Steigern Sie die Produktkapazität und -flexibilität durch Verschrauben mit Cobots

Erfahren Sie alle Einzelheiten in der erfolgreichen Fallstudie

Anforderungen des Kunden

Unser polnischer Kunde Despol TM, ein Anlagenintegrator, ist ein Anbieter von robotisierten Produktlösungen, insbesondere für kollaborative ROBOTER, und verwendet die Fiam-Technologie, wenn seine Maschinen Montagen mit Gewindeelementen ausführen müssen.

Der Anlagenintegrator hat sich an Fiam gewandt, um die Lösungen seines Endkunden zu entwickeln: einem der wichtigsten europäischen Hersteller von Fernsehgeräten mit einem Werk in der Nähe von Poznan in Polen, in dem über 500 Mitarbeiter beschäftigt sind.

Dank der Zusammenarbeit dieser 3 Partner ist eine gewinnbringende Synergie entstanden, die zu einem Auftrag über insgesamt 20 Einheiten über 2 Jahre führte.

Zusammenfassung der Anforderungen des Endkunden:

• Arbeitsplätze, an denen mittels (ferngesteuerte) Cobots automatische Verschraubungsvorgänge durchgeführt werden und die in Produktionslinien mit Förderbändern integriert sind

• Einführung von kollaborativen Robotern zur Ausführung von sich wiederholenden Tätigkeiten, die neben den und als Unterstützung der Bediener arbeiten. Dank Sensoren und 4.0-Technologien können sehr weitreichende Servicearbeiten durchgeführt werden, beispielsweise die Verbindung mit dem Lager zur automatischen Entnahme von Bauteilen oder ergänzende Arbeiten zur Verschraubung. Darüber hinaus ist der Einsatz der Cobots auch zunehmend notwendig, um die durch den anhaltenden Gesundheitsnotstand vorgegebenen Arbeitsabstände einzuhalten

• Schnelle Reaktion auf immer vielfältigere und wechselnde Produktionsabläufe.

Bei der Herstellung von Fernsehgeräten gibt es immer mehr Produkt-/Komponentenvarianten, die verarbeitet werden müssen. Daher führt die Komplexität bei der Verwaltung von Produktionschargen auch zur Programmierung verschiedener Produktionszyklen je nach unterschiedlichen Materialien und Schraubentypen, die in mehreren und diversifizierten Produktionsschichten verwendet werden sollen

• Kontrollen während des Prozesses, um die Produktionsqualität in Echtzeit zu überprüfen und die Häufung von Fehlern bis zum Ende des Prozesses zu vermeiden

• Kontrollen nach dem Prozess, um Daten zu sammeln, Prozesse zu überwachen und Qualitätskontrollen durchzuführen.

Welche Lösung bietet Fiam?

Automatisches Verschraubungsmodul MCA, das in den Cobot des Anlagenintegrators eingebaut werden kann. Hier sind 5 Gründe für diese Wahl:

1. Weil der Cobot schnell umprogrammiert und für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden kann: Eine perfekte Wahl, auch bei der Produktion kleiner Stückzahlen oder bei sich ändernden Arbeitsabläufen und schnellen Änderungen der Betriebsbedingungen

2. Da es sich um eine „intelligente Maschine“ handelt, die in bestehenden Produktionssystemen immer notwendiger wird. Eine Lösung, die den Menschen nicht ersetzen soll, sondern mit ihm zusammenarbeitet, um den Menschen die schwersten und gefährlichsten Arbeiten abzunehmen und ihnen zu ermöglichen, den tatsächlichen Mehrwert bei der Arbeit zu leisten

3. Weil der Bediener komplexe Tätigkeiten so durchführen kann und seine Fähigkeiten durch einen Mechanismus des „job enlargement“ erweitert werden, bei dem er die kritischeren Arbeiten durchführt, wodurch die tägliche Arbeit motivierender und mit qualifizierteren Aufgaben gestaltet wird

