Metallbauer erhält mit Cobots Flexibilität in seiner Biegeabteilung

Jun 12, 2023

Kapco Metal Stamping verlässt sich bei der Programmierung seiner Cobots in der Biegeabteilung auf ehemalige Spezialisten für die Einrichtung von Abkantpressen und Bediener, die mehr über neue Technologien erfahren möchten. Bilder: Kapco Metal Stamping

Jeder Metallverarbeiter mit einem hohen Anteil an Aufträgen mit hohem Mix und geringem Volumen betrachtete die Biegeautomatisierung in den 2010er Jahren mit etwas Skepsis. Die Programmierung von Robotern nahm Zeit in Anspruch, und übermäßige Ausfallzeiten im Zusammenhang mit der Programmierung neuer Jobs waren für einige Betriebe ein Warnsignal. Außerdem war die Investition in ein festes Automatisierungssystem inklusive Käfigen nicht billig.

Dieses Zögern hielt Kapco Metal Stamping, ein Metallumform- und -verarbeitungsunternehmen in Grafton, Wisconsin, nicht davon ab, sich vor drei Jahren mit der Biegeautomatisierung zu befassen. Es stellte sich heraus, dass die Technologie für einige Aufgaben funktionierte, aber nicht so flexibel war, wie das Unternehmen sie brauchte.

Das System verfügte über eine Offline-Programmierung, das war also nicht das Problem. Das Problem bestand darin, dass die Zelle nicht so viele Biegearbeiten bewältigen konnte, wie sich das Fertigungsteam gewünscht hätte. Die Software beschränkte komplexe Arbeiten mit mehreren Biegungen. Einige Teile passten nicht in die Umzäunung, die den Biegeroboter umgab. Wenn neue Teile zum Biegen in die Zelle geladen wurden, stoppte der Roboter, weil sich ein Mensch im Arbeitsbereich befand; Da das Laden der Teile ein manueller Vorgang war und einige Zeit in Anspruch nahm, lief der Roboter nicht so lange, wie es sich das Produktionsteam von Kapco gewünscht hätte.

Das jüngste Aufkommen kollaborativer Roboter, auch Cobots genannt, eröffnet Metallbauern eine neue Perspektive auf die Automatisierung. Das Advanced Engineering Team von Kapco, das für die Implementierung der Automatisierung in den Anlagen des Unternehmens verantwortlich ist, sah diese Cobots der ersten Generation kürzlich auf einer FABTECH und erkannte, dass sie eine neue Möglichkeit zur Automatisierung von Fertigungsaufgaben darstellten. Obwohl die Cobots Teil einer Zelle waren, erkannte das Team das Potenzial, die Cobots von einem Teil der Fabrik in einen anderen bewegen zu können.

„Mit einem Industrieroboter nehmen Sie die gesamte Anlage offline, wenn sie nicht verwendet wird. Wenn also beispielsweise in der Auftragsfertigung ein Auftrag nach zwei oder drei Jahren endet, wird der Roboter, der für diese Aufgabe verwendet wurde, nicht mehr verwendet, es sei denn, es wurde etwas anderes vereinbart“, sagte Joe Bassindale, Leiter von Kapco Fertigungstechnik. „Wir wollten Cobots einsetzen, damit wir diese Anlagen [z. B. Abkantpressen] bei Bedarf immer noch manuell bedienen können, aber wenn wir dann hochfahren, können wir sie voll ausnutzen, um alle Vorteile der Automatisierung zu nutzen.“

Bassindale sagte, die Flexibilität des Cobots habe es dem Advanced Engineering Team viel einfacher gemacht, Argumente für Investitionen in diese Automatisierung vorzubringen. Der Cobot könnte nicht nur vor einer Abkantpresse eingesetzt werden, sondern auch in einer Schweißzelle oder vor einer Stanzpresse oder einem Bearbeitungszentrum.

Im Jahr 2022 war die Biegeabteilung das Ziel der Automatisierung. Kapco verfügt über 17 Abkantpressen mit einer Größe von 40 bis 250 Tonnen.

