Scara-Roboter

Andrea Gillhuber,

Vielseitige Scaras in der Ventil-Produktion

In einer Anlage für die Produktion von Ventilen setzt das italienische Unternehmen Camas auf Scara-Roboter von Epson. Sie sorgen in der Fertigung für die nötige Flexibilität und Produktivität.

An einem Rundtisch der Camas-Anlage arbeiten zwei Scaras an der Ausrichtung und Positionierung von Komponenten. © Epson

Seit der Erfindung der Scara-Roboter stehen sie in der Automatisierungsbranche für hohe Geschwindigkeit und sehr gute (relative) Wiederholgenauigkeit. Dazu kommt aufgrund ihrer vier Achsen ein einfacher, robuster Aufbau und ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. All dies begründet den Erfolg dieser Maschinen. Aber auch die besonders seit Beginn der 2000er-Jahre einsetzende starke Diversifizierung und Verringerung der Losgrößen zu produzierender Komponenten führte dazu, dass Auftraggeber höhere Anforderungen an die Flexibilität und Anpassungsfähigkeit ihrer Produktionsanlagen formulierten. So wuchs der Markt der Scaras in den Jahren zwischen 2011 und 2016 um durchschnittlich 12 Prozent pro Jahr [1] und macht heute schon einen wichtigen Teil des gesamten Robotermarktes aus – Tendenz weiter steigend.

Was Scaras leisten und wie Unternehmen mit diesen Maschinen für eine hohe Flexibilität ihrer Anlage sorgen, belegt eine Anlage des Unternehmens Camas aus Rovato (Lombardei, Italien). Das 1981 gegründete Unternehmen ist ein Spezialist für die Konzeptionierung und Konstruktion von Montage- und Prüfanlagen. In einer von ihm entwickelten, hoch modularen, flexiblen Montage- und Prüflinie für in Autotanks eingesetzte Sicherheitsventile sind insgesamt acht Epson-Scara-Roboter im Einsatz.

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Eine besondere Herausforderung an die Anlage seitens des Auftraggebers waren neben der kurzen Taktzeit (≤3,6 s pro zu produzierendes Ventil) auch die 15 möglichen Ventilvarianten, die wechselnd nur mit kurzfristigem Vorlauf in unterschiedlichen großen Losgrößen zu produzieren sind. Der Einsatz der Vierachser verleiht der Anlage ihre hohe Anpassungsfähigkeit an sich rasch ändernden Aufgaben. So spielen sie innerhalb der gesamten Produktionslinie bei anfallenden „Pick & Place“-Applikationen eine Schlüsselrolle. Durch die Roboter ist es möglich, verschiedenen Varianten der Komponente zu fabrizieren, ohne dass dafür zusätzliche Hardwarekomponenten benötigt werden oder bei der Ausführungsgeschwindigkeit Abstriche erforderlich sind.

Die Produktionslinie

Die Anlage setzt sich aus insgesamt fünf Stationen zusammen, bestehend aus vier Drehtischen sowie einem freilaufenden Palettenband, an denen die verschiedenen Untergruppen der Ventile konstruiert und schließlich assembliert werden. Als letzte Station steht eine Prüfstation, welche die fertigen Ventile auf bestimmte Parameter hin testet. Der Aufbau erfordert eine Reihe konstruktiver Maßnahmen, um vor allem den Wechsel zwischen unterschiedlichen Varianten einfacher und effizienter zu halten. So ist es möglich, dass eine Station mit der Konstruktion von Variante 1 beschäftigt ist, während an einer anderen Stelle Variante 2 läuft.

„Eine Linie von solcher Komplexität enthält bei der Konstruktion eine Vielzahl an Stolpersteinen“, erklärt ein Vertreter von Camas. „Schnelle und effiziente Handlingssysteme wie Scara-Roboter helfen uns sehr, auch in diesem anspruchsvollen Markt wettbewerbsfähig zu sein. Daher entschieden wir uns, alle Pick-&-Place-Prozesse dieser Anlage von Scaras erledigen zu lassen. Erstens ermöglichen sie uns im Gegensatz zu anderen Lösungen die parallele Bearbeitung von zwei Komponenten und zweitens vereinfachen sie den gesamten Programmier- und Abstimmungsprozess. Zudem wird dank ihres einfachen Aufbaus der Wartungsaufwand für die Anlage reduziert, ohne die Leistung und Geschwindigkeit zu beeinträchtigen. Denn wir durften nie vergessen, dass die Anlage in maximal 3,6 s ein Fertigteil produzieren muss.“

Die erste Stufe der Anlage beschäftigt sich mit der Komponente, welches die Öffnungs- und Schließphase des Ventils steuert. Dabei müssen verschiedene, sehr kleine Werkstücke schnell und präzise in der richtigen Orientierung aufgenommen und neu ausgerichtet gefügt werden. Die Wahl von Scara-Robotern für dieses Segment ermöglicht es, bei jedem Zyklus anstatt eines zwei Komponenten zu verarbeiten. Im nächsten Abschnitt dieser Sektion wird das vormontierte Teil schnell und präzise in der gewünschten Ausrichtung platziert. Mit den Scaras wird die Maschine kleiner, denn es wird kein auf die jeweilige Ventilvariante passender mechanischer Ausrichter benötigt. Zudem sind die Scaras zuverlässig schnell und präzise.