4. Weil die Lösung eine große Flexibilität für die Prozessautomatisierung bietet: Sie kann so programmiert werden, dass sie im reduzierten Modus arbeitet, wenn eine Person den Arbeitsbereich des Roboters betritt, und die volle Geschwindigkeit wieder aufnimmt, wenn sich die Person entfernt. Darüber hinaus kann sich das in dieser Lösung eingesetzte Förderband an die Gesamtzykluszeiten anpassen

5. Da das Verschraubungssystem, das im Cobot installiert ist, eine elektronische Verschraubungstechnik verwendet, die am besten geeignet ist, um die folgenden Anforderungen zu erfüllen: betriebliche Vielseitigkeit, Vernetzung, Programmierung und Kontrolle des Produktionsprozesses im und nach dem Prozess.

Entdecken Sie, wie das Verschraubungsmodul für Cobots von Fiam aufgebaut ist. Welche Vorteile bietet es?

1. AUTOMATISCHER SCHRAUBENZUFÜHRER

Der Schraubenzuführer ist mit einer integrierten SPS ausgestattet, die nicht nur den gesamten Verschraubungszyklus verwaltet und zeitlich steuert, sondern auch mit dem Cobot und dem Firmennetzwerk kommuniziert: Das verwendete Kommunikationsprotokoll ist Modbus TCP/IP, das über die Ethernet-Verbindung die Fernverwaltung aller Parameter des Schraubenzuführers und damit des Verschraubungszyklus ermöglicht.

Der Schraubenzuführer wird von Fiam kundenspezifisch an den Schraubentyp des Kunden angepasst. In diesem Fall eine Pozidriv-Schraube mit Gummi-Unterlegscheibe. Die Anpassung der Zuführung ist ein entscheidendes Kriterium, um eine zuverlässige und leistungsstarke automatische Lösung für die jeweilige Betriebssituation zu schaffen.

Vorteil: Die kontinuierliche und konstante automatische Zuführung der Schrauben direkt an die Verschraubungsstelle beschleunigt die Produktionsrate und stimmt sich mit der Geschwindigkeit des Cobots ab.

2. VERSCHRAUBUNGSVORRICHTUNG MIT AUTOMATISCHEM VORSCHUB

Die Verschraubungsvorrichtung ist am Arm des Cobots angebracht, ihre Klinge schiebt sich automatisch auf die Schraube und eine Rückwärtsbewegung der Klinge ist nicht möglich. Dieses exklusive und von Fiam patentierte System besitzt 3 grundlegende Vorteile:

- SICHERHEIT FÜR DEN EINSATZ AN COBOTS: Da 3 Arbeitsgänge (synchronisierter Hub für Schraubendurchgang, Zwischenhub für die Verbindung Schraube-Klinge, Endhub für die Verschraubung) komplett im Inneren der Vorrichtung und somit ohne bewegliche Teile erfolgen, erfüllt die Vorrichtung die geforderten Sicherheitsstandards perfekt

- KEINE BESCHÄDIGUNG DER BAUTEILE: Während der Verschraubungsphase liegt der Kopf der Vorrichtung nicht auf den Oberflächen auf, wodurch diese vor jeglichem Kontakt geschützt sind und somit keine Beschädigungen an empfindlichen Bauteilen wie z. B. den Elektronikplatinen von Fernsehgeräten entstehen können

- MECHANISCHE SCHRAUBENHALTERUNG UND TIEFES VERSCHRAUBEN: Der Kopf hält die Schraube mechanisch und nicht durch Ansaugen, wobei die letztere Technik mehrere Probleme mit Schraubenverlust in den Komponenten verursacht, vor allem bei schneller Handhabung des Cobots. Für diese Lösung wurde der Kopf an der Schraube und am Bauteil für das tiefe Verschrauben angepasst und mit der „Kippsicherung“ ausgestattet, die angesichts der Beschaffenheit der sehr kleinen Schrauben mit einem Verhältnis von Schraubenlänge/Kopfdurchmesser zwischen 1,1 und 1,5 ein Kippen der Schrauben im Kopf verhindert und so ein Verklemmen der Schrauben bei der Montage vermeidet.

