Mit Pick and Place Roboter Prozesse automatisieren

Pick and Place. And perform. 

Nehmen und Geben ist per se ein gutes Konzept. Das allein ist aber nicht der Grund, warum sich Pick and Place Roboter und kollaborative Roboter, die so genannten Cobots, in der Industrie seit Jahrzehnten größter Beliebtheit erfreuen. Es sind vor allem die Werker und ihre Hand-, Ellenbogen- oder Schultergelenke, die von der Entlastung durch Pick-and-Place Roboter profitieren. Diesen Cobots und Robotern ist es egal, was man ihnen wann an den Greifer gibt: Sie picken am Ende eines langen Tages genauso präzise und schnell wie zu Schichtbeginn - unabhängig von Traglast oder Geschwindigkeit. Was aber macht diese Art der Robotik aus? Was unterscheidet Pick and Place Robotik von anderen Robotertechnologien?

Was bedeutet Pick-and-Place?

Hier ist der Name Programm! Beim Pick and Place oder auch Pick-and-Place bzw. Pick & Place geht es nur darum, ein Produkt innerhalb eines "Schema F" aufzunehmen und an einem anderen Ort wieder abzulegen. Das sind z. B. Anwendungen, bei denen ein Bauteil aus einer Kiste voller anderer Teile genommen wird, um es dann einzeln auf einem Band abzulegen. Ob es sich bei der "Kiste" um die klassischen Kleinladungsträger, Lochbretter, Formtrays, Gitterboxen, Kartons bzw. Kartonagen oder Förderbänder und andere Zufuhrtechnologien handelt, ist irrelevant: Ein Pick and Place Roboter bzw. Cobot wird alle Bewegungen schnell und sicher ausführen, das Produkt verlässlich aufnehmen, es zum Zielort bewegen, den Platz auswählen und das Bauteil dort präzise, sprich geordnet, ablegen. 

Pick and Place Roboter: die wichtigsten Einsatzgebiete

Die industrielle Fertigung ist so vielfältig wie die Roboter-Landschaft und die Einsatzgebiete von (kollaborativen) Robotern: Beginnend bei der Automotiv-Branche mit den Tier-Ebenen, über die Elektronikindustrie, die Medizintechnik, die Luft- und Raumfahrtindustrie bis hin zur Verpackungsindustrie und vielen weiteren. Wer also braucht Pick-and-Place Roboter? Welche Industrien profitieren am meisten vom Einsatz dieser technisch sehr variantenreichen Roboter? 

Diese Beispiele im Video veranschaulichen, wie vielschichtig die Szenarien sind, in denen Pick and Place Roboter etwa für das Materialhandling bzw. den Materialumschlag zum Einsatz kommen - branchenübergreifend:

Was alle miteinander verbindet: (Repetitive) Aufgabenstellungen, die jetzt durch einen Pick and Place Roboter übernommen werden.

• Wiederkehrende Greifen-Ablegen Tätigkeiten
• Verbinden von Auslauf / Ausgabe/ Band einer Maschine bzw. Anlage mit Zufuhr/ Eingabe/ Band einer Folgemaschine bzw. Anlage
• Sortieren in Gut-/Schlechtteile
• Sortenreines Ablegen von Teilen

Wie arbeitet ein Pick-and-Place-Roboter?

Distanzen, Radien, Kräfte, Bauteilgeometrien: Das sind nur einige von vielen Parametern, die einem Roboter kommuniziert werden müssen, um ein Bauteil via Pick and Place mit hoher Performance und sicher und genau von A nach B zu bekommen.  

Das Grundkonzept jeder Pick-and-Place Anwendung basiert auf folgenden Bausteinen:  

• Optisches System: Je nach Applikation wird ein Bauteil wahlweise blind oder kameragestüzt gegriffen.
  • Das blinde Aufnehmen eines Bauteils basiert auf einer erforderlichen (vorher definierten) Position. Diese Vorgehensweise ist kostengünstiger und je nach Bauteil sehr robust. 
  • Erfordert ein Prozess vor dem Greifen die Erkennung des Bauteils, weil es z.B. nicht immer an exakt derselben Position liegt, bedarf es Kameratechnik. Der Einsatz dieser Technologien ist etwas kostenintensiver, aber flexibler.
  • Das Bin-Picking - das Entnehmen eines Teils aus einer Kiste - stützt sich ebenfalls auf Kameratechnologie. Dies ist wegen der Komplexität die kostenintensivste Umsetzung. 
• Greifsystem: In Schritt 1 nimmt der Roboter (nach evtl. Kameraerkennung) das Bauteil auf. In Schritt 2 legt der Greifer das Produkt bzw. Bauteil in das Zielobjekt (Karton, KLT) oder auf ein Band auf. Technische Grundlage für das Aufnehmen ist ein Greifer. Diese finden Sie auch im Shop.
  • Variante 1: Ein Vakuumhandhabungssystem, was das Bauteil mittels Vakuum ansaugt bzw. "abbläst". Das ist kostengünstig.
  • Variante 2: Ein mechanischer Greifer. Diese Variante greift etwas präziser.
• Kontrollsystem und Programmierung: Keine Roboterbewegung ohne entsprechenden Befehl für den Antrieb. Diese Befehle kommen im Normalfall vom Controller. Er beinhaltet alle Parameter zur Bewegung von Armen und Achsen, enthält Leistungselektronik und auch verschiedene Kommunikations- oder/und Prozessschnittstellen. Die Programmierung eines solchen Controllers ist (traditionell) Code-basiert, inzwischen aber auch als No-Code Lösung verfügbar. Ersterer Ansatz erfordert die Fachkenntnisse eines Maschinenprogrammierers. Die No-Code Variante, wie sie von XITO genutzt wird, ist für jedermann unmittelbar anwendbar. Es bedarf lediglich des XITO Controllers (kostenlos bereitgestelltes herstellerunabhängiges Edge-Device), um einer Pick and Place Anwendung "Leben einzuhauchen". Durch die Einfachheit lassen sich alle Daten zur Bewegung der Roboterarme und Achsen, die abzufahrenden Strecken oder das Timing fürs Aufnehmen bzw. Ablegen eines Bauteils unkompliziert festlegen und die Pick and Place Anwendung zügig in Betrieb nehmen. Das ist ganz einfach.

