Der Einsatz eines Roboters zum Auftragen von Beschichtungsmaterialien kann die Produktivität erheblich steigern und wird durch die Kopplung von Servo- und Dosiersteuerung zur Gewährleistung optimaler Geschwindigkeit und stabiler Schichtdicke weiter verbessert.

Hersteller sind mehr denn je auf Hochgeschwindigkeitsautomatisierung angewiesen, um die heutigen Produktivitätsherausforderungen zu bewältigen. Die Steigerung des Produktionsausstoßes unter Beibehaltung der Qualität wird jedoch mit konventioneller Automatisierung immer schwieriger. Die Erhöhung der Geschwindigkeit eines Prozesses wie Beschichten oder Dosieren kann die Genauigkeit und Wiederholbarkeit in Frage stellen und eine komplizierte Feinabstimmung erfordern, um die gewünschte Qualität am Ende des Prozesses zu erreichen. Gewöhnlich ist nur eine kleine Anzahl qualifizierter und erfahrener Techniker in der Lage, solche Prozesse einzurichten und aufrechtzuerhalten, was die Einführung neuer Produkte verlangsamen und die Montagelinien anfällig für Produktionsunterbrechungen machen kann.

Hochproduktives, präzises Beschichten

Die Erfahrung von Yamaha Robotics in der Zusammenarbeit mit Kunden aus verschiedenen Industriezweigen, unter anderem aus der Automobil-, Elektronik- und Medizinbranche, ermöglichte einige Einblicke in aktuelle Herausforderungen. Die Aufbringung von Dichtmasse entlang der Passkanten von Metallgussteilen oder Kunststoffkomponenten wie Abdeckungen und Gehäuse vor der Montage ist eine gängige Anforderung, die häufig mit konventionellen Antrieben zur Koordinierung von Linearbewegung und Dichtmasse-Dosierung erfüllt wird.

Um eine kontinuierliche Raupe des Dichtmaterials aufzutragen, muss das Bewegungssteuerungssystem genau einer vorgegebenen Bahn entlang gerader Kanten und Ecken folgen. Die Geschwindigkeit muss typischerweise an den Ecken reduziert werden, um die gewünschte Auftragungskontur präzise zu realisieren. Auf der anderen Seite ist eine Erhöhung der Geschwindigkeit wünschenswert, wenn man sich entlang gerader Kanten bewegt, um die Gesamt-Prozesszeit zu verkürzen.

Um sicherzustellen, dass an allen Stellen eine gleichmäßige Menge an Dichtmittel aufgetragen wird, muss der Dosiermechanismus so gesteuert werden, dass der Dichtmittelfluss in den langsameren Kurven gedrosselt und die Abgabe erhöht wird, wenn sich der Vorschub schneller bewegt. Dies ist jedoch schwierig zu erreichen, so dass die Unternehmen von einer kleinen Zahl von Mitarbeitern abhängig sind, die über das erforderliche Know-how verfügen. Bei ungeeigneter Konfiguration können Inkonsistenzen wie z. B. ein übermäßiges Dichtmittelvolumen an den Ecken auftreten, was letztendlich zu mehr Ausschuss am Ende der Linie führt. Andererseits kann die Einstellung einer konstanten, langsameren Antriebsgeschwindigkeit und niedrigeren Dosierrate die Steuerung des Prozesses vereinfachen, was auf Kosten einer längeren Taktzeit und eines geringeren Gesamtdurchsatzes geht.

Typischerweise wollen Hersteller sowohl hohe Qualität als auch hohe Geschwindigkeit erreichen, ohne sich auf spezielle Fähigkeiten von Mitarbeitern verlassen zu müssen. Dies erfordert eine Lösung, mit der die Dichtmittel-Dosierrate automatisch angepasst werden kann, wenn sich die Vorschubgeschwindigkeit ändert, sodass das gewünschte Materialvolumen mit der an jeder Position angemessenen, maximal möglichen Geschwindigkeit aufgetragen werden kann.

Automatisieren mit Robotern

Verschiedene Branchen setzen jetzt auf Roboterautomation, um die Produktivität zu steigern und zukunftssichere Flexibilität zu gewährleisten. Yamaha Robotics hat seine Robotersteuerungen der RCX-Serie und die zugehörigen grafischen Programmierwerkzeuge zusätzlich mit einer einfachen Bedienung ausgestattet, damit Anwender die Vorteile dieser Technologie optimal nutzen können.

Die Yamaha RCX340-Steuerung unterstützt erweiterte Bewegungsfunktionen und vereinfacht die Einrichtung von Dosierrobotern. Insbesondere kann die Dosiersteuerung mit einer Servosteuerung gekoppelt werden, wodurch der RCX340 die Dosierrate in Verbindung mit der Bewegungsgeschwindigkeit steuern kann, um hohe Präzision, hohe Geschwindigkeiten und stabile Schichtdicken zu gewährleisten. Diese „servogekoppelte Dosierung“ (Bild 1) funktioniert mit Yamahas SCARA-Robotern und kartesischen Robotern.

Bild 1: Dosier-Anwendung mit Yamahas verbesserter, servogekoppelter Dosierfunktion der RCX340-Roboter-Steuerung

Darüber hinaus ermöglicht die Steuerung eine einfache Verkettung mehrerer Roboter, die gleichzeitig gesteuert werden können, und unterstützt einen erweiterten Befehlssatz, der spezielle Bildverarbeitungsbefehle enthält, die die Programmierung vereinfachen und dazu beitragen, die Inbetriebnahmezeit des Equipments zu minimieren. Die RCX STUDIO 2020-Programmierumgebung enthält Debugging-Funktionen, die mehrere Aufgaben unterstützen, und bietet Funktionen zur Beschleunigung der Programmeingabe und zur Ermöglichung einer schnellen Inbetriebnahme.