Laut Stuart Swanson, Leiter für fortschrittliche Fertigungstechnik bei Kapco, verfügten zwei der fünf 40-Tonnen-Abkantpressen des Unternehmens über das Volumen und die Vielfalt der Teile, die typischerweise auf diesen Maschinen geformt werden, was sie zu perfekten Kandidaten für die Automatisierungsmodernisierung machte.

Für die neue Automatisierungszelle hat Kapco zwei Cobots von Universal Robots ausgewählt. Die Endeffektoren (der MG10-Magnetgreifer und der 2FG7-Fingergreifer von OnRobot) und der Pin-Tisch wurden intern angepasst. Das Advanced Engineering Team arbeitete mit Fertigungsingenieuren zusammen, um Standardarbeiten zu verfassen, Schulungen durchzuführen, Teilenummern in die Zelle zu programmieren und Tests zur Produktionsbereitschaft durchzuführen.

Nach der Unterzeichnung des Kaufauftrags für die Cobots im April letzten Jahres begann Kapco damit, die erforderlichen Grundlagen zu schaffen, bevor die Cobots in Betrieb genommen werden konnten. Die ersten Schritte waren Fähigkeitsstudien, um herauszufinden, welche Teile am sinnvollsten für die Cobot-fokussierten Biegezellen vorgesehen sind. Von dort aus reichte Kapco Formulare für den Freigabeprozess für Produktionsteile bei wichtigen Kunden ein, um sie über Technologieänderungen in ihren Umformprozessen zu informieren. Es folgte eine Schulung der Bediener.

Tom Dennison (rechts) spricht mit Stuart Swanson über einen neuen Job, der für den Cobot geplant ist.

Als die Cobots im August in die Produktion kamen, war Kapco einsatzbereit.

„Es war wirklich ein sehr schnell umgesetztes Projekt“, sagte Swanson.

Die Cobot-Bremszelle umfasst zwei Abkantpressen, die jeweils mit einem Cobot und einem Pin-Tisch für Teile ausgestattet sind. Jeder Cobot nimmt flache Teile vom Pin-Tisch auf, bringt sie zur Umformung zur Abkantpresse und legt sie dann in die dafür vorgesehene Verpackung. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis alle Teile auf dem Pin-Tisch verbraucht sind. Während der Prozess läuft, können Bediener flache Teile auf dem Pin-Tisch umstapeln. Der gesamte Programmablauf ist im Cobot enthalten.

Die Cobots beherrschen selbst die anspruchsvollsten Kurvensequenzen, von denen einige fünf oder sechs Kurven umfassen. Jedes verfügt über einen Kraftsensor, der es ermöglicht, das Teil direkt an den Hinteranschlag zu bringen, bevor der Biegevorgang beginnt. In der Nähe der Abkantpresse befindet sich auch eine Regrip-Station für den Fall, dass bestimmte Teile eine Änderung in der Art und Weise erfordern, wie der Cobot sie der Abkantpresse präsentiert.

„Wir können die Pin-Tische beladen, während die Cobots laufen, und wir können auch die Teilebehälter entfernen und ersetzen. Sie hören also nie wirklich auf“, fügte Swanson hinzu.

Kapco hat seine derzeitigen Abkantpressen-Einrichter und technikinteressierten Bediener als Cobot-Programmierer eingesetzt. Beim Programmieren greifen sie buchstäblich nach dem Handgelenk des Cobots und ziehen ihn durch den Biegevorgang, wobei jede Bewegung laut Swanson als „Teach-Punkt“ protokolliert wird. Da die Leute, die früher manuelle Bremsen einrichteten und bedienten, wissen, wie diese Aufgaben erledigt werden, benötigen sie nur wenige Minuten, um den Cobots beizubringen, ähnliche Aufgaben auszuführen.

Was die Planung angeht, sagte Bassindale, dass die beiden Cobot-Zellen wie jede andere Abkantpresse behandelt werden. Den Cobots werden bestimmte Aufgaben zugewiesen und Umstellungen werden bei Bedarf geplant.

„Der einzige wirkliche Unterschied besteht darin, dass wir vor den Cobots eine Person an jeder dieser Bremsen hatten, die die Arbeit ausführte, aber jetzt haben wir nicht mehr die beiden Leute dort. Wir haben jemanden, der sich der Überwachung der Zellen widmet, während er eine andere Anlage betreibt, was dabei geholfen hat, beide Zellen am Laufen zu halten und so die Effizienz und Betriebszeit zu maximieren“, sagte Bassindale.

