Handhabung Zahnriemenachse für kompaktes Pick-&-Place-System

Um unterschiedlich große Bohrer mit wenigen Millimetern Schaftdurchmesser nacheinander schnell und präzise aus einem Werkstückträger zu entnehmen, einem Beschriftungslaser zuzuführen und sie anschließend wieder in einen Werkstückträger abzulegen, setzt ein Hersteller auf eine vollautomatische Pick & Place-Anlage von IEF-Werner.

Anbieter zum Thema

IEF-Werner GmbH

ACE Stoßdämpfer GmbH

SCHMIDT-KUPPLUNG GmbH

Das Laserbeschriften hat im Vergleich zu anderen Kennzeichnungsverfahren einige Vorteile – beispielsweise sind die Verbrauchskosten niedriger und die Wartungsaufwendungen geringer. Aber vor allem ist es eine Möglichkeit, Bauteile aus ganz unterschiedlichen Materialien sehr schnell zu kennzeichnen. „Um diesen Zeitvorteil bei hohen Stückzahlen umfassend zu nutzen, müssen die Werkstücke auch entsprechend rasch dem Laser zugeführt werden können“, sagt Thomas Hettich, Produktmanager bei IEF-Werner aus Furtwangen im Schwarzwald.

Er spricht damit ein Projekt an, bei dem sich ein Werkzeughersteller genau mit dieser Anforderung an den Automatisierungsspezialisten wandte. Die Aufgabe: Bohrwerkzeuge mit Schaftdurchmessern von 3,5 bis 25 mm aus Hochleistungsschnellstahl HSS-E und aus Vollhartmetall (VHM) sollten aus kundenseitigen Werkstückträgern nacheinander entnommen, einem Beschriftungslaser zugeführt und anschließend wieder in einen Werkstückträger abgelegt werden – und das äußerst schnell und präzise. „Werkzeuge mit Schaftdurchmessern kleiner sechs und ab 16 Millimeter beschriftet der Laser einseitig, die Größen dazwischen beidseitig“, erklärt Hettich. Das komplette Handling hatte vollautomatisch zu erfolgen.

Bauteile effizient zuführen

Basis der Pick & Place-Anlage ist das erweiterbare Gurtbandsystem Posyart. Das Baukastensystem enthält viele Standardkomponenten, mit denen sich laut IEF Werner so gut wie alle Aufgaben im Transfer-, Montage- und Logistikbereich lösen lassen sollen. Die Hauptkomponenten wie Riemen, Antriebe, Weichen oder Stoppelemente werden als sehr langlebig bezeichnet. Die Schwalbenschwanz-Geometrie an den Längsseiten der Profile soll ein feinfühliges, stufenloses Positionieren der angefügten Baugruppen erlauben.

„Das System haben wir mit Aufnahmen ausgestattet, welche die kundenseitigen Werkstückträger (WT) tragen können“, sagt Hettich. Seitenpositionierung, Zentrierstation sowie eine Hub- und Dreheinheit bringen die WT in die richtige Lage. In der Zentriereinheit werden sie mittig platziert und anschließend dreidimensional mit einer Genauigkeit von ± 0,05 mm fixiert. Die Stopper sind zentral angeordnet. Das soll ein Verkanten der Werkstückträger in den Führungsleisten verhindern. Für diese Anwendung hat der Werkzeughersteller die WT mit einem Datamatrixcode versehen. Hinter diesem Code verbergen sich Informationen über den Werkzeugträgertyp, die Anzahl und die X/Y-Koordinaten seiner Löcher, die Schaftdurchmesser und die Trägerhöhe.

Werkstückträger müssen baugleich sein

An der Anlage setzt ein Mitarbeiter den WT mit den Bohrern auf einen Grundträger des Gurtbandsystems auf. „Es ist unbedingt erforderlich, dass die Werkstückträger innerhalb eines Auftrags baugleich sind“, betont Hettich. Am Bedienfeld gibt der Mitarbeiter den Auftrag ein, die Anzahl der WT – und ob die zu markierenden Bohrer eine Spannfläche besitzen oder nicht. Bei Anlagenstart liest das System zunächst die Beschriftungsdaten für den Laser. Ein Scanner erkennt den Datamatrixcode und das Gurtbandsystem fährt den WT in die Entnahme-Station. Dort hebt es den WT vom Gurtband ab und zentriert ihn. Die Lineareinheit fährt in Y-Richtung das Raster des jeweiligen Werkzeugträgertyps ab. Die Lineareinheit positioniert den WT nun so, dass ein Lasermesssystem die erste Zeile des Werkzeugträgers erfasst. Eine Abstandsmessung erkennt, in welcher Rasterposition sich das aktuell zu bearbeitende Werkzeug befindet. Diese Position gibt der Sensor an die Steuerung weiter.

