Optimierung der Montage:Eine vergleichende Studie von vier Pick-and-Place-Techniken für Industrieroboter

20
Mai

Vergleich und Gegenüberstellung von vier Pick-and-Place-Techniken von Industrierobotern für die Montage

• Von:Brian McMorris
• 3D-Bin-Picking
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Simple Solutions Newsletter vom Mai 2024

In der heutigen Industrielandschaft spielt die Automatisierung eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung der Arbeitsnachfrage/-kosten und der Steigerung der Fertigungsproduktivität und -effizienz in den meisten Marktsektoren und Anwendungen. Unter den zahlreichen Automatisierungstechniken im Arsenal des Ingenieurs stechen Industrieroboter-Pick-and-Place-Operationen als entscheidende Technologien in Fertigungs- und Logistikprozessen hervor, die automatisiert werden können und so den Arbeitskräftebedarf senken. Bei diesen Vorgängen werden Objekte oder Teile von einem Ort zum anderen bewegt, was häufig Präzision und Geschwindigkeit erfordert. In diesem Vergleich befassen wir uns mit vier wichtigen Pick-and-Place-Techniken:flexible Zuführungen, 4D-Bin-Picking, Vibrationszuführungsschalen und Förderlinienverfolgung.

1. Flexible Feeder:

Flexible Zuführungen nutzen verschiedene Mechanismen wie pneumatische, Vibrations- oder Robotersysteme, um Teile einem Bildverarbeitungssystem für Roboter-Pick-and-Place-Vorgänge zuzuführen. Diese Feeder sind an unterschiedliche Formen und Größen von Bauteilen anpassbar und somit vielseitig in Fertigungsumgebungen mit unterschiedlichen Produktlinien einsetzbar. Einer der Hauptvorteile flexibler Zuführungen ist ihre Fähigkeit, unregelmäßig geformte Objekte und Teile mit komplexer Geometrie zu handhaben. Die Teile dürfen jedoch nicht größer als 1/3 der Breite der Zuführplatte sein, damit Platz für die Vereinzelung und Ortung durch maschinelles Sehen bleibt. Im Allgemeinen müssen die Teile in ihrer längsten Abmessung zwischen 1 mm und 100 mm groß sein und jeweils weniger als 1 kg (2,2 lbs) wiegen

Über die Größenbeschränkungen hinaus weisen flexible Feeder auch andere potenzielle Einschränkungen auf. Sie können im Vergleich zu anderen Techniken zur Teileaufnahme langsamer sein, insbesondere wenn es um komplizierte Teile geht, die eine präzise Ausrichtung erfordern. Darüber hinaus kann die anfängliche Einrichtung und Kalibrierung flexibler Zuführungen zeitaufwändig sein und möglicherweise qualifiziertes Personal mit Robotik- und Bildverarbeitungskenntnissen erfordern. Die Teile müssen steif sein und dürfen nicht weich oder gummiartig sein, da sie nicht auf die Vibrationen oder Schwingungen der Maschine reagieren, die zum Vereinzeln der Teile erforderlich sind.

Einer der Schlüssel zu einer erfolgreichen flexiblen Zuführanwendung ist die richtige Auswahl, Kalibrierung und Integration des Bildverarbeitungssystems, das ein zu entnehmendes Teil identifiziert, qualifiziert und lokalisiert und die Koordinaten und Drehung des Teils an die Robotersteuerung sendet. Dazu gehört die richtige Auswahl der Beleuchtung, Ober- oder Hintergrundbeleuchtung, Auswahl des Futterplattendesigns und Verlängerung der unbeaufsichtigten Laufzeit durch Optionen zur Massenfütterung. Anschließend muss der Roboter so programmiert werden, dass er sich zum Teil bewegt und es mit einem geeigneten Greifer aufnimmt. Nach der Auswahl wird das Teil zur weiteren Bearbeitung oder Montage in eine kundenspezifische Vorrichtung oder ein Nest gelegt. Der gesamte Vorgang ermöglicht das Aufnehmen, Ausrichten und Platzieren von 10 bis 30 Teilen pro Minute.

