Optimalisatie van Montage: Een Vergelijkende Studie van Vier Industriële Robot Pick-and-Place Technieken

Vergelijking van Vier Industriële Robot Pick-and-Place Technieken voor Montage

In het huidige industriële landschap speelt automatisering een cruciale rol bij het verminderen van arbeidsbehoefte en -kosten, en het verhogen van productiviteit en efficiëntie in bijna alle marktsectoren en toepassingen. Onder de talloze automatiseringstechnieken in het arsenaal van de ingenieur, vallen industriële robot pick-and-place operaties op als cruciale technologieën in productie- en logistieke processen die geautomatiseerd kunnen worden, wat leidt tot minder arbeidsbehoefte. Deze operaties omvatten de verplaatsing van objecten of onderdelen van de ene locatie naar de andere, vaak met vereisten voor precisie en snelheid. In deze vergelijking duiken we in vier prominente pick-and-place technieken: flexibele feeders, 4D bin picking, vibratievoederbakken en bandtransportlijstracking.

1. Flexibele Feeders

Flexibele feeders gebruiken diverse mechanismen zoals pneumatische, vibrerende of robotische systemen om onderdelen aan een machinevisionsysteem te presenteren voor robotische pick-and-place operaties. Deze feeders zijn aanpasbaar aan verschillende vormen en afmetingen van componenten, wat ze veelzijdig maakt in productieomgevingen met diverse productlijnen. Een van de belangrijkste voordelen van flexibele feeders is hun vermogen om onregelmatig gevormde objecten en onderdelen met complexe geometrieën te hanteren. Maar onderdelen mogen niet groter zijn dan 1/3 van de breedte van de voederplaat, zodat er ruimte is voor singularisatie en lokalisatie door machinevisie. Over het algemeen moeten onderdelen van 1 mm tot 100 mm zijn in hun langste afmeting en minder dan 1 kg (2,2 lbs) wegen.

Naast de groottelimieten hebben flexibele feeders ook andere potentiële beperkingen. Ze kunnen langzamer zijn vergeleken met andere onderdeel-pick-technieken, vooral bij ingewikkelde onderdelen die nauwkeurige oriëntatie vereisen. Bovendien kan de initiële setup en kalibratie van flexibele feeders tijdrovend zijn en vereisen gespecialiseerd personeel met expertise in robotica en visie. Onderdelen moeten rigide zijn en mogen niet zacht of rubberachtig zijn, omdat ze dan niet reageren op de machinevibraties of -oscillaties die nodig zijn om de onderdelen te singulariseren.

Een van de sleutels tot een succesvolle flexibele feeder-applicatie is de juiste selectie, kalibratie en integratie van het machinevisionsysteem, dat een onderdeel identificeert, kwalificeert en lokaliseert om te picken, en de onderdeelcoördinaten en rotatie naar de robotcontroller stuurt. Hierbij hoort ook de juiste verlichtingsselectie (boven- of achterverlichting), selectie van het voederplaatontwerp en verlenging van de onbeoordeelde looptijd door bulkvoederopties. Vervolgens moet de robot geprogrammeerd worden om naar het onderdeel te bewegen en het op te pikken met een geschikte gripper. Eenmaal opgepikt, wordt het onderdeel in een aangepaste fixatie of een nest geplaatst voor verdere verwerking of montage. De gehele operatie stelt het pikken, oriënteren en plaatsen van 10 tot 30 onderdelen per minuut in.

2. 4D Bin Picking

4D bin picking omvat het gebruik van geavanceerde visionsystemen, inclusief kunstmatige intelligentie (AI) en geïntegreerde robotica, om objecten uit een bak of container te identificeren en op te pikken in alle drie dimensies: breedte (X), lengte (Y) en hoogte (Z) plus lichtintensiteit. Deze techniek is zeer efficiënt in het hanteren van bulkmaterialen en willekeurige en overlappende onderdeeloriëntaties, zelfs in diepe bakken. Door het gebruik van visiesensoren en geavanceerde algoritmes kunnen 4D bin picking-systemen objecten nauwkeurig lokaliseren en grijpen, zelfs in ongerichte omgevingen met sterk wisselende verlichting.

Een van de hoofduitdagingen van 4D bin picking is de berekeningscomplexiteit die betrokken is bij het verwerken van grote hoeveelheden visuele data in realtime. Hier komt AI (massale training van onderdeeloriëntatie en verlichtingsmogelijkheden) van pas, samen met geavanceerde wiskundige verwerkingschips in de applicatieserver. Het bereiken van betrouwbare objectherkenning in diverse verlichtingsomstandigheden en realtime generatie van greepplanneringsalgoritmes vereist aanzienlijke berekeningsresources en expertise. Voor 4D bin picking-systemen zit de kosten in de high-end GPU-berekening en niet in de camera's.

4D bin picking is een uitstekende techniek voor matige voedsnelheden. Deze aanpak kan vaak onregelmatige of grotere onderdelen oplossen waar een flex feeder minder effectief of zelfs onmogelijk is. Langere onderdelen kunnen elkaar overlappen in een klassieke "pick-up-sticks"-manier, maar de visie is in staat om de beste kandidaat te onderscheiden om op te pikken en de robot op de juiste houding te sturen om het onderdeel op te pikken en te plaatsen met een snelle snelheid van 10 tot 30 onderdelen per minuut.

