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Automation für Visionäre

Monotone und repetitive Aufgaben in strukturierten Produktionsumgebungen werden heute bereits weltweit zu einem großen Teil automatisiert. Über diese Anwendungsbereiche hinaus kommt die industrielle Automation oft noch schnell an ihre Grenzen. Durch Unternehmen wie OptoForce ändert sich dies: Haptische Sensoren verleihen Industrierobotern einen feinen Tastsinn und erweitern so die Möglichkeiten erheblich, indem sie komplexe Präzisionsaufgaben automatisierbar machen.

 

Es ist kein Geheimnis: Die Automation ist auf dem Vormarsch. Ein großer Teil der Unternehmen hat den Wettbewerbsvorteil, der sich dadurch erzielen lässt, längst erkannt. Mit einer Dichte von 301 installierten Industrierobotern pro 10.000 Arbeitskräfte ist Deutschland das am viertstärksten automatisierte Land der Welt – nur übertroffen von Südkorea, Singapur und Japan. Vor allem kollaborierende Leichtbauroboter, die ohne Schutzumhausung direkt neben oder zusammen mit Menschen arbeiten, sogenannte Cobots, haben in den letzten Jahren einen gehörigen Beitrag zu dieser Quote geleistet.

 

Doch damit eine Aufgabe allein mit der herkömmlichen Kombination aus Roboterarm und Endeffektor automatisiert werden kann, muss sie eine ganze Reihe an Anforderungen erfüllen:

  • Es muss sich bei den Werkstücken um Objekte mit standardisierten Maßen handeln.
  • Diese Objekte sollten außerdem aus schwer verformbaren Materialien bestehen.
  • Weiterhin ist es notwendig, dass sich die Objekte immer exakt an den im Roboter vorprogrammierten Positionen befinden.

Die Folge: So werden heute in erster Linie monotone und repetitive Aufgaben, die geringe Ansprüche stellen, automatisiert.

Die Herausforderung: Aus Schema F ausbrechen

Übersteigt die Komplexität eines Prozesses dieses „Schema F“, geriet die Automation bisher schnell an ihre Grenzen – und steckt deswegen in großen Bereichen der Industrie auch heute noch in den Kinderschuhen. Unstrukturierte Produktionsumgebungen und empfindliche Materialien sind nämlich keineswegs ein Ausnahmefall. Solche Präzisionsaufgaben erfordern von einem Roboter Fingerspitzengefühl und die Anpassung der Wegpunkte in Echtzeit, um das gewünschte Resultat zu erzielen.  OptoForce, ein Hersteller von sechsachsigen Kraft-Momenten-Sensoren aus Budapest, hat sich genau diesem Problem angenommen mit dem Ziel, Leichtbaurobotern einen Tastsinn zu verleihen. Die haptischen Sensoren des jungen ungarischen Unternehmens bieten eine ganze Reihe neuer Anwendungsmöglichkeiten für die industrielle Robotik – und der Automation damit neue Perspektiven.

 

Wirft man dieser Tage einen Blick auf industrielle Produktionshallen, werden viele dieser Präzisionsaufgaben manuell abgefertigt:

  • Von menschlichen Händen, die vorsichtig mit empfindlichen Materialien umgehen.
  • Die in der Montage spüren, ob Teil A richtig mit Teil B verbunden wurde.
  • Die unstrukturiert in einem Behälter platzierte Werkstücke einfach per Handgriff entnehmen können.

Doch es wird immer schwieriger, menschliche Arbeitskräfte für solche Tätigkeiten zu finden – kaum jemand möchte diese monotonen Routineaufgaben übernehmen.

 

Konzerne reagieren auf diesen Umstand seit Jahren und Jahrzehnten mit der Verlegung von einfachen Produktionsschritten in Niedriglohnländer, während der Mittelstand hier oftmals eine teure und nur bedingt effiziente regionale Lösung finden muss. Haptische Kraft-Momenten-Sensoren bieten nun eine breitentaugliche Möglichkeit, neue Prozesse zu automatisieren und somit die Effizienz einer Produktion signifikant zu steigern.