2. 4D Bin Picking:

Beim 4D-Bin-Picking werden fortschrittliche Bildverarbeitungssysteme einschließlich künstlicher Intelligenz (KI) und integrierter Robotik eingesetzt, um Objekte in allen drei Dimensionen zu identifizieren und aus einem Behälter oder Behälter zu entnehmen:Breite (X), Länge (Y) und Höhe (Z) sowie Beleuchtungsintensität. Diese Technik ist äußerst effizient bei der Handhabung von Schüttgütern und zufälligen und überlappenden Teileausrichtungen selbst in tiefen Behältern. Durch den Einsatz von Vision-Sensoren und hochentwickelten Algorithmen können 4D-Bin-Picking-Systeme Objekte präzise lokalisieren und erfassen, selbst in unübersichtlichen Umgebungen mit stark schwankender Beleuchtung.

Eine der größten Herausforderungen beim 4D-Bin-Picking ist die rechnerische Komplexität, die mit der Verarbeitung großer Mengen visueller Daten in Echtzeit verbunden ist. Hier kommt die KI (umfassende Schulung der Teileausrichtung und Beleuchtungsmöglichkeiten) ins Spiel, zusammen mit fortschrittlichen mathematischen Verarbeitungschips im Anwendungsserver. Das Erreichen einer zuverlässigen Objekterkennung bei unterschiedlichen Lichtverhältnissen und die Generierung von Greifplanungsalgorithmen in Echtzeit erfordert erhebliche Rechenressourcen und Fachwissen. Bei 4D-Bin-Picking-Systemen liegen die Kosten eher in der High-End-GPU-Berechnung als in den Kameras.

4D-Bin-Picking ist eine hervorragende Technik für moderate Vorschubgeschwindigkeiten. Mit diesem Ansatz können häufig unregelmäßige oder größere Teile gelöst werden, bei denen ein flexibler Feeder weniger effektiv oder gar nicht möglich ist. Längere Teile können einander in klassischer „Pick-up-Sticks“-Manier überlappen, aber die Vision ist in der Lage, den besten Kandidaten zum Aufnehmen zu erkennen und den Roboter in die richtige Position zu bringen, um das Teil mit einer schnellen Geschwindigkeit von 10 bis 30 Teilen pro Minute aufzunehmen und zu platzieren.

3. Vibrationsförderer:

Vibrationszuführschalen nutzen Vibrationen in einer präzise gefertigten Schale mit einer Spur, der die Teile folgen, um sie auszurichten und einem Roboter für Bestückungsvorgänge zuzuführen. Diese Schalen eignen sich besonders gut für kleine bis mittelgroße Bauteile, die durch Vibrationskräfte leicht manipuliert werden können. Vibrationsfördertrommeln sind bekannt für ihren Hochgeschwindigkeitsbetrieb und ihre Zuverlässigkeit bei der Aufrechterhaltung der Teileausrichtung während des Zuführvorgangs. Fotosensoren und Luftstöße werden verwendet, um Teile zu erkennen, die nicht richtig laufen, und sie von der Spur zu „blasen“ oder sie auf andere Weise durch strategische Öffnungen in der Spur zu entfernen.

Trotz ihrer Effizienz weisen Vibrationsfördertrommeln Einschränkungen auf, insbesondere wenn es um empfindliche oder empfindliche Teile geht, die durch übermäßige Vibrationen beschädigt werden können. Darüber hinaus kann die Konstruktion und Anpassung von Zuführbehältern für unterschiedliche Teilegeometrien eine Herausforderung darstellen und möglicherweise spezielles technisches und handwerkliches Fachwissen erfordern. Bei häufigen Endproduktwechseln, bei denen unterschiedliche Teile für den Zusammenbau erforderlich sind, muss für diese Teile ein eigener Futterbehälter entworfen werden und alle Behälter müssen ausgetauscht und neu kalibriert werden. Dies ist ein kostspieliger und zeitaufwändiger Vorgang, weshalb sich Vibrationstrommeln am besten für hohe Produktionsraten für feste Endprodukte mit Mengen von Hunderttausenden oder Millionen Teilen pro Jahr eignen. Vibrationsschalen sind in der Lage, Teile mit einer Geschwindigkeit von 60 bis 200 Teilen pro Minute zur Kommissionierung zu platzieren, wobei die Kommissionierung normalerweise durch eine spezielle „harte Automatisierung“ erfolgt, da diese Geschwindigkeit die Fähigkeiten der meisten Roboterarme übersteigt.