Darüber hinaus sorgt die Nutzung von Standard-Kommunikationsschnittstellen der Industrieautomation für eine einfache Integration in eine bestehende Fabrikumgebung. Zusätzlich zu den RS-232C- und Ethernet-Ports unterstützt der Controller RCX340 gängige Feldbusse wie CC-Link, EtherNet/IP™, DeviceNet™, PROFIBUS, PROFINET und EtherCAT. Verbindungen mit Universal-Servoverstärkern oder Bildverarbeitungssystemen von Drittanbietern sind ebenfalls leicht zu implementieren und vereinfachen die Einführung der Robotertechnologie in bestehende Fertigungsprozesse.

Hochgeschwindigkeitsbeschichtung in der Praxis

Yamaha Robotics hat vor kurzem einem Kunden aus der Automobilbranche geholfen, mit Hilfe der RCX340-Steuerung und Yamaha-Robotern das präzise Auftragen von flüssigen Dichtmassen auf Aluminiumgussteile zu beschleunigen. Dieser Hersteller konnte die Leistung nicht durch eine Erhöhung der Antriebsgeschwindigkeit des bestehenden automatischen Dosiersystems erhöhen. Eine einfache Steigerung der Geschwindigkeit hatte die Kontrolle der Dichtmitteldosierung beeinträchtigt, was zu großen Klumpen des Dichtmittels in Positionen führte, in denen die Antriebsgeschwindigkeit langsamer war. Dadurch war das Unternehmen gezwungen, die Geräte mit konstanter Geschwindigkeit zu betreiben, was zu einer längeren Taktzeit führte.

Bild 2: Hersteller im Automotive-Bereich müssen hohe Produktivität mit extrem hoher Qualität verbinden.

Auf der Suche nach einer schnelleren Lösung, die auch ohne Rückgriff auf qualifizierte Techniker einfach einzurichten wäre, wandte sich der Projektteamleiter an Yamaha, um abzuklären, ob die Robotertechnologie eine praktikable Alternative darstellen könnte. Nachdem er Yamahas Demonstration der servogekoppelten Dosierung gesehen hatte, installierte er ein Erprobungssystem in der Fabrik, um dessen Potenzial auszuloten.

„Die Produktionsgeschwindigkeit wurde spürbar erhöht und unsere Analyse zeigte, dass auch die Beschichtungsqualität perfekt war“, kommentiert er und fügt hinzu: „Wir haben Yamaha auch bezüglich des Dosierprozesses konsultiert, den wir zuvor entsprechend unserer bisherigen, internen Erfahrung eingerichtet hatten. Das zusätzliche Fachwissen hat uns geholfen, die optimalen Einstellungen extrem schnell zu ermitteln, was die Arbeitsbelastung unserer eigenen Ingenieure erheblich reduziert hat.“

Im Vertrauen darauf, die gewünschte Geschwindigkeitssteigerung sowie eine stabile Qualität zu erreichen, ging das Projektteam zur abschließenden Verifizierung über und führte dann den Prozess endgültig in der Montagelinie ein. Sobald sie ihre Arbeit abgeschlossen hatten, begannen sie, Möglichkeiten zu erkunden, Yamaha-Roboter zur Verbesserung weiterer Prozesse in der Fabrik einzusetzen.

Fazit

Hersteller in der Automobilbranche und in anderen Industriezweigen müssen eine zukunftsweisende Automatisierung einführen, um die Zykluszeiten zu verkürzen und die Qualität aufrechtzuerhalten, sodass die Produktivität weiter gesteigert werden kann. Roboter können diese Anforderungen erfüllen, wenn sie mit den neuesten Motion-Control-Techniken sowie praktischen Werkzeugen zur Unterstützung der Programmierung und Einrichtung kombiniert werden. Die Benutzerfreundlichkeit ist von entscheidender Bedeutung, damit die neuen Prozesse schnell in die Produktion eingeführt werden können.

Über Yamaha Motor Robotics FA Section
Yamaha Factory Automation Section (FA Section), Unterabteilung der Yamaha Motor Robotics Business Unit von Yamaha Motor Corporation, konzentriert sich auf die Lieferung flexibler, hochpräziser Industrieroboter für die Herausforderungen der Präzisionsautomatisierung.

Die Abteilung hat ihre Wurzeln in der Einführung der Robotertechnologie in die Yamaha-Motorradmontage und verfügt über mehr als 40 Jahre Erfahrung bei der Lösung von Automatisierungsaufgaben von der Montage großer Produkte bis zum Mikrometerbereich. Die Industrieroboter von Yamaha werden heute von weltweit führenden Unternehmen in so unterschiedlichen Bereichen wie der Halbleiterfertigung und der Montage von Elektronikprodukten, Haushaltsgeräten, Automobilkomponenten und großen Flüssigkristallanzeigen eingesetzt.

Yamaha FA Section bietet eine weite Palette von Lösungen für die Roboter-Montage, darunter Einachsroboter, SCARA-Roboter, kartesische und Knickarmroboter. Innovationen wie das Linearfördermodul LCM100, ein laufruhiger, platzsparender und vielseitigerer Nachfolger konventioneller Band- und Rollenförderer, bestimmen nach wie vor das Tempo in der Fabrikautomatisierung. Die Kerntechnologien der Robotik sowie Schlüsselkomponenten und komplette Robotersysteme werden im eigenen Haus hergestellt, was eine konstante Qualität und Kontrolle der Lieferzeiten sicherstellt.

Yamaha FA Section mit Hauptsitz in Hamamatsu (Japan) bedient Kunden weltweit über sein globales Vertriebsnetz, das China, Taiwan, Korea, Südasien, Nordamerika, Australien/Neuseeland und Europa umfasst.

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