In den beiden nachfolgenden Stationen werden andere Untergruppen des Ventils montiert, aus denen sich schließlich das gesamte Bauteil zusammensetzt. Hier entnehmen und assemblieren zwei Scara-Roboter die entsprechenden Komponenten einem Vorrat.

„Eine zentrale SPS überwacht die gesamte Linie“, erklärt Camas. „Alle Produktionsdaten der Maschine, einschließlich der Charge jeder einzelnen Komponente, werden automatisch nachverfolgt, gespeichert und archiviert. Auf Wunsch stehen wir unseren Kunden bei Bedarf auch in Sachen IT zur Seite und unterstützen ihn bei der Verwaltung seiner anfallenden Produktionsdaten.“

In diesem Teil der Anlage geht es darum, sehr kleine Teile präzise zu greifen und zu orientieren. © Epson

Die Endphase der Produktionslinie weist eine Besonderheit im Zusammenhang mit Scara-Robotern auf. So soll es auf speziellen Anwenderwunsch hin eine Backup-Station geben, in der am Ende des Tages die Ausschussteile abgeholt, ausgewertet, eventuell sortiert und dann an die Maschine zurückgegeben werden, ohne das mit einer fehlerhaften Komponente versehene gesamte Ventil wegwerfen zu müssen. Dabei ist auf eine präzise Ausrichtung des Ventils auf der Rückförderung zu achten. Dank der Flexibilität der Anlage ist das möglich. Denn bei einem „Schlechttest“ eines Ventils wird dieses automatisch aus dem Montageprozess entnommen, ohne dass für jede Variante ein zusätzliches Greif- und Bewegungselement gebaut werden muss. Auch die andere Trajektorie bei ‚schlechten‘ Teilen ist schnell und einfach zu implementieren.

Camas weiter: „Unser System arbeitet nicht streng sequentiell, sondern entscheidet selbst je nach zur Verfügung stehender Kapazität. Die SPS identifiziert freie Stationen und optimiert den Arbeitsprozess entsprechend. Dadurch wird auch der Prüfzyklus komplexer, weil möglicherweise ein Ventil Typ 1 nach einem Ventil Typ 2 geprüft wird und anschließend wieder ein Ventil des Typs 1 ansteht. Besonders an dieser Stelle ist die Einfachheit, mit der Scaras Teile beinah beliebiger Komplexität ausrichten, enorm hilfreich.“

Optionsvielfalt ohne Überdimensionierung

Die Möglichkeit, aus einer Vielzahl von Roboteroptionen die optimale Lösung auszuwählen, war für den Erfolg dieser Linie mitentscheidend. So installierte Camas Epson-Scaras aus drei unterschiedlichen Serien. Die Entry-Level-Roboter der Epson T-Serie sind Geräte, die eine interne Steuerung besitzen und hauptsächlich für einfache Aufgaben konzipiert wurden. Der Hersteller bezeichnet sie als „Just enough“-Produkte, weil sie kostengünstig und einfach aufgebaut sind und vollständig einfacheren Anforderungen genügen.

Die etwas anspruchsvollere Epson-LS-Serie zeichnet sich durch eine höhere Geschwindigkeit aus und besitzen ein eingebautes Regelsystem zur Kontrolle der Fahrten. Die Epson QMEMS-Technologie, ein auf Piezo basierender Sensor, erkennt etwaige Vibrationen des Roboterarms und steuert entsprechend gegen. Die Folge ist eine besonders ruhige, exakte Fahrt, ohne dabei Geschwindigkeit einzubüßen. QMEMS eignet sich auch insbesondere dafür, bei einer schnellen Annäherung an einen Zielpunkt auftretende Overshooting zu vermeiden.

Die Epson G-Serie schließlich repräsentiert die Topmodelle der Epson-Scara-Serien. Bei diesen Robotern handelt es sich um die bei weitem leistungsstärksten Maschinen in Bezug auf Präzision und Geschwindigkeit. Zudem sind sie in einer Vielzahl unterschiedlicher Montagekonfigurationen verfügbar. Dazu kommen noch eine Reinraumversion sowie verschiedene IP-Klassen (IP54, IP65 und so weiter).

Nach Unterlagen von Epson / ag

Literatur:
[1] Technario Market Research.

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