Mobile Roboterarme

In 34 Tagen bezahlt

Bei der Produktion von Schlauchventilen setzt der Hersteller Task Force Tips auf kollaborierende Roboter, die Hand in Hand mit den Werkern zusammenarbeiten. Die optisch geführten, stählernen Kollegen haben sich durch einfache Bedienung und höhere Fertigungseffizienz innerhalb kürzester Zeit amortisiert.

Bei Task Force Tips sind ein UR10- und zwei UR5-Roboterarme im Einsatz und bedienen die CNC-Maschinen. Die Übergabe zwischen den beiden UR5-Robotern sehe „sehr beeindruckend” aus, sagt Adam Hessling, Automatisierungsexperte von Task Force Tips.

Wenn es um das Retten von Leben geht, kommt es ebenso auf den mutigen Einsatz der Feuerwehrler an als auch auf zuverlässiges Equipment. Der Herstellung von Letzterem hat sich Task Force Tips seit 1968 verschrieben. Das US-amerikanische Unternehmen aus Valparaiso im Bundesstaat Indiana legt als Hersteller von Feuerwehrequipment besonderen Wert auf die hohe Qualität seiner Produkte. Mit Blick auf diese Anforderungen sind bei Task Force Tips vier Roboterarme von Universal Robots in der Fertigung von Schlauchventilen mit großem Erfolg im Einsatz.

Nicht nur hat das Unternehmen es durch seine Anschaffung ermöglicht, die Fertigungsabläufe erheblich zu optimieren und die Qualität seiner Produkte zu verbessern. Darüber hinaus war Task Force Tips durch die neuen kollaborierenden Roboterkollegen von Universal Robots in der Lage, jenes Personal, das vorher an den Fertigungszellen im Einsatz war, in anspruchsvolleren, komplexeren Aufgaben effektiver einzusetzen – und das bei gleichgebliebener Spindelzeit in der Produktion. Durch die effizientere Verteilung von menschlicher und automatisierter Arbeitskraft konnte der US-amerikanische Hersteller von Feuerwehrequipment genug Ressourcen einsparen, so dass sich die Anschaffung der Roboter innerhalb von nur 34 Tagen bezahlt gemacht hatte.

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„So einfach wie Playstation spielen“

„Wir haben einen Roboter mit guter Stabilität vor uns, an dem wir selbst eventuell anfallende Reparaturen durchführen konnten“, erklärt Cory Mack, Produktionsleiter bei TFT.

Cory Mack, einer der Produktionsleiter bei Task Force Tips, weiß noch genau, wie seine Kollegen innerhalb weniger Minuten nach der Ankunft der Roboter bereits darin vertieft waren, die erste Demonstration für den Einsatz in ihrer Produktion zu programmieren und zum Arbeiten zu bringen: „Die Roboter von Universal Robots sind nicht nur leicht zu bedienen, ihre Steuerung ist gleichzeitig so übersichtlich, dass unsere Programmierer sofort nach dem Motto ‚Ich brauche keine Anleitung, ich bekomm das schon von selbst hin!‘ anfingen, sich mit der neuen Maschine vertraut zu machen. Das war ein bisschen wie bei einem Playstation-Spiel, bei dem man auch einfach den Controller in die Hand nimmt und anfängt zu spielen, ohne vorher lang das Handbuch zu lesen.“

Paradigmenwandel durch flexible Roboter

Bei Task Force Tips sind nun ein UR10- und zwei UR5-Roboterarme im Einsatz und bedienen die CNC-Maschinen. Ein weiterer UR5 ist auf einem rollbaren Tisch montiert und somit an verschiedenen Stellen und in unterschiedlichen Aufgaben innerhalb der Produktion der Feuerwehrschlauchventile einsetzbar. Dank ihres eingebauten, patentierten Sicherheitssystems, das sie sofort stoppen lässt, wenn sie in ihrem Bewegungsablauf nur leicht mit einem Hindernis in Berührung kommen, können die UR-Roboter unmittelbar neben ihren menschlichen Kollegen bei Task Force Tips arbeiten. Bei Task Force Tips wurden die unterschiedlichen Fertigungszellen der Produktionslinie nach einem innovativen Format aufgebaut. Dabei bedienen Mitarbeiter rund um die Uhr gleichzeitig mehrere Maschinen. Cory Mack erklärt, wie die UR-Roboter den Personalbedarf von sieben auf drei Mitarbeiter reduziert haben: „Heute benötigen unsere Mitarbeiter nur noch eine Stunde pro Schicht, um den Roboter zu bedienen. Dazu zählt auch, Werkstücke für den Roboter bereitzustellen und diesen auszurichten. Das bedeutet, dass der Roboter täglich 21 Stunden lang ohne Aufsicht arbeiten kann, so dass wir Zeitersparnisse erzielen, dank derer der Roboter in knapp 34 Tage abbezahlt werden konnte. Pro Acht-Stunden-Schicht und pro Mitarbeiter, der dadurch andere, produktive Aufgaben wahrnehmen kann, sparen wir sieben Stunden.“

