software einfach das beste Preis-Leistungsverhältnis“, kommentiert IIS-Geschäftsführer Dahl.
Die Funktionsweise der neu entwickelten Bedruckungszelle: Sobald das Referenzbild des jeweiligen Modells „eingeteacht“ ist (am Beispiel des VW-Bus T5 genügt dazu die Ansicht der charakteristischen Frontscheiben- und Bugpartie von oben), die Normkisten mit den Fahrzeugmodellen in der Bedruckungszelle an der vorgegebenen Stelle stehen und die Schutztür geschlossen ist, kann die Bedruckungsstation gestartet werden.

Vision-Sensor von Balluff.

In der Siku-Applikation ist der Vision-Sensor „Universal“ von Balluff zentraler Bestandteil.

Griff in die Kiste

Der Sechsachs-Roboter mit dem angedockten Vision-Sensor fährt auf eine vorgegebene Referenzposition über der Kiste: Anhand des eingelesenen Referenzbildes erkennt die Kamera das Modell vor der Linse. Der Vision-Sensor vergleicht nun seine Ist-Position mit der tatsächlichen Position und Lage des avisierten Modells. Innerhalb von Millisekunden berechnet der Vision-Sensor die Abweichung entlang der X- und Y-Achse sowie die Winkeldifferenz zur Referenzlage.
Seine Erkenntnis gibt er direkt an die Steuerung weiter: Der Roboter weiß nun genau, wie er mit seinem Greifer das Bauteil anfahren und aufnehmen muss, um dieses dann exakt und zuverlässig an die vorgesehene Aufnahme der aus vier Stationen bestehenden Rundtisch-Druckanlage zu übergeben. Weil jede Station doppelt ausgelegt ist, nimmt er auf dem Rückweg das auf der gegenüberliegenden Seite bereits fertig bedruckte Modell mit und positioniert es in der gegenüberliegenden Kiste.
Die automatisierte Bedruckungsstation arbeitet bis zu 15 bereitgestellte Kisten selbständig ab, pro Stunde lassen sich mit dieser Anlage 250 Modelle bedrucken.
Die Vorteile dieser Lösung: Die intelligente Kombination aus Roboter, Software und Vision-Sensor kommt ohne separate Rechnereinheit aus. Das System ist einfach programmierbar, die Bedruckungszelle ist über das zentrale mobile Bedienpanel schnell umgerüstet und lässt sich flexibel an wechselnde Produktlinien anpassen.

Wenn Geräte fusionieren

„Der Vision-Sensor ist hier zwar „nur“ für die 360-Grad-Lageerkennung von Teilen zuständig, sein Aufgabenfeld lässt sich jedoch beträchtlich ausweiten. Noch vor wenigen Jahren wäre eine Lösung wie diese zu einem vernünftigen Preis-Leistungsverhältnis kaum realisierbar gewesen“, stellt IIS-Geschäftsführer Dahl fest. Was früher die Aufgabe mehrerer Sensoren war, vereint der Vision Sensor in einem Gerät: Er bietet nicht nur Teile- und Lageerkennung, er reagiert auf Helligkeit und Kontraste, erkennt Muster, Konturen, Matrix, Barcode und kann Text vergleichen – alles in einem Durchgang. Als kompaktes Gerät findet der Vision-Sensor ein breites Einsatzfeld – von der Nachpositionierung über die Vollständigkeits- und Qualitätskontrolle wie korrekter Zusammenbau, dem Zählen von Teilen, Kontakten, Formen bis hin zum schnellen Lesen von Bar- & Datamatrixcodes.
„Für diesen vielseitigen Sensor wird es bei Siku in Zukunft mit Sicherheit noch weitere Anwendungsfelder geben“, betonen Dr. Christian Kuwer und Detlef Dahl unisono. jbi |

Wolfgang Zosel ist freier Redakteur aus Reutlingen.

  • Mit 16,5 Millionen Fahrzeugen pro Jahr ist Siku der größte „Automobilhersteller“ der Welt.
  • Der Spielwarenhersteller suchte eine Automatisierungslösung, die mit den rund 500 unterschiedlichen Artikeln in den Maßstäben 1:32, 1:43, 1:50 und 1:87 zurechtkommt.
  • In der Siku-Applikation ist der Vision-Sensor „Universal“ von Balluff zentraler Bestandteil.
  • Flaute bei VW? – Ein Mitarbeiter rüstet die Bedruckungszelle über das zentrale mobile Bedienpanel auf ein neues Modell um.
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