Weniger als zehn Sekunden Zykluszeit pro Kleinladungsträger (KLT) benötigen die -robotergeführten Depalettieranlagen von Polyplan beim Abstapeln dieser genormten Mehrwegbehälter von einer Palette. Dabei beherrschen die schlüsselfertig integrier-baren Anlagen neben einer hohen KLT-Typenvielfalt auf einer Palette auch vielfältige Herausforderungen.
Variables Kisten-Picking im Sekundentakt
Weltweit hat der zur Pepperl+Fuchs-Gruppe gehörende Anlagenbauer Polyplan aus Straß-lach bei München etwa 20 solcher Anlagen realisiert – noch überwiegend in der Automobilindustrie. Nicht zuletzt aufgrund des Fachkräftemangels erwacht das Interesse an automatisierten KLT-Depalettieranlagen des Unternehmens aber zunehmend auch in der Intralogistik von Industrieunternehmen oder von Distributions- und Verteilzentren. Auch hier sollen mehrlagig mit KLT beladene Paletten im Wareneingang oder in der Warenverteilung künftig nicht mehr manuell, -sondern robotergeführt entladen werden. Die Depalettieranlagen von Polyplan können hierfür hinsichtlich Robotik, Greiftechnik, Sensorik, Steuerungstechnik, Programmierung, fördertechnischer Anbindung sowie OT- und IT-Integration gemäß Kundenvorgabe sehr individuell ausgelegt werden.
Einige Funktionen wie beispielsweise die Unterscheidung unterschiedlicher KLT-Typen erfolgt mit Unterstützung durch Machine Learning – ein Merkmal, das helfen wird, auch neue Herausforderungen an das automatische Depalettieren prozess- und zukunftssicher zu meistern. Die Flexibilität und Effizienz von Anlagen für das automatisierte Entstapeln von Paletten hängt in der Praxis erheblich davon ab, in welchem Umfang die Vielzahl möglicher Freiheitsgrade prozesstechnisch berücksichtigt und beherrscht werden kann. Der Praxisalltag hält dabei vielfältige Herausforderungen bereit:
Paletten können bis zu achtlagig oder einer Höhe von 1,4 m gestapelt sein, die Palette kann zur Ladungssicherung umreift sein, auf der obersten KLT-Lage kann sich ein Palettendeckel befinden, auf jeder Lage können sich unterschiedliche KLT-Typen befinden, das Stapelschema kann sich von Lage zu Lage unterscheiden, die Palette oder die Ladungsebene kann Ausrichtungs- oder Lagefehler aufweisen, es muss mit Störkonturen und Fremdobjekten, zum Beispiel verlorener Ladung, gerechnet werden, KLT können beschädigt, Greiflöcher an den Kisten können verdeckt sein. Die robotergeführten Depalettieranlagen von Polyplan meistern diese Herausforderungen prozesssicher und kosteneffizient.
Die Auslegung einer Anlage orientiert sich zunächst an den Vorgaben des Kunden. So können die Depalettierstationen aktuell je nach Präferenz beispielsweise mit Robotern der Hersteller Kuka, ABB oder Fanuc ausgerüstet werden. Für die OT-Integration der genannten Fabrikate per Profisafe in die Anlagen-SPS verfügt Polyplan über entsprechende Technologiepakete für die jeweiligen Robotersteuerungen. Die Auswahl und Auslegung des Roboters orientiert sich an den geplanten oder tatsächlichen räumlichen Gegebenheiten vor Ort sowie an der zu erwartenden Traglast. Bei einem maximalen KLT-Gewicht von 25 kg und einer Greifermasse von etwa 95 kg sieht Polyplan inklusive ‚Sicherheitsreserve' Roboter mit einer Traglast von 150 kg bis 210 kg vor. Um die vielfältigen KLT-Typen flexibel und sicher aufnehmen zu -können, rüstet Polyplan den Depalletierroboter mit -einem speziellen Multifunktionsgreifer mit servo-motorischer Aufnahmemechanik aus, die je nach -Kistentyp und Orientierung automatisch verfährt und sich der Position der Greiflöcher des betreffenden KLT anpasst. Zwei robotergesteuerte Servomotoren treiben dabei die Linearverfahreinheiten des Greifers an, der Linearvorschub der Greiferachsen erfolgt über -Spindeltriebe.
Überwacht werden die Fahr- und Greifbewegung durch induktive Initiatoren, die das korrekte Greifen des KLT ebenso zuverlässig detektieren wie ein Übergreifen eines KLT, eine Kollision oder den Endanschlag der Spindeltriebe. In der Pofinet-IO-Box am Multifunk-tionsgreifer werden die Sensorsignale gesammelt und über einen Switch an die SPS übertragen. Über das sichere Greifen hinaus kann die Funktionalität des Roboters durch optionale Module, beispielsweise für das Handling von EPP-Behältern oder Kartonagen, für das Entfernen von Palettenumreifungen oder für die Entnahme von Palettendeckeln, zusätzlich erhöht werden.
Zu den wesentlichen Zielen beim Einsatz von Depalletierrobotern zum Entstapeln von KLTs gehören neben einem optimierten Personaleinsatz die Erhöhung des Durchsatzes. Letzteres steht in direktem Zusammenhang mit der Verkürzung von Taktzeiten. Dies erreicht Polyplan in seinen Anlagen mit einer messenden 3D-Visionlösung. Diese ermittelt zuverlässig das Stapelschema der jeweils obersten Palettenebene, identifiziert dabei die vorhanden Kistentypen und detektiert deren Orientierung. Diese Messwerte werden dann ihn Bahnkoordinaten für die Robotersichtführung umgerechnet.
