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Automatisierte Werkstückhandhabung durch 3D-Vision und intelligente Robotik

Produkte, die verwendet wurden:ControlC57B57

Herausforderung

Wappler Werkzeugmaschinen beschäftigt sich seit über 30 Jahren mit Werkzeugmaschinenhandel und Service. Mit steigenden Anforderungen an Automatisierung und Produktionssicherheit hat das Unternehmen sein Portfolio vor rund fünf Jahren erweitert. Heute entwickelt Wappler kundenspezifische Automatisierungslösungen, bei denen Maschine, Peripherie und Automatisierung zu einer vollständigen Produktionslösung integriert werden.

Viele produzierende Unternehmen stehen vor der gleichen Herausforderung: Werkstücke müssen regelmäßig manuell in Maschinen eingelegt werden. Diese Prozesse sind zeitintensiv, fehleranfällig, binden Personalkapazitäten und begrenzen die mögliche Maschinenlaufzeit. Im vorliegenden Projekt mussten Werkstücke etwa alle 1,5 Minuten manuell in eine Maschine eingelegt werden. Je nach Bauteilgröße bedeutete dies, dass pro Schicht mehrere Tonnen Material bewegt werden mussten. Neben dem hohen Personalaufwand stellte dies auch eine ergonomische Herausforderung dar und erschwerte gleichzeitig eine stabile, kontinuierliche Produktion.

Lösung

Die Lösungsidee bestand in der Entwicklung einer automatisierten Bin-Picking-Zelle, die Teile prozessstabil erkennt, greift und der Maschine zu- und abführt.

Umsetzung:
Der Prozess begann bereits im Hafen von Hamburg. Dort übernahm Wappler die Maschine und transportierte sie in den eigenen Showroom. In diesem werden Anlagen nicht nur ausgestellt, sondern vollständig aufgebaut, getestet und als Automatisierungslösung vorbereitet.

Im Wappler Showroom entstand für dieses Projekt also eine komplette Automatisierungszelle. In einer Pilotphase wurden erste Tests direkt beim Kunden vor Ort durchgeführt. Die Werkstückerkennung konnte so unter realen Produktionsbedingungen live demonstriert und gemeinsam optimiert werden.
 

Technologischer Ansatz:
Die Rohteile werden ungeordnet direkt vom Sägearbeitsplatz in Gitterboxen bereitgestellt. Daraus ergeben sich mehrere technische Anforderungen an die Automatisierungslösung:

  • Unsortierte Teile: Die Werkstücke liegen ungeordnet in der Gitterbox und müssen zuverlässig erkannt und lokalisiert werden.

  • Verschmutzte Oberflächen: An den Bauteilen haften Sägespäne, Staub und teilweise Öl, was die zuverlässige Werkstückerkennung zusätzlich erschwert.

  • Flexible Greiftechnik: Die Greiferlösung muss unterschiedliche Werkstückgeometrien sicher aufnehmen können.

Diese Randbedingungen erfordern eine robuste 3D-Erkennung sowie eine flexible Greifstrategie für einen stabilen Automationsprozess. Für die Umsetzung setzt Wappler daher auf ein Partnernetzwerk aus spezialisierten Technologieanbietern:

  • DN Solutions Puma 2100 LMS - Bearbeitung der Werkstücke

  • KUKA – Roboter der die Be- und Entladung der Maschine automatisiert

  • SCHUNK – flexible Greiflösung mit Magnetgreifer

  • Ensenso – industrielle 3D Stereo-Vision Kameras für zuverlässige Teileerkennung

  • Mikado – Software für kamerageführte Robotik

Zum Einsatz kommen unter anderem unsere Ensenso Kameramodelle C-57-6-M und B57-4-BL, die eine präzise 3D-Erfassung der Teile ermöglichen. Ergänzt wird das System durch eine zusätzliche Kamera, die den Griffcheck zur Überprüfung der erfolgreichen Werkstückaufnahme und ggf. Nachpositionierung bei der Ablage, abbildet.

Die Softwarebasis bildet unser Mikado Control, ergänzt durch die Wappler-eigene Steuerungssoftware. Bereits im Showroom werden Schnittstellen, Steuerungslogik, Taktzeiten und Sicherheitsanforderungen abgestimmt und unter realen Bedingungen getestet. Mikado Control übernimmt die präzise Teilelokalisierung mittels CAD-Matching sowie die kollisionsgeprüfte Entnahme der Werkstücke aus der Kiste. Da bei der Entnahme mit einem Magnetgreifer ein leichtes Verrutschen der Teile möglich ist, bietet Mikado  eine integrierte Nachpositionierung. Durch diese kann das Bauteil anschließend positionsgenau in die Spannvorrichtung der Anlage eingelegt werden. Mikado unterstützt alle verfügbaren Ensenso Kameramodelle, sodass für jede Anwendung die optimal abgestimmte Kombination aus 3D-Kamera und Robotersteuerung eingesetzt werden kann.

Kundennutzen

Das Ergebnis ist eine automatisierte Bin-Picking-Zelle, die Werkstücke zuverlässig erkennt, greift und der Maschine zuführt. Während zuvor etwa alle 1,5 Minuten ein manueller Eingriff erforderlich war, kann das System heute mehrere hundert Werkstücke autonom verarbeiten. Neben der deutlichen Zeitersparnis erhöht die Lösung auch die Prozesssicherheit. Die Ensenso 3D-Kamera liefert selbst auf anspruchsvollen Oberflächen hochwertige Punktwolken und ermöglicht so eine zuverlässige Werkstückerkennung. In Kombination mit Mikado Control werden Fehler in der Automatisierung reduziert und ein stabiler Produktionsprozess gewährleistet. Gleichzeitig werden die Maschinenbediener entlastet und können sich verstärkt anderen Aufgaben widmen.  Auch wirtschaftlich zeigt sich der Nutzen schnell:
Die Investition amortisiert sich bereits innerhalb eines Jahres

Neben der technischen Umsetzung spielte auch die enge Zusammenarbeit zwischen Wappler, Optonic und den Technologiepartnern eine entscheidende Rolle für den Projekterfolg. Wir danken allen Projektbeteiligten herzlich für die sehr gute Zusammenarbeit.

Ausblick

Ein besonderer Vorteil der entwickelten Lösung liegt in ihrer Flexibilität. Die Bin-Picking-Zelle lässt sich nicht nur zur Maschinenbeschickung einsetzen, sondern eignet sich auch für eine Vielzahl weiterer Anwendungen – etwa für Pressen, Montagearbeitsplätze oder für das Ordnen und Palettieren von Werkstücken. Wie bei vielen kamerabasierten Automatisierungslösungen kann sich das System bereits bei kleinen Stückzahlen wirtschaftlich rechnen, da Rüstzeiten weitgehend entfallen. Gleichzeitig schafft die Lösung eine flexible und zukunftssichere Grundlage für weitere Automatisierungsschritte und ermöglicht es, Produktionsprozesse langfristig effizienter und stabiler zu gestalten.

Partnerschaftlich und professionell von A bis Z

"Die Zusammenarbeit mit Optonic war von der Konzeptfindung bis zur Inbetriebnahme partnerschaftlich und professionell. Gerade die Umsetzung hat uns wieder einmal überzeugt. Die Inbetriebnahme war sauber vorbereitet, sodass wir die Werkstücke schnell erkennen und greifen konnten und die Gitterboxen komplett ausgeräumt wurden. Wir freuen uns auf die nächsten gemeinsamen Projekte."
Sebastian Möbius, Projektmanager Automatisierungstechnik, Wappler Werkzeugmaschinen

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