Stewart McMillan, der Geschäftsführer von Task Force Tips, kann sich noch gut daran erinnern, wie es war, als das familiengeführte Unternehmen vor vierzig Jahren die erste CNC-Maschine anschaffte: „Es war für uns ein sehr großer Schritt. Mein Vater fragte mich damals nur: ‚Bist du dir damit wirklich sicher?‘ Doch es ging uns damals wie heute darum, unseren Mitarbeitern die richtigen Werkzeuge an die Hand zu geben, damit sie ihre Arbeit bestmöglich verrichten und so produktiv als möglich arbeiten können.“

McMillan begann bereits um 1990, mit Werkzeugmaschinen ausgestattete Roboter in der Produktion einzusetzen. Diese Industrieroboter konnten anfangs jedoch immer nur an jener Maschine eingesetzt werden, an der sie montiert worden waren. Sie hingegen für wechselnde Aufgaben einzusetzen war nicht möglich. McMillan: „Aus diesem Grund mussten wir uns die zwingende Frage stellen, was passiert, wenn die Maschine zuerst verschleißt und wir mit einem Roboter dastehen, der uns 100.000 Dollar gekostet hat und nicht an anderer Stelle von uns weiterverwendet werden kann?“ Zu diesem Zeitpunkt  aber hatte man schon von kollaborierenden Robotern gehört, die viel flexibler in der Produktion eingesetzt werden konnten. „Daher haben wir uns dazu entschieden, diese neue Technologie bei uns zu testen“, so der Task-Force-Tips-Geschäftsführer McMillan.

Den stationären und den mobilen UR5-Roboter Hand in Hand arbeiten zu lassen, hat zusätzlich dazu beigetragen, die Produktion von Task Force Tips zu optimieren: Sobald beispielsweise ein Rohteil auf einem eingehenden Förderband ankommt, identifiziert der erste UR5 mittels Bildverarbeitungssystem das Werkstück und nimmt es auf. Anschließend platziert er es in der ersten CNC-Maschine. Daraufhin entnimmt der UR5 an anderer Stelle ein halbfertiges Produkt, das bereits in der Drehmaschine bearbeitet wurde und übergibt es dem zweiten UR5. Dieser zweite Roboterarm platziert dieses Teil für die Weiterverarbeitung in einer zweiten Maschine, entnimmt das vollendete Werkstück und platziert es abschließend auf einem ausgehenden Förderband. Von dort legt ein Mitarbeiter die Teile auf eloxierten Regalen ab, womit der Arbeitsschritt abgeschlossen ist. Damit die Roboterarme reibungslos Hand in Hand arbeiten können, verwendet sowohl der Übergabeprozess der Roboter als auch das Bildverarbeitungssystem die sogenannten MODBUS-Kommunikationsprotokoll-Verzeichnisse innerhalb der Robotersteuerung. Das System ist eine sehr einfache und saubere Lösung: Die gesamte Kommunikation erfolgt über das hauseigene Netzwerk, nichts ist analog mit Kabeln miteinander verbunden.