Für die unterschiedlichen Bohrer sind abhängig von der Beschriftungsdauer bestimmte Taktzeiten für das Handling vorgegeben. „Bei Werkzeugen aus HSS-E soll der Gesamtprozess bei der einseitigen sieben und bei der doppelseitigen Beschriftung 14 Sekunden betragen“, erläutert Hettich. „Bei den VHM-Werkzeugen sind es vier und acht Sekunden.“

Griff in den Baukasten

Um eine passende Handhabungstechnik umzusetzen, konstruierten die IEF-Ingenieure ein Positioniersystem aus standardisierten Lineareinheiten. Den Entwicklern steht dazu eine breite Produktpalette an Automatisierungskomponenten zur Verfügung, mit denen sie Prozesse laut IEF Weerner sehr effizient gestalten können. Dies umfasst verschiedene Linearachsen, die je nach Anforderungen an Dynamik, Präzision, Wiederholgenauigkeit oder auch an Schnelligkeit entsprechend ausgewählt werden.

„Mit unseren Linearachssystemen und den standardisierten Verbindungselementen erstellten wir schnell und kostengünstig ein geeignetes Positioniersystem, das genau auf die Aufgabe und den zur Verfügung stehenden Platz beim Anwender zugeschnitten ist“, betont Hettich. Denn von zentraler Bedeutung bei der Umsetzung dieser Anlage waren unter anderem die Baulänge sowie das Antriebskonzept der Linearachse, auf der die beiden Greifeinheiten verfahren.

Zwei Schlitten auf einer Achse

Aufgrund dieser Rahmenbedingungen kommt hierbei das Modul 160/15 G zum Einsatz. Die Variante „G“ zeichnet sich nach Angaben des Herstellers dadurch aus, dass die Zahnriemenachse mit zwei unabhängig voneinander verfahrbaren Schlitten ausgestattet ist. Dabei werden zwei getrennte Zahnriemen mittels eigenständiger Motoren angetrieben. Das soll erheblich Bauraum sparen: „Um die geforderte Taktzeit zu erreichen, hätten zwei Lineareinheiten nebeneinander angeordnet werden müssen. Durch das Antriebskonzept genügt nun eine Einheit“, so Hettich. Das Modul 160/15 G ist so positioniert, dass eine Greifeinheit auf je einem Schlitten befestigt ist, was den benötigten Bauraum verkleinert. „Damit können wir die Bauteile sehr schnell der eigentlichen Aufgabe zuführen, dem Laserbeschriften“, erläutert Hettich.

Das geschieht folgendermaßen: Der erste Greifer fährt zur Entnahmeposition, nimmt das entsprechende Bohrwerkzeug aus dem WT und übergibt es der Laserstation. Nach wenigen Sekunden ist der Bohrer beschriftet. Während der erste Greifer schon auf dem Weg zum nächsten Bohrer ist, nimmt sich der zweite Greifer das markierte Werkzeug und fährt damit zu dem leeren WT auf der gegenüberliegenden Seite der Entnahmestation. Für die Y-Bewegung sind die beiden Greifer auf präzisen linearen Verstelleinheiten mit Zahnriemenantrieb vom Typ Modul 68 montiert.

Mit Riemenachse übertragen

Weil bei der zweiseitigen Beschriftung der erste Greifer das Bauteil um 180 Grad dreht, kommt bei diesem zusätzlich eine Einheit vom Typ Modul 68 D zum Einsatz. Diese ist mit einer als Hohlwelle ausgeführten Drehachse ausgestattet. Dabei wird das Drehmoment des Motors über ein Riemengetriebe auf die Drehachse übertragen. Der Drehwinkel liegt bei 440° – bei maximaler Widerholgenauigkeit, wie der Hersteller betont. Die Komponente sei zudem leicht und besonders kompakt. In die Hohlwelle würden sich außerdem etwaige Pneumatikschläuche und Steuerungskabel integrieren lassen – was die Anlage noch platzsparender macht.

Diese Drehung ist aber nicht nur für die beidseitige Markierung wichtig. „Besitzen die Standardwerkzeuge Spannflächen, erkennt das die Anlage und ermittelt deren Lage“, erklärt Hettich. Der erste Greifer dreht dann auf dem Weg zur Laserstation den Bohrer so, dass die Beschriftung in der geforderten Winkellage zur Fläche angebracht werden kann.

IEF-Werner lieferte das komplette System. Dazu gehören nicht nur die Linear- und die Verstelleinheiten, sondern auch Energieführungen, Motoren, Verkabelung und Verschlauchungen. „Wir konnten mit der Umsetzung dieser Anlage die Kundenanforderungen voll erfüllen“, ist IEF-Produktmanager Hettich zufrieden. Sie sei nicht nur kompakt gebaut, der Anwender erreiche zudem extrem hohe Taktzahlen. Der Laser sei quasi nonstop im Einsatz. (jv)

Motek 2017: Halle 5, Stand 5220

Handlingsysteme

So lassen sich Handlingsysteme unkompliziert und flexibel aufbauen

* Thomas Hettich ist Produktmanager bei der IEF-Werner GmbH, Furtwangen.

(ID:44832856)