Die Wahl des Roboters: Was Sie beachten müssen.

1. Der Prozess: Welche Anforderungen gibt es? Welcher Bewegungsablauf soll automatisiert werden?
2. Die Umgebung: Wo wird der Roboter eingesetzt? Wie sieht der künftige Einsatzort des Roboters im (technischen) Detail aus?
3. Das Werkstück: Wie sieht das Bauteil aus? Welche Geometrie hat es? Wie ist es beschaffen?

Im folgenden Abschnitt lesen Sie alle wissenswerten Infos zur Prozessanforderung, Umgebungs-Anforderung und Werkstück-Anforderung.

Prozessanforderungen: Was braucht es zur Automatisierung des Bewegungsablaufs?

• Maschinensicherheit: Check aller Sicherheitsstandards und Vorschriften zum sicheren Betreiben eines Roboters
• Schnittstellenkonfiguration: Welche (übergeordneten) Systeme bzw. Prozesse müssen an die Pick-and-Place Anwendung angebunden werden?
• Greiferwerkzeug: Welches Handhabungswerkzeug eignet sich für das spezifische Bauteil und das Pick and Place? 
• Wegpunkte und Bewegungsarten: Das Erstellen eines individuellen Ablaufschemas erledigen Sie einfach über XITO. Hier definieren Sie auf einem intuitiven User-Interface, wo die Start-, Ziel- und Zwischenpunkte ihrer Pick-and-Place Anwendung sind und wie sich der Roboter an dieser Stelle verhalten soll. 
• Zykluszeit: Wie viele Pick-and-Place Iteration pro Minute sind notwendig, um Staus in der Zuführung (Band, KLT, Lochbrett etc.) sicher zu vermeiden? 
• Interaktion und Synchronisierung mit Geräten aus der Peripherie: Wie gestaltet sich Gesamtprozess? Welche Abhängigkeiten ergeben sich daraus? Stoppt die Anlage nach Fertigstellung eines Pick-and-Place Zyklus? Starten neuer Zyklus und Anlage erst mit Ablegen des Bauteils aka Beendigung des vorhergehenden Zyklus?  Läuft die Anlage kontinuierlich? Wie wird die Pufferstrecke gestaltet, um bei Bedarf Teile zwischen den Zyklen aufstauen zu können?

Anforderungen an die Umgebung: Halle, Stellplatz, Medien.

• Welchen Platz haben Sie für die Automatisierung/ die Integration des Pick-and-Place? Die Antwort wirkt sich auf die Wahl des Roboters aus, für dessen sicheren Betrieb genügend Raum zur Verfügung stehen muss.
• Wo positionieren Sie den Roboter? Welche Reichweite muss er haben, um die Distanz zwischen Quelle und Ziel sicher und schnell überbrücken zu können?
• Wie ist die (natürliche) Ausleuchtung am Roboter-Stellplatz? Beeinflusst natürlicher Lichteinfall ggf. die Kameratechnik und damit die Prozessqualität oder die Qualitätskontrolle?

Werkstück: diese Anforderungen gibt es 

• Welche Form hat das Werkstück?
• Wie ist das Werkstück beschaffen? Kennen Sie alle Daten zu Form, Gewicht oder Steifigkeit?
• Sind die Teile beim Greifen stationär oder in Bewegung (z.B. auf Förderband)
• Hat das Bauteil spezifische Eigenschaften? Ist es weich, kratz- oder druckempfindlich?
• Sind die Positionen zur Aufnahme definiert? 
• Liegen die Teile flach oder stehen sie aufrecht? 
• Wie gestaltet sich die Aufnahme durch den Greifer (Vakuum oder mechanisch?)

Pick and Place: Mehr Möglichkeiten

Der Blick auf die Möglichkeiten und die immer einfacher werdende Integration von Robotern für Pick and Place Aufwendungen durch Tools wie XITO machen transparent, wie groß das Potenzial für kleine Unternehmen und KMU ist, vielfältige Abläufe in ihren Unternehmen z. B. über die Integration von Pick and Place zu automatisieren. Hier geht es direkt zu unseren Anwendungsbeispielen und Erfolgsgeschichten unserer Kunden.

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