Gemeenschappelijk onderzoeksproject met het Fraunhofer IPA
2 juni 2021
Geautomatiseerde draagrailmontage met robots

Intelligent geprogrammeerde robots in plaats van een prijzige installatie voor de geautomatiseerde montage van draagrails: de software "pitasc" van Fraunhofer IPA maakt dit mogelijk. Dankzij deze software kunnen robots met behulp van afzonderlijke programmamodules krachtgeregeld worden geprogrammeerd. Hoe een toepassing voor de montage van draagrails er in de praktijk uit kan zien, laat een gemeenschappelijk onderzoeksproject van Fraunhofer IPA en WAGO zien.

Een lichtgewicht robot pikt een kunststof onderdeel met de tweevingergrijper op, transporteert het onderdeel naar de component waarop het onderdeel geplaatst moet worden en laat het met behulp van een krachtgestuurde kantelbeweging vastklikken. Als de montagetoepassing opnieuw gepositioneerd dient te worden, hoeven de bewegingen niet opnieuw geprogrammeerd te worden. De programmering vindt werkstukgerelateerd plaats en de krachtregeling kan toleranties met betrekking tot onderdeel en positie geschikt compenseren. De beschreven toepassing hebben onderzoekers aan het Fraunhofer-instituut voor productietechniek en automatisering (afgekort IPA) gerealiseerd. Het instituut werkt al vele jaren aan oplossingen voor een volledig of gedeeltelijk geautomatiseerde montage. Deze stap in de productie is immers de stap die grotendeels handmatig wordt uitgevoerd: in 2020 werd slechts iedere tiende robot van alle wereldwijd verkochte robots in de montage gebruikt. Uitdagingen zoals kleine batchgrootten, een hoge diversiteit aan varianten en een groot aantal individuele processen vormen vaak een belemmering voor een rendabele automatisering van de montage.

Uw voordelen:

Innovatief: geautomatiseerde draagrailmontage met robots in de praktijk
Uniek: TOPJOB^® S-rijgklemmen bij de geautomatiseerde uitrusting van schakelkasten
Eenvoudig: handmatige stappen komen te vervallen en betekenen een tijdbesparing
Veelzijdig: door diverse varianten bij de rijgklemmen kan de montage met een robot gestructureerd uitgevoerd worden

Standaard robots kunnen draagrails uitrusten, ook bij klemmen met een complexe constructie.

Michael Dörbaum, Head of Product Management Switchgear Cabinet Components bij WAGO

Volledige automatisering als oplossing?

Tal van schakelkastbouwers worden met vergelijkbare uitdagingen geconfronteerd. Als solution partner op het gebied van de schakelkastbouw kennen de experts van WAGO deze problemen uit tal van gesprekken met klanten. Een illustratief voorbeeld is de uitrusting van schakelkasten met rails, componenten en kabels. Een proces dat wordt gekenmerkt door een groot aantal handmatig uit te voeren stappen. Processen zijn vaak tijdsintensief, duur én gevoelig voor storingen. Een doorsnee schakelkast beschikt alleen al over 500 verbindingen voor de besturingstechniek, met verschillende kleuren, doorsneden en uitvoeringen.

Om bestaande processen te optimaliseren, is de volledige automatisering niet altijd de beste oplossing voor iedere taak. Hierbij moet rekening worden gehouden met verschillende aspecten.
Hoewel de automatisering voor duidelijke processen en een reductie van de werkbelasting van de vakkrachten zorgt, gaat de automatisering altijd ook gepaard met hogere kosten en loont zodoende pas bij grote hoeveelheden. Bovendien sluiten gespecialiseerde systemen niet altijd aan bij individuele eisen. WAGO weet uit ervaring dat het vaak al voldoende is om processen te vereenvoudigen of te digitaliseren om de vakkrachten te ontlasten.

Als automatiseren noodzakelijk is, kan het gebruik van gangbare robotarmen een oplossing zijn. Standaard robotarmen zijn relatief voordelig en kunnen flexibel toegepast en uitgebreid worden. Een vraag die hierbij beantwoord moet worden: kunnen standaard robots draagrails uitrusten? "Mijn antwoord op deze vraag: ja, dat kunnen robots, zelfs bij klemmen met ingewikkelde bouwvormen", aldus Michael Dörbaum, Head of Product Management Switchgear Cabinet Components bij WAGO.

In het kader van een gezamenlijk project hebben WAGO en Fraunhofer IPA een testscenario voor de uitrusting van draagrails opgezet, om na te gaan in hoeverre een dergelijk geautomatiseerde uitrusting van draagrails met rijgklemmen gerealiseerd kan worden met standaard hardware en geavanceerde software: een robot diende verschillende TOPJOB^® S-rijgklemmen van WAGO op draagrails vast te klikken. Hierbij werden TOPJOB^® S-rijgklemmen met uiteenlopende doorsneden (nominaal doorsnedebereik 1 mm² tot 16 mm²) en gedeeltelijk complexe bouwvormen zoals meeretageklemmen of gebouwinstallatieklemmen gebruikt. Bovendien werden klemmen met een geleidend contact met de draagrail getest die door de PE-voet iets moeilijker vast te klikken zijn. Een ander criterium bij het onderzoek was de pakkingsdichtheid van de gemonteerde klemmen, aangezien deze voor de markering achteraf - bijvoorbeeld met de eindeloze markeringsstroken van WAGO - net zo dicht moeten zijn als bij de handmatige montage.