Die richtige Positionierung der Vorrichtung an der Verschraubungsstelle erfolgt wie nachstehend beschrieben:

- Der Cobot ist mit einer Kamera ausgestattet, die die Elektronikplatine während des Transports fotografiert

- Basierend auf den Koordinaten des Fotos verarbeitet der Cobot die Positionierung der Elektronikplatine des Fernsehgeräts auf dem Förderband

- Die Transportgeschwindigkeit wird berechnet

- Die exakte Position der Verschraubungsstellen auf der Platine wird bestimmt

- Die Positionierung erfolgt gemäß den voreingestellten Verschraubungsprogrammen, die die Anzahl der Schrauben und die für diese Produktion eingestellten Parameter des Anzugsmoments vorsehen.

3. MOTORISIERUNG UND ELEKTRONISCHE STEUERUNG

Diese Technologie erfüllt auf effizienteste Art und Weise die gestellten Anforderungen der Verschraubung und vor allem die der Interaktion mit der Werksanlage. Der Motor ist bürstenlos und die Kontrolle der Verschraubungsparameter erfolgt durch integrierten Drehmomentwandler und Resolver, die eine hohe Auflösung bei der Messung der Drehmoment-/Winkelparameter gewährleisten. Zusammen mit der Steuereinheit bietet das System folgende Leistungen:

- Fernsteuerung des Cobots

- Schnittstelle mit der SPS der Linie und anderen Geräten über frei programmierbare E/A-Signale. Es wird eine Verbindung zum Förderband aufgebaut, wodurch die Werkstückverriegelungen aktiviert oder deaktiviert werden, in Abhängigkeit von den zu montierenden Bauteilen und den eingestellten Verschraubungsprogrammen

- Verwaltung der Anzahl der Verschraubungen pro Bauteiltyp, sowie der Parameter Drehmoment/Winkel, die für eine ordnungsgemäße Montage erforderlich sind

- 32 voreinstellbare und abrufbare „Aufgaben“ zur perfekten Kontrolle der Verschraubungssequenzen

- für jede Aufgabe sind 8 Programme verfügbar, in denen die 3 verschiedenen, verfügbaren Verschraubungsstrategien (Drehmomentsteuerung, Drehmomentsteuerung-Winkelüberwachung, Winkelüberwachung-Drehmomentsteuerung) und die anderen Parameter des Verschraubungszyklus (Rechts-/Linkslauf, minimales/maximales Drehmoment, minimaler/maximaler Winkel, Drehzahlreduzierung beim Verschrauben, Drehzahlbegrenzung) eingestellt werden können.

Welche Vorteile bietet der Einsatz dieser Technologie?

- Genaue Kontrolle von Verschraubungen und Abläufen

- Kontinuierliche Produktion dank der Zählung der Schrauben/Arbeitszyklen

- Erkennung von etwaigen Prozessanomalien, z.B. defekte Gewinde (durch den Parameter der Verschraubungszeit)

- SPEICHERUNG DER DATEN ZUR DURCHFÜHRUNG VON STATISTIKTÄTIGKEITEN, wodurch die Verschraubungsergebnisse und damit die Produktivität/Qualität der Prozesse in Kennzahlen zur Analyse und Überwachung umgesetzt werden. Eine grundsätzliche Antwort auf die Anforderungen an Digitalisierung und Nutzung der Daten aus Maschinen als Instrument zur Wertschöpfung durch die Optimierung und Verbesserung von Produktionsprozessen

- INTERKONNEKTIVITÄT: Über den Ethernet-Port kann das System durch die Protokolle Ethernet IP, ACOP und ToolsNet sowie mit BarCode, SPS und Druckern verbunden werden.