Die kollaborierenden Roboterarme fertigen bei Task Force Tips nicht bloß, sie leisten auch einen unmittelbaren Beitrag zur Qualitätskontrolle – ein großer Mehrwert bei der Fertigung des Feuerwehrequipments, das in puncto Produktqualität keinen Raum für Fehler lässt. So registriert beispielsweise die Krafterkennung des UR5, wenn er ein unbearbeitetes Werkstück in die Zerspanungsmaschine legt, ob das Teil Unregelmäßigkeiten aufweist, nachdem Sägeschnitt entgratet wurde oder ob Späne in den Spannbacken hängen. „Schon beim Anfahren des Wegpunkts, der für die Ablage des Werkstücks vorgesehen ist, erkennt der Roboter, wenn etwas nicht stimmt oder ein Hindernis im Weg ist, das die einwirkende Kraft am Ende des Arms 50 Newton übersteigen lässt. Diese Grenze habe ich so festgelegt“, erklärt Adam Hessling, ein Automatisierungsexperte bei Task Force Tips. Er hat den Roboter dahingehend programmiert, dass er in diesem Fall mit einem Luftgebläse die hinderlichen Reste entfernt. In einem solchen Fall führt der Roboter das Werkstück mehrere Male durch das Gebläse. Sollte er immer noch nicht in der Lage sein, das Teil abzulegen, veranlasst er die CNC-Maschine, einen sogenannten Backenreinigungsvorgang auszuführen. Dieser setzt das Hochdruck-Kühlungssystem der Maschine ein, um mögliche Reste von den Spannbacken des Schlauchventils zu entfernen. Sollte das Werkstück nach der Kühlmittel-Wäsche weiterhin nicht geladen werden können, erscheint ein Fenster auf dem Touchscreen des Roboters. Dieses fordert den Maschinenbediener dazu auf, jegliche verbliebenen Reste von den Spannbacken zu entfernen und auf „Weiter“ zu drücken. Wenn das Problem weiterhin auftritt, erscheint ein anderes Fenster, das einen kompletten Maschinenstopp veranlasst. Der Bediener kann nun das Problem diagnostizieren, lösen und die Produktion neu starten.

Adam Hessling, Automatisierungsexperte bei Task Force Tips: „Mir gefällt, dass man innerhalb weniger Minuten nach der Erst-Inbetriebnahme ein Basis-Programm erstellen kann.“

„Ich schätze, dass der Roboter die Fehlermeldung ‚Laden fehlgeschlagen‘ drei oder vier Mal pro Stunde selbst löst. Das hat uns deutlich dabei geholfen, Stillstandzeiten zu vermeiden. Der Maschinenbediener muss nur noch ungefähr einmal pro Schicht einschreiten, manchmal gar nicht mehr. Das ist kein Fehler von Seiten des Roboters, sondern der Beschaffenheit des Aluminiums geschuldet, das wir bearbeiten, und der Art von Spänen, die dabei entstehen“, erklärt Hessling.

Die Freisetzung von Personal, das vor der Anschaffung der kollaborierenden UR-Roboter an die Maschinenbedienung gebunden war, hat bei Task Force Tips deutlich dazu beigetragen, die Produktqualität zu steigern. Geschäftsführer McMillan: „Wenn man den Menschen freie Hand dabei gewährt, die monotonen Aufgaben innerhalb ihres Tagesgeschäfts zu reduzieren, dann finden sie auch Mittel und Wege. Bei Besichtigungen habe ich unseren mobilen Roboter schon an ganz unterschiedlichen Stellen in der Werkstatt gesehen, die mich jedes Mal aufs Neue überrascht haben. Ich kann keine Grenzen erkennen, die eine Verwendung der Roboter einschränken würden.“

Zukünftige Anwendungen: Entgraten, Laser und Verpackung

Die nächste UR-Roboter-Anwendung bei Task Force Tips wird wahrscheinlich bei einer Entgratungsstation innerhalb der Fräszelle stattfinden. Cory Mack und sein Team testen eifrig die vielen möglichen Anwendungen: „Derzeit muss ein Mitarbeiter ein Werkstück immer und immer wieder per Hand mit Schleifvlies bearbeiten oder entgraten. Das nimmt Zeit in Anspruch, die er auch für etwas anderes verwenden könnte. Deshalb testen wir Konzepte, wie wir die Roboter zur Entgratung verwenden können. Außerdem befassen wir uns mit der Verpackung und dem Versand von Teilen, und wir überlegen, den Roboter an unserer Laser-Maschine einzusetzen. Mit dem Preis eines Roboterarms von Universal Robots im Hinterkopf und wenn man weiß, dass man einen schnellen ROI daraus generieren kann, dann investiert man gerne in diese Dinge.“ hs

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