 

Die menschlichen Arbeitskräfte werden so von monotonen und repetitiven Aufgaben freigesetzt und können sich den anspruchsvolleren Arbeitsschritten widmen.

 

Vielseitig anwendbar

  • Ob um die Automation von Präzisionsaufgaben wie Feinmontage, Oberflächenveredelung oder Verpackung zu ermöglichen,
  • als Monitoring-Tool zur Qualitätskontrolle oder Datenerhebung,
  • oder als „Katalysator“ für den Integrationsprozess, dank dem mitgelieferten Softwarepaket, das eine Vielzahl industrieller Standard-Applikationen enthält:

Kraft-Momenten-Sensoren lassen sich vielseitig einsetzen. Die haptischen Sensoren werden zwischengeschaltet zwischen Roboterarm und Endeffektor, eine robuste Schicht aus elastischem Kunststoff misst dann die wirkenden Kräfte entlang der XYZ-Achse. Die Sensoren messen rund 1.000 Prozessdaten pro Sekunde – und geben dem Roboter unmittelbar Rückmeldung, ob und wie er seinen Kurs zum gewünschten Ziel anpassen muss. Die Hardware ist derzeit kompatibel mit Industrierobotern von KUKA, ABB und Universal Robots.

 

Vorteile gegenüber Bildverarbeitung

Dieser Datenfluss bietet mehrfache Vorteile gegenüber Kameras und anderen Bildverarbeitungssystemen, denn diese fangen „Stillleben“ ein und Handeln auf Basis dieses starren Inputs. Die Lieferung bzw. Auswertung von und Reaktion auf Prozessdaten in Echtzeit ist nur in wenigen Fällen möglich – und mit erheblichem Aufwand verbunden. In unstrukturierten Produktionsprozessen – im Sinne von Werkstücken, die sich nicht immer exakt am selben definierten Ort befinden – bieten haptische Sensoren somit einen signifikanten Vorteil. Auch bei vielen strukturierten Prozessen schlägt die „Hand“ das „Auge“ – beispielsweise bei der Feinmontage von Bolzen in eine vorgesehene Öffnung ohne Spielraum oder im Umgang mit glänzenden Oberflächen. In solchen Anwendungen lässt sich die Fehleranfälligkeit von Robotersystemen durch die Implementierung der Sensoren erheblich reduzieren.

 

Schnelles Einrichten dank mitgelieferter Software

Ein wesentliches Alleinstellungsmerkmal von OptoForce ist das Angebot eines integrierten Komplettpakets: Die Sensoren sind dank mitgelieferten Software-Applikationen innerhalb von weniger als 15 Minuten einsatzbereit.

 

Das mitgelieferte Software-Paket beinhaltet eine Vielzahl industrieller Standard-Applikationen wie u.a. Palettierung, Polieren, Stapeln oder Handführung , und wird stetig um neue Anwendungen erweitert. Dank der intuitiven Integration in die Bedienoberfläche des Roboterarms, können auch ungeschulte Mitarbeiter ohne Programmierkenntnisse die entsprechenden Applikationen in kurzer Zeit umsetzen.

 

Automationsperspektiven

Die Kraft-Momenten-Sensoren sind mit einem Gewicht von gerade mal 260 Gramm zwar ein echtes Leichtgewicht, versprechen aber einen schweren Einfluss auf die industrielle Fertigung im deutschen Sprachraum.

 

Dank der neuen Perspektiven, die sie hinsichtlich Prozessautomation bieten sowie die Menge präziser Daten, die sie in eine Smart Factory einspeisen, haben Kraft-Momenten-Sensoren das Potential, ein echter Game Changer in der industriellen Robotik zu werden – der von der Prozessgestaltung, über Personalentwicklung bis hin zur Planungssicherheit eine ganze Dominoreihe an Veränderungen umstoßen kann.

 

In der Evolution der Leichtbauroboter mit schneller wirtschaftlicher und langfristig strategischer Auswirkung auf fertigende Unternehmen stellt der Tastsinn die Basis für den logischen nächsten Schritt dar.