Gemensamt forskningsprojekt med Fraunhofer IPA
2 juni 2021
Automatiserad DIN -skenmontering med robotar

Robotar med intelligent programmering istället för ett kostsamt system för automatiserad DIN-skena montering: Mjukvaruverktyget "pitasc" från Fraunhofer IPA gör detta möjligt och möjliggör robotprogrammering med kraftreglering med hjälp av individuella programmoduler. Ett gemensamt forskningsprojekt mellan institutet och WAGO visar hur en applikation DIN-skena montering är möjlig.

En lättviktsrobot plockar upp en plastdel med sin tvåfingergripare, styr den till komponenten som den ska fästas på och kan snäppa fast den ordentligt med en lutande rörelse med kraftreglering. Om monteringsapplikationen någonsin behöver konfigureras om, finns det inget behov av att programmera om rörelserna. Programmeringen är arbetsstyckesspecifik och kraftregleringen möjliggör intelligent kompensation för komponent- och positionstoleranser. Den nyss beskrivna applikationen har implementerats av forskare vid Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation (IPA). Institutet har arbetat med lösningar för hel- eller delautomatiserad montering i många år. När allt kommer omkring är detta produktionssteg notoriskt fortfarande till stor del utfört för hand: 2020 arbetade bara ungefär en av tio av alla robotar som såldes i hela världen med montering. Utmaningar som små batchstorlekar, ett stort antal varianter och många individuella processer gör det ofta svårt att implementera kostnadseffektiv monteringsautomation.

Dina fördelar:

Innovativ: Automatiserad DIN-skena montering med robotar i praktiken
Oöverträffad: TOPJOB^® S Radplintar som används för automatiserad placering av styrskåpskomponenter
Enkelt: Eliminerar helt manuella arbetssteg, vilket sparar tid
Mångsidig: Tack vare det breda utbudet av radplintar kan robotar utföra montering på ett strukturerat sätt

Standardrobotar kan placera komponenter på DIN-skenor – även plintar med komplexa konstruktioner.

Michael Dörbaum, teamledare för produkthantering av styrskåpskomponenter på WAGO

Är full automation lösningen?

Många styrskåpstillverkare står inför liknande utmaningar. Som lösningspartner inom tillverkning av styrskåp har WAGO experter som är bekanta med dessa problem från många diskussioner inom kunder. Ett exempel är montering av styrskåp med skenor, komponenter och ledningar, då denna process kännetecknas av många manuella arbetsmoment. Dessa processer är ofta tidskrävande, dyra och felbenägna. I ett standardstyrskåp krävs 500 anslutningar enbart för styrtekniken och detta inkluderar kablar i olika färger, tvärsnitt och sammansättningar.

För att optimera befintliga processer är helautomatisering inte alltid den rätta lösningen för alla krav. Det finns olika punkter att ta hänsyn till här.
Även om automatisering erbjuder tydliga processer och en minskning av arbetsbelastningen för skickliga montörer, förknippas det med högre kostnader och lönar sig bara för stora kvantiteter. Dessutom uppfyller specialiserade monteringsmaskiner inte alltid de specifika kraven. Men som WAGO vet av erfarenhet räcker det ofta med att förenkla eller digitalisera processer för att flytta en del av arbetsbördan från skickliga montörer.

Om automatisering fortfarande är nödvändig kan användning av standardiserade, kommersiellt tillgängliga robotarmar vara en lösning. Fördelarna med standardrobotarmar är uppenbara: De är jämförelsevis billiga och tillåter flexibel användning och expansion En fråga som uppenbarligen måste lösas: Kan standardrobotar ens hantera komponentplacering på DIN-skenor? "Mitt svar på det: Ja, det kan de, och även för plintar med komplexa konstruktioner", säger Michael Dörbaum, Team Leader för produkthantering av styrskåpskomponenter på WAGO.

För att avgöra i vilken utsträckning sådan standardrobothårdvara och sofistikerad mjukvara tillåter automatiserad montering av radplintar, satte WAGO och Fraunhofer IPA upp ett testscenario för DIN-skene montering i ett gemensamt projekt. Syftet var att en robot skulle fästa olika WAGO TOPJOB^® S radplintar på DIN-skenor via snap-on montering. TOPJOB^® S radplintar av olika storlekar användes (med nominella tvärsnitt från 1 mm² till 16 mm²), av vilka några, såsom flernivåplint eller installationsplint, involverade komplexa konstruktioner. De testade även plintar med en ledande DIN-skena kontakt; för dessa gör PE-foten snäppmonteringen något svårare. Ett annat kriterium i testet var kabeltätheten för de monterade kopplingsplintarna, eftersom automatiserad montering behöver uppnå samma täthet som manuell montering för att möjliggöra efterföljande märkning, till exempel med WAGO kontinuerliga märkningsremsor.