Viele Automatisierungslösungen nutzen (noch) Bildverarbeitungskameras oder -sensoren, die direkt am Greifer montiert sind und die einzelnen erfassten Bildpunkte als Grauwerte darstellen. Neben Problemen bei der Erkennung von KLT, die beispielsweise durch Verschmutzung, Farbabweichungen, Glanzeffekte oder Beleuchtungsschwankungen oft ein unterschiedliches Erscheinungsbild aufweisen und so die Verfügbarkeit und Qualität der Grauwertverarbeitung beeinträchtigen können, schlägt sich dieser Ansatz negativ auf die Taktzeit der Anlage nieder. Denn zur Ermittlung des Typs der nächsten aufzunehmenden Kiste muss der Greifer jeweils an diese heranfahren. Auch wenn dies nur wenige Sekunden dauert, geht hier doch bei bis zu 80 KLT pro Palette in Summe wertvolle Taktzeit verloren. Im Gegensatz dazu nutzt Polyplan in seinen KLT-Depalettieranlagen eine distanzmessende 3D-Visionlösung der VMT Vision Machine Technic Bildverarbeitungssysteme GmbH – ebenfalls ein Unternehmen der Pepperl+Fuchs-Gruppe. Polyplan hat das Messsystem aber nicht in den Multifunktionsgreifer integriert, sondern in einer statischen Position oberhalb des Depalletierungsplatzes installiert. Dadurch ist es in der Lage, nach jedem Greifen ein aktualisiertes 3D-Bild des Stapelschemas der obersten Palettenlage sowie für jeden KLT dessen Kontur-, Höhen- und Positionswerte zu ermitteln. Darüber hinaus werden Lagefehler erkannt, die bis zu ± 20 ° um alle Rotationsachsen ausgeglichen werden können. Der Robotertakt – und damit die Geschwindigkeit der Depalettierung – wird nicht durch ein mehrfaches Heranfahren des Greifers und seiner Sensoren für Messzwecke beeinträchtigt – im Gegenteil: Mit einer Zykluszeit von weniger als zehn Sekunden pro KLT gehören die robotergeführten Depalettieranlagen von Polyplan zu den schnellsten Systemen ihrer Art am Markt. Und dies mit höchster Prozesssicherheit, denn die einzelnen Bildpunkte werden nicht als Grauwerte dargestellt, sondern als präzise 3D-Abstands- und -Positionswerte, die unabhängig vom optischen Erscheinungsbild der Oberfläche und mög-lichen Beleuchtungsschwankungen oder Fremdlichteinflüssen sind. Diese hochperformante Geometrie- und Positionsmessung liefert zuverlässige Bahn- und Greifdaten zur präzisen kollisionsfreien Führung des Roboters und Positionierung des Multifunktionsgreifers.
Mittlerweile hat Polyplan weltweit etwa zwanzig robotergeführte KLT-Depalettieranlagen realisiert – und dabei die Erfahrung gemacht, dass kaum eine Anlage der anderen gleicht. Daher können im hauseigenen und speziell ausgerüsteten Vision- und Robotic-Labor individuelle Aufgabenstellungen umfassend auf ihre Machbarkeit geprüft und Randbedingungen bei der Auslegung einer Depalettieranlage berücksichtigt werden. Die Bewegungen und Greifprozesse von Robotern können frühzeitig simuliert und optimiert werden. Anwendungen werden so sensorisch, kinematisch und handhabungstechnisch beherrschbar. Hinzu kommt, dass Kundenlösungen noch vor der Inbetriebnahme 1:1 aufgebaut und validiert werden können – was danach die Abnahme vor Ort vereinfacht und beschleunigt.
Die robotergeführten Depalettieranlagen von Polyplan bieten von der Projektphase bis in den Produktivbetrieb ein hohes Maß an Prozesssicherheit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit – zumal sie nahtlos auch in bestehende, automatisierte Fertigungslinien und Mate-rialflussstrecken sowie deren OT- und IT-Systeme integriert werden können. br n
Die Bewegungen und Greifprozesse von Robotern können frühzeitig simuliert und optimiert werden.
Graph: Martin Achter, CTO, Polyplan-GmbH Polyurethan-Maschinen, Straßlach.
Graph: Mit einer Zykluszeit von weniger als 10 Sekunden pro KLT gehören die robotergeführten Depalettieranlagen von -Polyplan zu den schnellsten Systemen ihrer Art am Markt. Bilder: Polyplan
Graph: Zwei robotergesteuerte Servomotoren treiben die Linearverfahreinheiten des Greifers an, der Linearvorschub erfolgt über Spindeltriebe.
Graph: Das 3D-Messsystem ermittelt die jeweilige Kistengröße – der Multifunktions-greifer passt sich dem betreffenden KLT an.
Graph: Im hauseigenen -Vision- und Robotic-Labor kann Polyplan individuelle Auf-gabenstellungen umfassend auf ihre Machbarkeit prüfen und die Randbedingungen bei der Auslegung einer Depalettieranlage berücksichtigen.
Graph: Zwei robotergesteuerte Servomotoren treiben die Linearverfahreinheiten des Greifers an, der Linearvorschub der Greiferachsen erfolgt über Spindeltriebe.