Precies als een Zwitserse klok

Sneller palletiseren met de deltarobot EXPT

De Zwitserse horloge-industrie beschermt de legendarische reputatie van haar polshorloges met het "Swiss Made" kwaliteitslabel. In termen van productietechnologie kan dit kwaliteitsniveau alleen worden bereikt met snelle en precieze automatiseringssystemen. Amax Automation AG heeft hiervoor een multifunctionele palletiseermachine geïmplementeerd - met robot- en handlingsystemen zoals de inbouwklare EXPT-deltarobot van Festo.

Volgens enquêtes zijn kritische consumenten uit de hele wereld bereid om tot 50% meer uit te geven aan een polshorloge als het het kwaliteitslabel "Swiss Made" draagt. Dit betekent echter ook dat volgens de wetgeving van het Zwitserse parlement meer dan 60 procent van de fabricagekosten van een hoogwaardig polshorloge in Zwitserland moet worden gemaakt.
Dit is een van de redenen waarom de Zwitserse horloge-industrie steeds meer productiestappen voor horloges en onderdelen in Zwitserland uitvoert. Bovendien worden toeleveringsbedrijven in lagelonenlanden steeds onaantrekkelijker omdat ook daar de loonkosten stijgen. Bovendien is de reproduceerbaarheid van veeleisende handmatig geproduceerde onderdelen daar vaak niet mogelijk. Ook bij de behandeling van de hoogwaardige stanscomponenten als stortgoed zijn kwaliteitsverliezen opgetreden. Dit leidde tot meer afkeuringen en hogere schoonmaakkosten.

Op de binnenlandse productielocatie profiteert de horloge-industrie van snellere en kortere transportwegen en een eenvoudigere productieregeling. De palletisserder van de speciale machinefabrikant Amax zorgt voor betrouwbare en precies gesorteerde hoogwaardige stanscomponenten voor verdere verwerking bij het galvaniseren, schilderen, tampondrukken en assembleren. De zeer exacte componenten zijn voor elk type horloge en merk verschillend en extreem dun, met een dikte van enkele tienden van een millimeter.

Bij het inleggen van de horlogeonderdelen is een maximale precisie vereist.

Inleggen van horlogeonderdelen

Een maximale nauwkeurigheid

De multifunctionele palletisserder is zeer flexibel en snel. Bij een cyclussnelheid van 120 onderdelen per minuut legt hij tot elf verschillende kleine onderdelen in zes verschillende rasterbakken of twee verschillende jedec-trays. Verdere onderdelen kunnen eenvoudig worden geteacht via het bedieningspaneel en de software. De daaropvolgende processen vereisen een maximale nauwkeurigheid bij het plaatsen van de onderdelen in de trays. De juiste zijde van de onderdelen in de tray moet altijd naar boven wijzen. Twee geïntegreerde camerasystemen en een speciaal ontwikkeld draaisysteem zorgen ervoor dat alleen correct geplaatste onderdelen worden geplaatst.

Nauwelijks te onderscheiden van de band

Daarna begint het eigenlijke palletiseerproces. De intelligente camera SBO..-Q detecteert de positie van de horlogeonderdelen op de transportband en meldt dit aan twee EXPT-deltarobots. Met behulp van een speciaal ontwikkelde vacuümgrijper grijpt de deltarobot de onderdelen van de band en plaatst hij deze, afhankelijk van de toepassing, in de rasterbakken of de jedec-trays. Maar het proces is niet zo eenvoudig als het klinkt: omdat de kleine onderdelen zo licht zijn, kan zelfs tocht hun positie op de band veranderen. Bovendien zijn ze zo dun dat de vacuümgrijper bijna geen onderscheid kan maken tussen onderdeel en band. Voor een betrouwbare productie is het daarom noodzakelijk dat het handlingsysteem een hoge precisie en constante nauwkeurigheid van de bewegingsafloop heeft om de positie van de onderdelen op de band niet te beïnvloeden en deze toch stevig te kunnen grijpen. "Daarom is het gebruik van de juiste robotica ook van cruciaal belang", legt Rolf Wirz, Managing Director bij Amax, uit.

Robots met deltakinematica

"Het was ons duidelijk dat alleen een robot met deltakinematica de nodige flexibiliteit en snelheid kon bereiken om de kleine onderdelen in het werkgebied te picken", vervolgt Wirz. "We hadden al lang een oogje op Festo's EXPT deltarobot, maar tot dan toe hadden we er geen geschikt project voor. De optimale kosten-batenverhouding en de jarenlange goede samenwerking met Festo Zwitserland waren de doorslaggevende factoren in onze beslissing", legt automatiseringsdeskundige Wirz uit.

"Op basis van zijn ervaring in de pneumatische automatiseringstechniek werd Festo al gevraagd om het vacuümgrijpsysteem te ontwikkelen", aldus Wirz. Dit vereist veel ervaring, want het is niet eenvoudig om op het juiste moment het juiste gedoseerde vacuüm op te bouwen voor de grijp- en uitwerpimpuls. "Het komt goed uit dat Festo in staat is om zowel de pneumatische als de elektrische automatiseringstechniek te realiseren en dat we in staat zijn om vanuit het grijpsysteem en de robot een zelfstandig ontwikkelingspakket te vormen. Van onze kant heeft dit ook geleid tot een reductie van de interfaces en de gerelateerde kosten", aldus Wirz, die de voordelen van de samenwerking met Festo beschrijft.

