Case study
Wie automatisiert man die Montage von 26 Produktvarianten?
Kontext – Wer ist unser Kunde und welches Problem musste gelöst werden?
Unser Kunde produziert spezialisierte Komponenten für Kopfstützen von Fahrzeugsitzen. Trotz ihrer geringen Größe erfüllen sie eine wichtige Funktion für die Sicherheit der Fahrzeuginsassen. Daher müssen ihre Qualität und Fertigungspräzision kompromisslos sein.
Darüber hinaus werden im Werk Produkte für zahlreiche Endkunden gefertigt. Daraus ergeben sich insgesamt 26 Produktreferenzen, die sich hinsichtlich Geometrie und Farbgebung unterscheiden.
Das robotergestützte Montagesystem musste daher sowohl flexibel als auch äußerst präzise sein.
Hauptziele des Projekts
- Flexibilität des Systems
Die Montage von 26 verschiedenen Produktreferenzen erfordert schnelle Prozesswechsel bei gleichbleibend hoher Qualität und Produktivität.
2. Steigerung der Produktionsvolumen
Das System wurde so ausgelegt, dass hohe Produktionsvolumen abgesichert werden können.
3. Automatisierung präziser manueller Tätigkeiten
Bisher erfolgte die Montage der Komponenten manuell. Die Roboter übernahmen diese Aufgaben, während die Bediener ihre Arbeit sowie die Umrüstung des Arbeitsplatzes überwachen.
4. Qualitätskontrolle des Produkts
Die vollständige Rückverfolgbarkeit jedes einzelnen Bauteils und die Prozesskontrolle gewährleisten, dass nur Produkte, die sämtliche Anforderungen erfüllen, die Montagelinie verlassen.
Geplante Ergebnisse
- Steigerung der Produktionseffizienz.
- Verkürzung der Zykluszeit und minimaler Bedienereingriff.
- Maximale Automatisierung der Prozesse.
- Ein Produktionsprozess, der sich an viele Varianten anpasst, ohne umfangreiche und zeitaufwendige Änderungen zu erfordern – schnelle Umrüstung.
- Rückverfolgbarkeit jedes einzelnen Bauteils durch Bildverarbeitungskontrolle und Lasermarkierung.
- Hohe Sicherheits- und Qualitätsstandards.
Robotisierung und Automatisierung der Montage
Ablauf der Prozesse an der Station
Phase I. Vorbereitung und Zuführung der Komponenten (Pick & Place)
- Der Prozess beginnt mit der Befüllung der Vibrationsförderer von VIBE Industries mit Stahlkomponenten, Pins und Federn. Jeder Komponententyp verfügt über einen eigenen, durch das PLC-System gesteuerten Förderer.
- Vibrationsschalen sorgen für die Separation, Vereinzelung, Neuorientierung und präzise Positionierung der Komponenten in der Endaufnahme.
- Polymerkomponenten, Taster und Kappen werden mithilfe des FlexiBowl-Systems zur Station transportiert. Die vibrierend verteilten Elemente werden vom FlexiVision-Bildverarbeitungssystem erkannt, das die Koordinaten an den FANUC-SCARA-Roboter übermittelt, der die Teile aufnimmt.
Phase II. Beladung, Laserschranken und DMC-Rückverfolgbarkeit
- Der Hauptproduktionsprozess beginnt mit dem manuellen Beladen der Polymergehäuse auf die Paletten der Beladestation.
- Laserschranken minimieren Bedienfehler durch die Kontrolle der Anwesenheit und Höhe der eingelegten Komponenten.
- Der zentrale Punkt der Station ist ein 3-Positionen-Drehtisch, der die korrekte Reihenfolge der Operationen sicherstellt. Eine dieser Operationen ist die UV-Lasermarkierung mit DMC-Codes (Data Matrix Code), wodurch eine vollständige Rückverfolgbarkeit jedes Bauteils – das sogenannte „Birth Certificate“ – ermöglicht wird.
Phase III. Robotergestützte Montage und Bildverarbeitungskontrolle
- Der FANUC SCARA SR12iA entnimmt Komponenten aus den VIBE- und FlexiBowl-Systemen und legt die Baugruppen auf die Paletten der Prozessstation ST30.
- An dieser Station werden Pins in die Taster montiert, wobei der Prozess in Echtzeit durch Cognex In-Sight 2800 Bildverarbeitungssysteme überwacht wird.
- Parallel dazu positioniert ein 6-Achs-FANUC-Roboter die Gehäuse im Montagebereich. Nach erfolgreicher Inspektion erfolgt der Einpress- bzw. Rastprozess der Taster in die Gehäuse.
Phase IV. Endkontrolle und NOK-Bereich
- Die abschließende Bildverarbeitungskontrolle bestätigt die korrekte Montage. Komponenten, die die Anforderungen nicht erfüllen, werden automatisch in den NOK-Bereich geleitet.
Der gesamte Prozess wird durch eine dedizierte PLC-Software überwacht, die Wiederholbarkeit, Sicherheit und vollständige Prozesskontrolle gewährleistet.
Größte Herausforderungen während der Umsetzung
- Sicherheitskritischer Prozess (ST30-Station)
- Herausforderung: präzises Einpressen der Pins in das Gehäuse. Dabei musste ein Gleichgewicht zwischen Sicherheit und Benutzerkomfort geschaffen werden: leicht entfernbar unter normalen Bedingungen, aber stabil bei Kollisionen.
- Lösung: Überwachung jedes „Einrastens“ mittels Kraftsensoren und Kontrolle der Prozessparameter.
- Ergebnis: Erfüllung der Kundenanforderungen sowie stabile und reproduzierbare Montage.
2. Geometrieveränderungen von Polymerkomponenten nach der Konditionierung
- Herausforderung: Einige Komponenten bestehen aus Polymeren, die konditioniert werden. Die Wasseraufnahme erhöht die Flexibilität, kann jedoch auch die Abmessungen der Teile verändern und dadurch das Greifen und Weitergeben erschweren.
- Lösung: Anpassung der Greifer und Montageparameter an die Maßabweichungen.
- Ergebnis: Stabiler Prozess und gleichbleibende Qualität trotz natürlicher Materialabweichungen.
Technologien & Lösungen
Ergebnisse
Montage von 26 Produktvarianten an einer einzigen robotergestützten Station
Weniger als 10 Minuten Umrüstzeit zwischen den Varianten
Verkürzung der Zykluszeit auf bis zu 30 Sekunden
100 % Kontrolle über die Produktqualität
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