Montagetaken gestructureerd programmeren/software als modulair systeem

Fraunhofer IPA biedt voor uitdagende montagetaken – zowel met het oog op de diversiteit aan varianten bij de klemmen als op veeleisende aansluitprocessen – het modulaire softwaresysteem "pitasc" aan. Dit modulaire systeem maakt gestructureerd programmeren mogelijk. "Tot dusverre moest een robotsysteem bij iedere nieuwe toepassing ook opnieuw ingericht worden. Met onze software kunnen reeds gemodelleerde taken snel aan nieuwe productvarianten, in dit geval dus van de klemmen, aan nieuwe producten en zelfs aan robots van andere fabrikanten worden overgedragen", licht Lorenz Halt, wetenschapper van het Fraunhofer IPA en medeontwikkelaar van pitasc, toe. De software is als modulaire bouwdoos opgebouwd: deze bouwdoos bevat tal van gebruiksklare en herbruikbare programmamodules die bij de inrichting van een robotsysteem individueel gecompileerd, geparametreerd en toegepast kunnen worden.

Aanvullend maakt pitasc gebruik van sensoren om de proceskrachten actief te kunnen regelen. Voor de WAGO-test werd gebruik gemaakt van de robot UR10e met reeds geïntegreerde krachtsensoren. "Zo kan het robotsysteem toleranties met betrekking tot onderdeel en positie compenseren en wordt geen overmatige kracht toegepast", licht Halt toe. "Hierdoor worden de gevoelige onderdelen ontzien." Aangezien het proces vanuit het oogpunt van de werkstukken wordt geprogrammeerd, kan het aangemaakte programma eenvoudig aan varianten worden aangepast, omdat alleen bepaalde parameters zoals proceskrachten en grijperposities gewijzigd hoeven te worden. De software is, last but not least, onafhankelijk van de fabrikant van de robot.

Met onze software kunnen reeds gemodelleerde taken snel aan nieuwe productvarianten, in dit geval dus van de klemmen, aan nieuwe producten en zelfs aan robots van andere fabrikanten worden overgedragen.

Lorenz Halt, wetenschapper aan Fraunhofer IPA en medeontwikkelaar pitasc

Succesvol monteren - met robots

De in het kader van het onderzoek uitgevoerde tests met de rijgklemmen van WAGO waren succesvol. De gebruikte robot kon met behulp van pitasc alle klemmen succesvol plaatsen. Het aanpassen van de software aan de diverse varianten van de klemmen, met inbegrip van complexere klemmen zoals 2-etage of PE-klemmen, konden de projectpartners eenvoudig realiseren met behulp van de programmaparameters. Herprogrammeren was in geen geval noodzakelijk. Zelfs bij de PE-klemmen kon een hoge pakkingsdichtheid worden bereikt, simpelweg door de robot krachtgeregeld tegen het reeds gemonteerde pack te laten drukken.

Deze testresultaten laten zien dat een automatisering van de montage voor het uitrusten van draagrails ook met behulp van robots en klemmen "off the shelf" technisch realiseerbaar is als de gebruikte software de uitdagingen van de toepassing aankan. "Onze ervaringen met klanten laten duidelijk zijn dat bij de automatisering van de schakelkastproductie rekening moet worden gehouden met tal van individuele eisen. De resultaten laten echter ook zien dat de oplossing simpel kan zijn als standaard hardware gebruikt kan worden", aldus Dörbaum.

Het voordeel van een dergelijke oplossing is dat de investeringskosten voor de toepassing te overzien zijn, de oplossing echter toch flexibel is. De diversiteit aan varianten kan met de software effectief en zinvol worden beheerd. Voor het gebruik van een dergelijke toepassing in industriële omgevingen zijn echter verdere werkzaamheden vereist. Ervaring heeft aangetoond dat de eisen, afhankelijk van de schakelkastbouwer, aanzienlijk verschillen met betrekking tot het aantal verschillende componenten, de doorlooptijden én de integratie van verschillende processtappen.

Het moge duidelijk zijn: er is niet één manier om de productie van schakelkasten te automatiseren. Voortbordurend op de hier beschreven aanpak met "standaard robots en klemmen" moeten nog tal van vragen worden beantwoord. Kan het uitrusten en aansluiten ook direct in kleine verdelers worden uitgevoerd? Hoe worden klemmen optimaal geplaatst? "De uitermate succesvolle test voor het uitrusten van draagrails met robots en IPA-software is een goed uitgangspunt voor de verdere samenwerking op het gebied van industrieel onderzoek en andere ontwikkelingen met het oog op een productief gebruik", aldus Dörbaum.

Auteursinformatie:

Frank Nägele is hoofd van de groep robotprogrammering en -regeling aan het Fraunhofer-instituut voor productietechniek en automatisering (IPA); frank.naegele@ipa.fraunhofer.de; +49 711 9701063

WAGO-contacten:
Burkhard Niemann is Product Manager Switchgear Cabinet Components, Lena Wilkening is Communication Manager

Andere onderwerpen

New Work: de nieuwe manier van werken in het digitale tijdperk

De digitale transformatie zorgt in de schakelkastbouw niet alleen voor veranderende werkprocessen, maar ook voor een veranderende werkwijze. Creatief en flexibel werken staat steeds meer in de spotlights. Bij WAGO wordt "New Work" het "Nieuwe Normaal".

"Niet bang voor de digitalisering"

Industrie 4.0., Internet of Things, Smart Factories, Cloud Computing: digitale buzzwords vieren hoogtij in de industriële sector: alles wordt sneller, beweeglijker, effectiever. Een ontwikkeling in de schakelkastbouw die niet altijd eenvoudig te begrijpen is.

Bestellingen

Andere serviceaanbiedingen:

Bericht verzenden

Gemeenschappelijk onderzoeksproject met het Fraunhofer IPA 2 juni 2021 Geautomatiseerde draagrailmontage met robots