Strukturerad programmering av monteringsuppgifter/mjukvara som ett modulärt system

Fraunhofer IPA erbjuder sin "pitasc" mjukvarumodul för monteringsuppgifter av denna typ, vilket innebär utmaningar både på grund av de olika kopplingsplintarna och den krävande pluggningsprocessen. Det möjliggör strukturerad programmering av monteringsapplikationer. ”Förr var det nödvändigt att installera ett robotsystem i stort sett från grunden för varje applikation. Med vår mjukvara, när uppgifter väl har modellerats, kan de snabbt överföras till nya produktvarianter – i det här fallet radplintarna – till nya produkter och till och med till robotar från andra tillverkare”, säger Lorenz Halt, forskare vid Fraunhofer IPA och en av utvecklarna av pitasc. Mjukvaran är en modulär struktur: Den innehåller många återanvändbara programmoduler som är redo att användas som möjliggör skräddarsydd kombination, parametrering och användning för att sätta upp ett robotsystem.

Pitasc använder även sensorer för aktiv processtyrningsreglering. För WAGO-testet användes en UR10e-robot, med kraftsensorer redan integrerade. "Detta gör att robotsystemet kan kompensera för komponent- och positionstoleranser och undvika att utöva överdrivna krafter", förklarar Halt. "Det skyddar känsliga komponenter." Eftersom processen är programmerad ur arbetsstyckets synvinkel, när programmet väl har skapats, kan det enkelt anpassas till varianter – endast vissa parametrar som processkrafter och griplägen behöver ändras. Sist men inte minst är mjukvaran oberoende av den specifika robottillverkaren.

Med vår mjukvara, när uppgifterna väl har modellerats, kan de snabbt överföras till nya produktvarianter – i detta fall plintarna – till nya produkter och till och med till robotar från andra tillverkare.

Lorenz Halt, forskare vid Fraunhofer IPA och en av utvecklarna av Pitasc

Framgångsrik montering med robotar

Testerna som utfördes med WAGO radplintar var framgångsrika. Roboten som användes kunde framgångsrikt koppla in alla kopplingsplintar med pitasc. Projektpartnerna kunde enkelt anpassa programvaran till de olika kopplingsplintvarianterna, inklusive mer komplexa konstruktioner som dubbeldäcks- eller jordplint, via programparametrarna. Ingen tidskrävande omprogrammering krävdes. Vidare, även med jordplintar, var det möjligt att även uppnå hög ledningstäthet genom att roboten tryckte, med kraftreglering, mot den redan monterade enheten.

Dessa testresultat visar att monteringsautomation för DIN-skenor med robotar och ”off-the-shelf” plintar också är en teknisk post, så länge som mjukvaran som används kan möta applikationens utmaningar. ”Vår erfarenhet med kunder visar att många specifika krav måste beaktas när man automatiserar tillverkningen av styrskåp. Resultaten visar att en enkel lösning är möjlig om standardhårdvara kan användas”, förklarar Dörbaum.

Fördelen med en sådan lösning är att investeringskostnaderna för applikationen förblir hanterbara och att lösningen samtidigt erbjuder flexibilitet. Programvaran kan också hjälpa till att hantera det stora antalet varianter. Ändå kräver industriell användning av en sådan applikation ytterligare arbete, eftersom erfarenheten har visat att kraven skiljer sig avsevärt mellan styrskåpstillverkare vad gäller antalet olika komponenter, genomströmningstiderna och integrationen av olika processsteg.

These remarks show: There is no one way to automate control cabinet manufacturing. Bygger på det tillvägagångssätt som visas här med "standardrobotar och plintar", det finns fortfarande många fler frågor att besvara. Är det till exempel möjligt att placera komponenter direkt i små distributionscentraler och sedan koppla ihop dem? Vad är det bästa sättet att försörja plintarna? "Baserat på framgången med dessa tester är robotbaserad montering på DIN-skenor med IPA-mjukvaran en bra utgångspunkt för ytterligare samarbete inom detta industriella forskningsfält och för vidare utveckling i riktning mot produktiv användning", säger Dörbaum.

Författar Information:

Frank Nägele är chef för Robot Programming and Control Group vid Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation (IPA); frank.naegele@ipa.fraunhofer.de, +49 711 9701063

WAGO Kontakt:
Burkhard Niemann är produktchef för styrskåpskomponenter och Lena Wilkening är kommunikationschef

Andra ämnen

"Nytt arbete" i den digitala tidsåldern

Inom tillverkning av apparatskåp förändrar den digitala transformationen inte bara specifika arbetsflöden utan också hur människor arbetar. Fokus flyttas mer och mer till kreativa och flexibla arbetsmetoder. "New Work" håller på att bli det "nya normala" också i Minden.

"Var inte rädd för digitalisering!"

Industri 4.0., Internet of Things, smarta fabriker, molnberäkning: Digitala modeord går runt i industrisektorn – allt blir snabbare, smidigare och mer effektivt. Det är dock inte alltid lätt för tillverkare av apparatskåp att följa denna utveckling.

Säljsupport

Vertrieb_kontaktmodul_kundenservice_vertrieb_mann_gettyimages_482100240_400x346

Gemensamt forskningsprojekt med Fraunhofer IPA 2 juni 2021 Automatiserad DIN -skenmontering med robotar