Deltarobot met vacuümgrijper

De deltarobot gebruikt een speciale vacuümgrijper om onderdelen van de band te pakken en deze optioneel in roosterbakken of jedec-trays te plaatsen.

Fine-tuning in het Festo Application Center

Maar voordat de tripod in de palletiseermachine in gebruik kon worden genomen, waren er veel tests nodig voor de validatie. "Daarom hebben we onze collega's in het Application Center van het hoofdkantoor in Duitsland om ondersteuning gevraagd", zegt Daniel Minger, Sales Engineer Industry Cluster Small Parts Handling and Electronics bij Festo Zwitserland. Omdat er twee deltarobots nodig waren om de 120 cycli per minuut te halen: de eerste tripod grijpt zoveel mogelijk onderdelen van de transportband, de tweede grijpt de rest. Een visiecamera van Festo met geïntegreerde PLC stuurt beide tripods aan. Aldus de theorie.

Maar de praktijk ziet er anders uit: Voor complexere taken zijn simulaties op het scherm vaak niet voldoende. Dan zijn de tests in Festo's Application Center nodig. Onder reële omstandigheden worden cyclustijden en herhaalnauwkeurigheid getest op handlingsystemen met werkstukken van de klant en worden de bewegingen vastgelegd met de high-speed-camera van Festo. Op deze wijze kunnen soft- en hardware precies op elkaar worden afgestemd.

In het geval van de Amax palletiseermachine was de plaatsingsprecisie in de trays bijzonder kritisch. Daarom waren de laboratoriumomstandigheden van het Application Center ideaal voor het analyseren van de plaatsingsnauwkeurigheid en de resulterende hersteltijden van de deltarobots, het ontwikkelen van de bijbehorende softwarelogaritmen en het optimaliseren ervan voor de vereiste cyclustijden.

Engineering-knowhow bespaart veel tijd

Festo leverde de twee deltarobots EXPT als een inbouwklaar compleet systeem met de CMXR-robotbesturing en de CMMP-AS-motorcontroller in de bijbehorende schakelkast. Ook werd het intelligente compacte camerasysteem SBOI...-Q toegevoegd, dat de onderdelen op de transportband optisch detecteert en de positiegegevens doorgeeft aan het robotbesturing. Andere inbouwklare handlingsystemen zorgen voor het verwisselen van de tray. De elektrische assen van het type ELGR duwen de bakken naar voren, pneumatische cilinders heffen ze en klemmen ze vast. De elektrische as EGC-HD, bekend om zijn stijfheid en precisie, beweegt een mechanische grijper horizontaal. De grijper tilt meerdere onderdelen tegelijk op, zwenkt 90° en plaatst ze in een rasterbak. De verticale beweging wordt uitgevoerd door de elektrische as EGC.

Festo leverde de inbouwklare systeemoplossing rechtstreeks aan de machine, volledig gemonteerd, getest en met een functionele garantie. "We hebben gebruik gemaakt van de technische knowhow van de automatiseringsspecialisten van Festo en hebben tijdens het hele proces veel tijd bespaard – vooral tijdens het testen en de inbedrijfstelling", aldus Rolf Wirz, die het uitgebreide serviceaanbod van Festo onderstreept.

Elektrische as EGC-HD

De elektrische as EGC-HD, bekend om zijn stijfheid en precisie, beweegt een mechanische grijper horizontaal. Deze tilt meerdere onderdelen tegelijk op, zwenkt 90° en plaatst ze in een rasterbak.

Nieuw terrein voor de deltatechnologie

"Met onze individuele automatiseringsoplossingen zoeken we vaak de grenzen op van wat technisch bekend en haalbaar is. Van onze partners verwachten wij een sterke vernieuwingsdrang en de bereidheid om samen met ons bijzondere uitdagingen of nieuwe toepassingsgebieden te ontwikkelen. In Festo hebben we zo'n partner gevonden", legt Wirz uit. "De EXPT-deltarobot is slechts één voorbeeld van de vele manieren waarop Festo erin slaagt om ons te voorzien van innovatieve producten die ons in staat stellen om onszelf op de markt te laten gelden", zegt de Managing Director van Amax.

Volgens Wirz breidt Festo's tripod dankzij de aantrekkelijke prijs/prestatieverhouding de deltatechnologie uit naar gebieden die voorheen voorbehouden waren aan Scara-robots. Het systeem benut de lage bewegende massa en verbeterde toegankelijkheid volledig, terwijl het tegelijkertijd een hoge systeemstijfheid en de bijbehorende herhaalnauwkeurigheid biedt.

Amax Automation AG

Kirchbergstrasse 211
3400 Burgdorf
Zwitserland

Activiteiten: montage- en productieautomation, gespecialiseerde machinebouw en cuphandling

Dit artikel verscheen in het klantenmagazine van Festo trends in automation 2.2014

  1. Foto's: Martin Jeker
Overzicht