Flexibel gesteuert zum beweglichen Roboter und zur kompakten Maschinenzelle
In der Industrie werden auch schwierige Prozesse automatisiert, wie das Aufbringen von Klebebändern auf Teile mit unterschiedlichen Geometrien. Bei der robotergestützten Klebebandaufbringung sorgte die Zuführung des Klebebandmaterials jedoch häufig für Probleme. Mit RoboTape entwickelte Innovative Automation eine per Beckhoff Technik gesteuerte Plattform mit abgesetztem Zuführmodul, welche die Produktivität erhöht und die flexible Anpassung an unterschiedliche Anforderungen ermöglicht.
Die Welt der Klebstoffe erweitert sich ständig um Anwendungen mit speziellen Klebebändern, Schaumstoffen und anderen Produkten. Automatisierte Systeme für die Klebebandapplikation halten damit nicht Schritt und bieten wenig Flexibilität, sich den vielfältigen Anforderungen der Branche anzupassen. Für dieses Dilemma bietet RoboTape eine Lösung. Innovative Automation, ein kanadischer Sondermaschinenbauer und Systemintegrator mit Hauptsitz in Barrie, Ontario, entwickelte die Plattform und gliederte sie dann als neuen Geschäftsbereich aus. RoboTape kombiniert fortschrittliche Robotertechnik mit flexibler Steuerungstechnik und eignet sich für alle Anwendungen: von B2B mit dem Schwerpunkt Automobilindustrie bis zu großen Konsumgüterherstellern und für alle Arten von Teilegeometrien und Klebstofftypen.
Die Einstiegslösung des Unternehmensbereichs RoboTape in Newmarket, Ontario, ist die kompakte Arbeitszelle RoboTape Lite. Die RoboTape-Standardzelle mit eingebautem Industrieroboter unterstützt einen höheren Produktionsdurchsatz. Die sehr hohe Leistungsfähigkeit führte zu einer Zusammenarbeit mit 3M, einem führenden Unternehmen für industrielle Klebelösungen, und der Entwicklung der Lösung RoboTape™ System für 3M™ Tape.
Bandzuführung außerhalb der Maschinenzelle
Das Hauptproblem bei bisherigen Lösungen liegt in der die Größe und Manövrierfähigkeit des Roboters. Denn bei den meisten Systemen befindet sich die Klebebandspule am Ende des Roboterarms, zusammen mit einer leeren Spule zum Auffangen des Trägermaterials. Außerdem müssen die Bediener die Anlage erst in den sicheren Maschinenzustand versetzen, bevor sie die Zelle zum Nachfüllen von Bandmaterial betreten können. Und das kostet wertvolle Zeit.
„Daher kam uns die – inzwischen weltweit zum Patent angemeldete – Idee zu einem abgesetzten Zuführmodul, das mit der Vorratsspule außerhalb der Arbeitszelle positioniert ist“, sagt Zac Cutt, Gruppenleiter Forschung und Entwicklung bei Innovative Automation. „Es hilft bei der Dimensionierung des Roboters, ermöglicht größere Spulen und erhöht die Verfügbarkeit der Anlage. Das ist der Grund, warum auch große Kunden aus der Automobilbranche darauf zurückgreifen, denn es ist derzeit die einzige Lösung, die das gesamte Problem tatsächlich löst.“
RoboTape fängt und zerkleinert das Abfallpapier am dezentralen Zuführmodul. Dadurch konnte die Größe des benötigten Roboters drastisch reduziert werden, erklärt Michael Lalonde, Miteigentümer und President von RoboTape und Innovative Automation: „Wir strebten die 10-kg-Roboterklasse an, daher war es oberstes Ziel, das Applikationswerkzeug leicht und kompakt zu halten. So kann das Werkzeug in engeren Bereichen arbeiten und die Gesamtgröße und Kosten der Arbeitszelle reduzieren sich. Das sind alles Dinge, die unsere Kunden gefordert haben.“
Bevor RoboTape einsatzbereit war, musste eine Reihe von Herausforderungen bewältigt werden. Das Team hatte bei der Implementierung eine breite Palette von Robotern zu unterstützen. Weiterhin sollte die Lösung sich im Betrieb kontinuierlich an neue Teile für Klebebandprozesse anpassen lassen sowie sehr große Mengen an Sensordaten sammeln und schnell verarbeiten können.
New Automation Technology erleichtert Implementierung
„Im Jahr 2020 erstellten wir eine Entscheidungsmatrix mit vier Anbietern von Steuerungssystemen“, erinnert sich Zac Cutt. „Wir verglichen die angebotenen Technologien, die Vorteile, die Kosten usw. und entschieden schließlich, dass Beckhoff die beste Lösung für das RoboTape-System bot.“ Innovative Automation arbeitete eng mit den Vertriebs- und Supportteams von Beckhoff Kanada zusammen. Regional Sales Manager Paul Pierre und Applikationsingenieur Jim Fallowfield boten Beratung und technische Unterstützung zu allen Themen, von der Programmierung der Automatisierungssoftware TwinCAT 3 bis hin zur EtherCAT-Vernetzung. Dadurch konnten Entwurf, Inbetriebnahme und Betrieb beschleunigt werden.
