Beflamm -und Palettierzelle
In diesem Beitrag wird die Entstehung einer Beflamm -und Palettierzelle zur automatisierten Handhabung, zum Beflammen und zur Palettierung von spritzgegossenen Kunststoffbauteilen beschrieben.
Einleitung
Für einen Kunden aus der Kunststoffindustrie wurde eine automatisierte Beflamm -und Palettierzelle zur Handhabung, Oberflächenvorbehandlung und Palettierung von spritzgegossenen Kunststoffbauteilen entwickelt und aufgebaut. Ziel des Projekts war es, einen bisher manuellen Prozess zu automatisieren, die Prozesssicherheit zu erhöhen und gleichzeitig eine konstante Qualität bei der Oberflächenvorbehandlung der Bauteile sicherzustellen.
Die Anlage übernimmt das automatische Entnehmen der Kunststoffteile von Paletten, führt die Bauteile einem Beflammprozess zur Oberflächenaktivierung zu und palettiert diese anschließend wieder prozesssicher auf der Zielpalette. Durch den Einsatz eines Industrieroboters konnte ein effizienter und reproduzierbarer Materialfluss realisiert werden.
Projektanforderungen und Aufgabenstellung
Die Herausforderung des Projekts bestand darin, eine kompakte und sichere Roboterzelle zu entwickeln, welche die empfindlichen Kunststoffbauteile zuverlässig greifen, prozesssicher beflammen und präzise palettieren kann.
Die zu verarbeitenden Kunststoff-Kopfrahmen werden auf Europaletten angeliefert und lagenweise gestapelt bereitgestellt. Die Anlage musste in der Lage sein, unterschiedliche Stapelhöhen zuverlässig zu erkennen und die Bauteile positionsgenau zu handhaben.
Zusätzlich standen die Prozesssicherheit des Beflammvorgangs sowie die Integration umfangreicher Sicherheitsfunktionen im Fokus der Entwicklung.
Konstruktion und Anlagenkonzept
Die Beflamm -und Palettierzelle wurde als vollständige Neuanlage konstruiert und speziell auf den Anwendungsfall ausgelegt. Das Anlagenkonzept umfasst einen zentral positionierten KUKA Industrieroboter, zwei Palettenplätze, einen Beflammtisch sowie die komplette Sicherheitsumhausung mit Zugangstüren und Sicherheitstechnik.
Die Bauteile werden mittels Vakuumgreifer aufgenommen und dem gasbetriebenen Brennersystem zugeführt. Nach dem Beflammprozess erfolgt die präzise Ablage auf der gegenüberliegenden Palettenposition.
Besonderes Augenmerk wurde auf eine kompakte Bauweise, gute Zugänglichkeit für Wartungsarbeiten sowie einen sicheren Automatikbetrieb gelegt.
Robotik und Handhabungstechnik
Als Herzstück der Anlage kommt ein KUKA KR 20 R1810-2 Industrieroboter zum Einsatz. Durch seine Reichweite und Dynamik eignet sich das System optimal für schnelle Pick-and-Place-Prozesse sowie den präzisen Transport der Kunststoffbauteile durch den Beflammbereich.
Für die Bauteilhandhabung wurde ein pneumatischer Vakuumgreifer mit mehreren Saugnäpfen entwickelt. Zusätzlich wurde ein pneumatischer Kollisionsschutz integriert, um die Anlage und den Greifer bei möglichen Fehlpositionierungen zu schützen.
Sensorik zur Werkstückerkennung sowie Lichtschranken an den Palettenplätzen ermöglichen einen zuverlässigen und automatisierten Betrieb.
Kameraerkennung
Da die Kunststoffbauteile auf den Paletten keine exakt definierte Position besitzen, musste eine zuverlässige visuelle Lageerkennung in den Prozess integriert werden. Hierfür wurde eine Kamera direkt im Greifer („On-Hand-Kamera“) montiert.