3. Vibratievoederbakken

Vibratievoederbakken gebruiken trillingen in een precies gefabriceerde bak met een baan voor de onderdelen om te volgen, om onderdelen te oriënteren en te voeden aan een robot voor pick-and-place operaties. Deze bakken zijn bijzonder effectief voor kleine tot middelgrote componenten die gemakkelijk gemanipuleerd kunnen worden met trillingskrachten. Vibratievoederbakken zijn bekend om hun hoge snelheid en betrouwbaarheid in het behouden van onderdeeloriëntatie tijdens het voedingsproces. Fotosensoren en luchtstoten worden gebruikt om onjuist volgende onderdelen te detecteren en ze van de baan te "blazen" of anderszins te zuiveren via strategische openingen in de baan.

Ondanks hun efficiëntie hebben vibratievoederbakken beperkingen, vooral bij gevoelige of kwetsbare onderdelen die gevoelig kunnen zijn voor schade door overmatige trilling. Bovendien kan het ontwerp en de aanpassing van voederbakken voor verschillende onderdeelgeometrieën uitdagend zijn en gespecialiseerde ingenieurs- en ambachtsexpertise vereisen. Als er frequente productwisselingen zijn die verschillende onderdelen voor montage vereisen, dan moet voor die onderdelen een unieke voederbak worden ontworpen en moeten alle bakken worden uitgewisseld en herkalibreerd. Dit is een dure en tijdrovende operatie, waardoor vibratievoederbakken het meest geschikt zijn voor hoge productiesnelheden voor vaste eindproducten met volumes in de honderdduizenden of miljoenen onderdelen per jaar. Vibratievoederbakken zijn in staat om onderdelen voor picking te plaatsen met een snelheid van 60 tot 200 onderdelen per minuut, waarbij het pikken meestal gebeurt door speciale "harde automatisering" omdat deze snelheid de mogelijkheden van de meeste robotarmen overschrijdt.

4. Bandtransportlijstracking

Bandtransportlijstracking omvat het synchroniseren van de beweging van een robot met een bewegende transportband om objecten op te pikken en te plaatsen terwijl ze langs de productielijn reizen. Deze techniek wordt veel gebruikt in hoogvolume productieomgevingen waar continue operatie en snelle doorvoersnelheid essentieel zijn. Door de transportband te volgen, kunnen robots, meestal "delta"-robotontwerpen van bedrijven zoals Fanuc en ABB, zich nauwkeurig positioneren om onderdelen op te pikken zodra deze beschikbaar worden.

Een van de belangrijkste voordelen van bandtransportlijstracking is de schaalbaarheid en efficiëntie bij het hanteren van grote volumes onderdelen met minimale downtime. Deze techniek is populair bij voedselproductverpakking zoals bakkerijproducten, verpakte snackgoed of verpakte kleding. Snelheden van tot 120 per minuut kunnen bereikt worden met een delta-robot. Echter, deze techniek is mogelijk niet geschikt voor toepassingen die nauwkeurige onderdeeloriëntatie vereisen of omgaan met onregelmatig gevormde objecten. De typische 4-as delta werkt slechts in één vlak, heeft niet veel "Z" of verticale beweging, en is dus het beste in het pikken van platte objecten en overbrengen naar een verpakkingslijn. Er zijn wel hybriden beschikbaar met een 3-as pols en gripper toegevoegd aan de 4-as delta, zoals de Fanuc M-1iA.

Samenvatting

Elke industriële robot pick-and-place techniek biedt distincte voordelen en beperkingen, afhankelijk van de specifieke vereisten van de applicatie. Flexibele feeders blinken uit in veelzijdigheid, maar kunnen snelheid en precisie missen voor bepaalde taken. 4D bin picking is ideaal voor het hanteren van bulkmaterialen, maar vereist aanzienlijke berekeningsresources. Vibratievoederbakken bieden hoge snelheid, maar zijn mogelijk niet geschikt voor gevoelige onderdelen. Bandtransportlijstracking garandeert continue operatie, maar kan precisie missen voor bepaalde toepassingen. Uiteindelijk moeten fabricanten hun behoeften zorgvuldig evalueren en de pick-and-place techniek kiezen die het beste past bij hun productiedoelen en -beperkingen.

Futura Automation levert componenten of complete oplossingen in elke categorie van pikken en plaatsen voor montageapplicaties. Futura Automation is de VS-vertegenwoordiger voor Flexfactory flexibele feeders en is een geautoriseerde Fanuc- en Brooks Automation-robotdealer voor complete systemen. Voor visiecomponenten zijn Cognex met onze eigen Feedware CX-software voor gemakkelijke integratie, Fanuc IR Vision of Keyence visionsystemen beschikbaar en geïntegreerd in bestaande systemen.

Voor 4D bin picking werkt Futura samen met Apera.ai, dat een hooggeavanceerd systeem heeft met snelle en foutloze visie- en robotpadverwerking. Vibromatic is een goede bron voor vibratievoederbakken wanneer dat de juiste techniek is. Voor lijnvolgingapplicaties kan Futura Automation opnieuw samenwerken met Apera.AI, Cognex of Keyence om het visieprobleem op te lossen en Fanuc voor de delta-robots. Neem contact op met Futura Automation voor uw meest uitdagende pick-and-place problemen en wij leveren een uitstekende oplossing voor u. tech@futura-automation.com