Sean Robillard, Steuerungsspezialist bei RoboTape, schätzt den anwenderfreundlichen Softwareansatz: „Bei einem TwinCAT-Projekt haben wir einen Ordner mit Dateien für jede PC-basierte Steuerung. Innerhalb dieses Codes stehen alle Sicherheits- und I/O-Funktionen bereit, sodass die Entwicklung des Systems einfach verwaltet werden kann. Das hilft uns, verschiedene Rezepte zu implementieren, die dem System vorgeben, wie viel Band es wie schnell ausgeben soll.“
„Der Maschinenbediener kann sich alle Ein- und Ausgänge anzeigen lassen, Zylinder, Leuchtanzeigen und Sensoren umschalten sowie andere Aspekte der Maschine einstellen“, sagt Josh Vander Doelen, Projektmanager bei RoboTape. „Das alles ist im selben TwinCAT-Paket gebündelt, was die Entwicklung beschleunigt und das HMI-Design vereinfacht hat.“
Ein Economy-Einbau-Panel-PC CP6706 von Beckhoff bietet ausreichend Rechenleistung für die gesamte Steuerung. Ausgestattet ist er mit einem Dual-Core-Atom®-Prozessor, 4 GB RAM, einer 40-GB-CFast-Karte und einer 1-Sekunden-USV. Der IPC verfügt über einen 7-Zoll-Touchscreen als Bedienerschnittstelle und bietet mit der Automatisierungssoftware TwinCAT zudem Cloud-Konnektivität.
Das Steuerungssystem nutzt das industrielle Ethernet-System EtherCAT für die Echtzeitkommunikation mit dem Roboter und den anderen Feldgeräten. Die Offenheit von EtherCAT für die Integration anderer Protokolle hilft, die Vielzahl unterschiedlicher Roboter und Geräte von Drittanbietern, wie z. B. Sensoren und Encoder, in den Kundenanlagen anzubinden. „Wir setzen beispielsweise viele IO-Link-Sensoren ein, um so viele Daten wie möglich zu sammeln“, ergänzt Zac Cutt. „Wenn wir mehr Sensoren benötigen, fügen wir einfach weitere IO-Link-Klemmen EL6224 zum Haupt-I/O-Segment hinzu.“
Mit TwinSAFE, der systemintegrierten funktionalen Sicherheit, werden nach Aussage der RoboTape-Experten das Personal und die Ausrüstung der Anlage optimal geschützt. Sobald ein Bediener die Einhausung öffnet, geht das Bandzuführmodul in den sicheren Zustand über. Diesen zuverlässigen Schutz machen eine Schneidklinge zum Zerschneiden der verbrauchten Folie und andere Quetschstellen im Inneren erforderlich. Eingesetzt werden dafür TwinSAFE-Klemmen, über welche die Schutztür der Roboterzelle, Lichtvorhänge oder Bodenmatten angeschlossen sind. Diese TwinSAFE-Klemmen nutzen Safety over EtherCAT (FSoE) zur sicheren Kommunikation über das EtherCAT-Netzwerk in einem Black-Channel-Ansatz und ersetzen somit die konventionelle und aufwendige Festverdrahtung zwischen den Sicherheitsgeräten.
Unterstützung für den Endanwender
„Unsere Systeme haben eine durchschnittliche Laufzeit von acht Stunden, bevor sie nachgefüllt werden müssen, aber je nach Material kann diese Zeitspanne auch länger sein“, sagt Zac Cutt. „Ein Automotive-Kunde verarbeitet z. B. mehr als 4.000 m Filzband mit einer einzigen Spule, sodass er genug Teile für etwa 2.000 Autos pro Tag herstellt und die Spulen nur einmal pro Woche wechseln muss.“
Ein anderer großer Automobilzulieferer verringerte die Gesamtfläche seines Montagebereichs, indem er zwei manuelle Klebestationen entfernte. Darüber hinaus konnte der Personalbedarf in einer Zeit des Fachkräftemangels reduziert werden. Im Ergebnis sparte der Kunde rund 225.000 kanadische Dollar pro Jahr für die Klebstoffanwendungen in diesem Werk.
„Mit unseren neuen IoT-Funktionen können wir sehen, welche Maschinenmodi aktiviert sind und für wie lange. Wenn sich ein System über einen längeren Zeitraum im Servicemodus befindet, könnte dies darauf hinweisen, dass es gewartet werden muss oder dass ein bestimmter Bediener mehr Training benötigt, um die Laufzeitziele zu erreichen“, sagt Zac Cutt. „Wir können die Gesamtanlageneffektivität (OEE) der Maschine im Zusammenhang mit Parametern wie Innen- und Umgebungstemperatur betrachten, um die Zuverlässigkeit weiter zu optimieren und zu verbessern.“
„Der konsistente Support und die Verfügbarkeit sind Gründe, warum Beckhoff sich als eine gute Wahl erwiesen hat. Wir freuen uns darauf, auch in Zukunft zusammenzuarbeiten“, ergänzt Michael Lalonde.