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Wirtschaftlich mit Cobots produzieren

Bin Picking statt Akkuschrauber

Beim Bin Picking wird der Roboter mit einer Kamera dazu befähigt, Einzelteile aus einer Kiste herauszunehmen. Die Herausforderung dabei: Die Teile liegen ungeordnet darin. Bei Jenny | Waltle bewältigen zwei Cobots von Universal Robots diese Aufgabe, um eine CNC-Fräse zu bestücken.

Im Freilaufmodus greift Sebastian Schuler den Arm des Roboters und bringt ihm Aufgaben bei, indem er ihn physisch von Wegpunkt zu Wegpunkt führt. (Bild: Universal Robots (Germany) GmbH)

Im Freilaufmodus greift Sebastian Schuler den Arm des Roboters und bringt ihm Aufgaben bei, indem er ihn physisch von Wegpunkt zu Wegpunkt führt. (Bild: Universal Robots (Germany) GmbH)

Seit mehr als 35 Jahren produziert das österreichische Unternehmen Jenny | Waltle Aluminium-, Metall- und Kunststoffteile. Zu den Hauptabnehmern zählen Hersteller von Sonnenschutz, Fassaden und Zäunen sowie Sportausrüster. Dabei setzt das Unternehmen auf eine schlanke Produktion: „Wir beschäftigen uns intensiv mit der Kaizen-Lehre und den Lean-Prinzipien“, erklärt Daniel Waltle, einer der zwei Geschäftsführer von Jenny | Waltle. „Arbeitswege halten wir kurz und die Arbeitsplätze statten wir je nach Aufgabe maßgeschneidert mit Werkzeugen aus.“ Lean Production-Ansätze reichen reichen bei Jenny | Waltle bis ins Jahr 2005 zurück. „Wir standen damals vor der Entscheidung, entweder weiterhin in Slowenien zu produzieren oder unsere Fertigung nach Österreich zu holen – und damit näher an unseren Kunden zu sein,“ berichtet Waltle. Das Unternehmen entschied sich für Vorarlberg als Standort und macht es sich fortan zur Aufgabe, die Abläufe im neuen Werk so verschwendungsarm wie möglich zu gestalten. Wachstum zu generieren, ist für den Betrieb zunehmend herausfordernd. „In der Region herrscht Vollbeschäftigung. Qualifiziertes Fachpersonal zu finden, ist extrem schwierig für uns“, erzählt Waltle. „Um trotzdem weiter wachsen zu können, müssen wir automatisieren.“ So kam es, dass der Aluminiumbearbeiter im Jahr 2010 erstmals auf Robotik in der Maschinenbestückung setzte.

Mehr Flexibilität gewünscht

Dabei wurde den Verantwortlichen schnell klar, dass neben den eingesetzten Industrierobotern auch Bedarf für eine flexiblere Lösung bestand. „Sobald es um kleine Losgrößen geht, ist die einfache Bedienung das, was wirklich zählt. Nur so können wir ein System bei neuen Aufträgen schnell umrüsten. Die Performance ist zweitrangig“, erklärt Sebastian Schuler – der 26-Jährige ist Konstrukteur bei Jenny | Waltle. Im CNC-Maschinenpark fertigt der Zulieferer Losgrößen zwischen 500 und 5000 Stück. „Auf der Automatica 2016 wurden wir auf Universal Robots (UR) aufmerksam. Die intuitive Benutzerführung und große Flexibilität der Technologie überzeugten uns sofort“, berichtet Waltle.