In einer typischen Industrieroboterzelle kann ein Käfig die Sicht einer Person in den Produktionsbereich teilweise verdecken, diese beiden Cobots arbeiten jedoch in einem weiten, offenen Raum. Um jeden Bereich der Abkantpresse herum sind Sicherheitsscanner aufgestellt, sodass die Geschwindigkeit der Cobots stark reduziert wird, wenn jemand hineinkommt. Wenn ein Cobot tatsächlich Kontakt aufnimmt, wird er durch eingebaute Kraftsensoren gestoppt.

„Wir betreiben diese seit einem Jahr“, sagte Bassindale. „Wir hatten keine Sicherheitsprobleme oder Verletzungen.“

In diesem Jahr hatten die Kapco-Mitarbeiter auch die Gelegenheit, sich selbst davon zu überzeugen, wozu die neue Biegeautomatisierung in der Lage ist. Sie erkennen, dass die Cobots die Arbeit erledigen können, merken aber auch, dass sie nicht unbedingt so schnell sind wie menschliche Bediener. Obwohl diese Beobachtung zutreffend ist, ist sie auch nicht die ganze Geschichte.

Laut Bassindale tragen die Cobots dazu bei, die Biegekapazität zu maximieren, indem sie Teile während der Woche formen, sowohl während der Schicht als auch zwischen den Schichten. Beispielsweise kann ein Pin-Tisch, der am Ende der Schicht voll beladen ist, Teile für die nächsten Stunden formen. Deshalb biegen die Cobots immer noch Teile, wenn alle am Freitagnachmittag nach Hause gehen.

Bassindale fügte hinzu, dass die Cobots selbst bei langsamerer Geschwindigkeit eine Wiederholgenauigkeit bieten, die für einen menschlichen Bediener schwer zu erreichen ist. Selbst die erfahrensten Bremser neigen dazu, hin und wieder ein Teil verkehrt herum gegen den Hinteranschlag zu legen, insbesondere wenn sie während einer Schicht mehrere verschiedene Aufgaben erledigen müssen. Andererseits wird ein Roboter dieses Teil jedes Mal auf die gleiche Weise herstellen, selbst wenn diese Teile im Abstand von sieben Tagen hergestellt werden.

Swanson sagte, die Abkantpresse trage auch dazu bei, die Sicherheit in der Biegeabteilung zu verbessern. Teile, die als „sicherheitskritisch“ gelten, werden zu den automatisierten Abkantpressen geschickt. Dabei kann es sich zum Beispiel um Teile mit offensichtlichen Quetschstellen handeln.

„Wir halten die Leute von diesen sicherheitskritischen Jobs fern“, sagte Swanson.

Nach dieser erfolgreichen Implementierung konzentriert sich das Advanced Engineering Team nun auf die Einführung von Cobots und Automatisierung in anderen Unternehmensbereichen. Swanson sagte, die nächste Anwendung könnte das Stanzen sein, und das Team prüft eine Technologie zum Scannen von Teilen, die die Notwendigkeit einer speziellen Tischanordnung für die Teilepräsentation für den Cobot überflüssig machen wird. Ein Cobot soll in der Lage sein, einen Behälter voller Teile zu scannen, ihn unabhängig von der Ausrichtung aufzunehmen und der Stanzpresse zuzuführen.

Laut Bassindale stellen Cobots einen großen Vorteil für jedes Unternehmen dar, das Prozesse automatisieren möchte, da sie für viele andere Bereiche des Unternehmens umfunktioniert und eingesetzt werden können. Ein Unternehmen könnte zunächst einen Cobot in einer Pick-and-Place-Anwendung einsetzen und dann denselben Cobot in einer Abkantpressenanwendung einsetzen.

„Wenn es hier nicht funktioniert, können Sie es immer woanders unterbringen“, sagte er. „Es erhöht das Selbstvertrauen eines Shops wie uns, [in die Automatisierung zu investieren]. Es gibt einfach viele Anwendungen, in denen Cobots eingesetzt werden können.“