4. Förderlinienverfolgung:

Bei der Förderlinienverfolgung wird die Bewegung eines Roboters mit einem sich bewegenden Förderband synchronisiert, um Objekte aufzunehmen und zu platzieren, während sie sich entlang der Produktionslinie bewegen. Diese Technik wird häufig in Produktionsumgebungen mit hohen Stückzahlen eingesetzt, in denen ein kontinuierlicher Betrieb und ein schneller Durchsatz unerlässlich sind. Durch die Verfolgung der Förderstrecke können sich Roboter, in der Regel „Delta“-Roboterkonstruktionen von Unternehmen wie Fanuc und ABB, genau positionieren, um Teile auszuwählen, sobald diese verfügbar sind.

Einer der Hauptvorteile der Förderlinienverfolgung ist ihre Skalierbarkeit und Effizienz bei der Handhabung großer Teilemengen mit minimalen Ausfallzeiten. Diese Technik ist bei Lebensmittelverpackungen wie Backwaren, verpackten Snacks oder verpackter Kleidung beliebt. Mit einem Delta-Roboter können Geschwindigkeiten von bis zu 120 pro Minute erreicht werden. Diese Technik eignet sich jedoch möglicherweise nicht für Anwendungen, die eine präzise Teileausrichtung erfordern oder mit unregelmäßig geformten Objekten arbeiten. Das typische 4-Achsen-Delta arbeitet nur in einer Ebene, hat keine große „Z“- oder Vertikalbewegung und eignet sich daher am besten für die Aufnahme flacher Objekte und deren Übergabe an eine Verpackungslinie. Es gibt jedoch Hybridmodelle mit einem 3-Achsen-Handgelenk und einem Greifer zusätzlich zum 4-Achsen-Delta, wie zum Beispiel den Fanuc M-1iA

Zusammenfassung

Jede Pick-and-Place-Technik von Industrierobotern bietet je nach den spezifischen Anforderungen der Anwendung unterschiedliche Vorteile und Einschränkungen. Flexible Feeder zeichnen sich durch Vielseitigkeit aus, können jedoch für bestimmte Aufgaben an Geschwindigkeit und Präzision mangeln. 4D-Griff in die Kiste ist ideal für den Umgang mit Schüttgütern, erfordert jedoch erhebliche Rechenressourcen. Vibrationsfördertrommeln ermöglichen einen Hochgeschwindigkeitsbetrieb, sind jedoch möglicherweise nicht für empfindliche Teile geeignet. Die Verfolgung der Förderlinie stellt einen kontinuierlichen Betrieb sicher, kann jedoch bei bestimmten Anwendungen an Präzision mangeln. Letztendlich müssen Hersteller ihre Anforderungen sorgfältig abwägen und die Pick-and-Place-Technik auswählen, die am besten zu ihren Produktionszielen und -beschränkungen passt.

Futura Automation bietet Komponenten oder Komplettlösungen in jeder Kategorie der Kommissionierung und Platzierung für Montageanwendungen. Futura Automation ist der US-Vertreter für flexible Zuführungen von Flexfactory und ein von Fanuc und Brooks Automation autorisierter Roboterhändler für komplette Systeme. Für Bildverarbeitungskomponenten von Cognex mit unserer proprietären Feedware CX-Software zur einfachen Integration stehen Fanuc IR Vision- oder Keyence-Bildverarbeitungssysteme zur Verfügung, die in bestehende Systeme integriert werden können.

Für das 4D-Bin-Picking arbeitet Futura mit Apera.ai zusammen, das über ein hochentwickeltes System mit schneller und fehlerfreier Bildverarbeitung und Roboterpfadverarbeitung verfügt. Vibromatic ist eine gute Quelle für Vibrationsförderer, wenn dies die geeignete Technik ist. Auch für Linienverfolgungsanwendungen kann Futura Automation mit Apera.AI, Cognex oder Keyence zusammenarbeiten, um das Vision-Problem zu lösen, und Fanuc für die Delta-Roboter. Wenden Sie sich mit Ihren schwierigsten Pick-and-Place-Problemen an Futura Automation und wir liefern Ihnen eine hervorragende Lösung. tech@futura-automation.com