Mit Kamera verknüpft

Seit über einem Jahr bestücken zwei kollaborierende Roboter (Cobots) von Universal Robots in unmittelbarer Nähe zu ihren menschlichen Kollegen eine CNC-Fräse im Unternehmen. Bis zu 2.400 Aluminiumteile handeln sie täglich im 2-Schicht-Betrieb. Dabei setzt der Mittelständler auf Bin Picking. „Die größte Herausforderung war es, dem UR5 beizubringen, unsortierte Teile aus einer Kiste zu nehmen. Dafür haben wir ihn mit einem 3D-Kamerasystem verknüpft“, sagt Schuler. Die externe Kamera scannt zunächst die vorgesägten Aluminiumteile und generiert daraus einen 3D-Datensatz – die sogenannte Punktwolke. So erkennt der erste Cobot die komplexen Oberflächenstrukturen sowie die genaue Anordnung der Objekte. Ausgestattet mit einem Vakuumgreifer entnimmt er anschließend Teil für Teil aus dem Behälter. Eine zusätzliche Achse am Werkzeugflansch ermöglicht dem Cobot eine kollisionsfreie und exakte Werkstückaufnahme. Für die Präzision im Griff richtet er das Teil anschließend in einer Zwischenablage aus. Hat der Cobot ein Objekt verkehrt herum aufgenommen, wirft er es zurück in die Kiste und probiert es nach einem Scan erneut. Sitzt das Teil korrekt, legt der UR5 es in eine weitere Ablage. Dann übernimmt der zweite Cobot, der die Komponenten im hydraulischen Spanner der CNC-Fräse platziert. Nach der Bearbeitung durch die Maschine greift er die Teile und legt sie in eine finale Ablage, von welcher der erste Cobot sie in eine leere Kiste wirft. Die Zykluszeiten liegen zwischen 30 und 40 Sekunden.

Das 3D-Kamerasystem befähigt den Cobot zum Sehen. So weiß er, wie er die Teile aus der Kiste entnehmen muss. (Bild: Universal Robots (Germany) GmbH)

Das 3D-Kamerasystem befähigt den Cobot zum Sehen. So weiß er, wie er die Teile aus der Kiste entnehmen muss. (Bild: Universal Robots (Germany) GmbH)

Umgerüstet in nur einer Stunde

Anfangs unterstützte der UR-Partner STB Steuerungstechnik Beck den Aluminiumbearbeiter bei der Entwicklung der Applikation. Er richtete die grundlegenden Schnittstellen zwischen dem Roboterarm und der Kamera sowie zwischen den beiden Cobots ein. Seither erfolgt die Programmierung neuer Aufträge sowie die Optimierung neuer Greifer Spanner und Ablagen in house. „Ich habe noch nie eine Roboterschulung gemacht. Das braucht es ja auch gar nicht. Die Cobots sind so einfach zu bedienen. Ihre Programmierung habe ich mir selbst beigebracht“, sagt Schuler und Waltle ergänzt: „Besonders stolz sind wir auch auf die kurzen Umrüstzeiten der Anlage. Wir benötigen maximal eine Stunde, bis die UR-Cobots bereit sind, die CNC-Maschine mit neuen Teilen zu bestücken.“ Der Betrieb hat den Arbeitsplatz der Roboterkollegen modular gestaltet. Programme für zwölf verschiedene Aluminiumteile sind auf den Cobots gespeichert und schnell abrufbar. Die Ablagen und Spannvorrichtungen lassen sich austauschen. „Mit Universal Robots können wir selbst kleine Losgrößen absolut wirtschaftlich realisieren“, sagt Waltle.

Andere Aufgaben

Vor den Cobots wurden die Maschinen händisch bestückt. „Für unsere Mitarbeiter war das extrem fordernd und ermüdend. Sie mussten mit einem Akkuschrauber jedes Teil einzeln einspannen und sicherstellen, dass alles richtig sitzt. Dabei hat die CNC-Fräse ihnen den Takt vorgegeben“, erinnert sich der Geschäftsführer. Heute entlasten die Cobots die Mitarbeiter zugunsten höherwertiger Aufgaben – sie richten die Anlage für neue Aufträge ein oder widmen sich der Endabnahme. „Die Qualitätssteigerung durch die Cobots von Universal Robots ist unglaublich. Seit wir sie im Einsatz haben, hatten wir kein schlechtes Teil mehr“, sagt Waltle. Neben einer Null-Fehler-Produktion konnte der Zulieferer seinen Output im Anwendungsbereich innerhalb von zwölf Monaten um elf Prozent steigern.

Ein dritter Roboter

„Unsere Wettbewerbsposition stärken wir mit den Cobots nachhaltig. Außerdem schaffen wir attraktive Anreize für potenzielle Fachkräfte in der Region. Gerade die jungen Leute identifizieren sich stark mit Technologien wie von UR“, sagt Waltle. Schon bald wird der Aluminiumfertiger einen dritten Roboterkollegen implementieren, um den Produktionsbetrieb weiter zu verbessern.


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