Das Kamerasystem erkennt markante Geometrien und Referenzpunkte der Bauteile und ermittelt daraus deren genaue Position und Ausrichtung. Die erfassten Positionsdaten werden anschließend an den Roboter übergeben, sodass jedes Werkstück präzise und prozesssicher gegriffen werden kann. Durch die kameragestützte Bauteilerkennung konnte die Prozessstabilität deutlich erhöht und ein zuverlässiger automatischer Betrieb sichergestellt werden.
Grunddaten der VS-S160MX
- 1,6 MP Monochrom-Kamera für präzise Bauteilerkennung und Positionsbestimmung
- 85 Bilder pro Sekunde (fps) für schnelle und zuverlässige Bildverarbeitung
- Integrierter 3,5-fach Zoom für flexible Anpassung an unterschiedliche Werkstückgrößen
- Arbeitsabstand von 50 bis 500 mm, ideal für den direkten Einsatz im Greifer
- IP67-Schutzart für den Einsatz in industriellen Umgebungen
- PoE-fähige Ethernet-Schnittstelle für einfache Integration in die Anlagensteuerung
- Integrierter Laserpointer und Lageerkennung zur schnellen Einrichtung und Kalibrierung
- CA-DEW10X Ringlicht zur zuverlässigen Ausleuchtung
Sicherheitskonzept
Da in der Beflamm -und Palettierzelle sowohl ein Industrieroboter als auch ein gasbetriebener Beflammprozess zum Einsatz kommen, wurde bereits während der Konstruktionsphase großer Wert auf ein umfassendes Sicherheitskonzept gelegt.
Die gesamte Roboterzelle ist durch einen Sicherheitszaun mit verriegelten Zugangstüren abgesichert. Während des Automatikbetriebs ist ein Zutritt zum Arbeitsbereich nicht möglich. Beim Öffnen einer Sicherheitstür werden sämtliche gefahrbringenden Bewegungen sowie der Beflammprozess unmittelbar sicher abgeschaltet.
Mehrere NOT-AUS-Taster ermöglichen jederzeit ein schnelles Stillsetzen der Anlage. Ergänzend überwacht eine Sicherheitssteuerung kontinuierlich alle sicherheitsrelevanten Komponenten wie Türzuhaltungen, Not-Halt-Kreise und den Betriebszustand des Brennersystems.
Besondere Aufmerksamkeit galt der Integration der Brennertechnik. Das eingesetzte System verfügt über eine permanente Flammenüberwachung, die einen sicheren Betrieb gewährleistet. Im Fehlerfall oder bei Abweichungen vom Sollzustand erfolgt eine automatische Abschaltung der Gaszufuhr und des Prozesses.
Darüber hinaus wurden sämtliche Sicherheitsfunktionen entsprechend der geltenden Maschinenrichtlinien und relevanten Normen für Robotersysteme ausgelegt. Das Ergebnis ist eine sichere und zuverlässige Automatisierungslösung, die sowohl den Schutz der Bediener als auch einen störungsfreien Produktionsbetrieb gewährleistet.
Die Roboterzelle verfügt über:
- Sicherheitszaun mit verriegelten Zugangstüren
- Mehrere NOT-AUS-Einrichtungen
- Sicherheitssteuerung
- Türüberwachung
- Flammenüberwachung
- Sichere Abschaltung der Bewegungen
Not-Aus Taster am Hauptschrank und
smartPAD und darin befindliche FCPU
Sicherheitstürschalter mit Zuhaltung
Sicherheitstürschalter mit Zuhaltung
Türbedienkasten inklusive Not-Aus Taster
Türbedienkasten inklusive Not-Aus Taster
Brenner inklusive Flammüberwachung
Not-Aus Taster am Brennerschrank
Ergebnis
Mit der neuen Roboterzelle konnte der komplette Handhabungs-, Beflamm- und Palettierprozess automatisiert werden. Die Anlage ermöglicht einen stabilen und reproduzierbaren Produktionsablauf bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit.
Durch die Kombination aus Robotik, Brennertechnik und intelligenter Steuerung entstand eine kompakte und leistungsfähige Automatisierungslösung für die Kunststoffindustrie.
Die Anlage reduziert den manuellen Aufwand, verbessert die Prozessqualität und schafft eine zuverlässige Grundlage für zukünftige Produktionsanforderungen.
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