Optimalisatie van de montage:een vergelijkende studie van vier pick-and-place-technieken voor industriële robots

20
Mei

Vergelijking en contrast van vier pick-and-place-technieken voor industriële robots voor assemblage

• Door:Brian McMorris
• 3D bakken picken
• Commentaar:0

Mei 2024 Simple Solutions-nieuwsbrief

In het huidige industriële landschap speelt automatisering een cruciale rol bij het terugdringen van de vraag naar arbeid/kosten, waardoor de productieproductiviteit en -efficiëntie in de meeste marktsectoren en toepassingen wordt verbeterd. Onder de talrijke automatiseringstechnieken in het arsenaal van ingenieurs vallen industriële robot pick-and-place-operaties op als cruciale technologieën in productie- en logistieke processen die kunnen worden geautomatiseerd, waardoor de vraag naar arbeid afneemt. Deze operaties omvatten de verplaatsing van objecten of onderdelen van de ene locatie naar de andere, waarbij vaak precisie en snelheid vereist zijn. In deze vergelijking verdiepen we ons in vier prominente pick-and-place-technieken:flexibele feeders, 4D bin picking, trilfeederschalen en het volgen van transportlijnen.

1. Flexibele feeders:

Flexibele feeders maken gebruik van verschillende mechanismen, zoals pneumatische, tril- of robotsystemen, om onderdelen aan een machinevisiesysteem te presenteren voor robotachtige pick-and-place-operaties. Deze feeders zijn aanpasbaar aan verschillende vormen en maten componenten, waardoor ze veelzijdig zijn 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 verwerken. Maar onderdelen mogen niet groter zijn dan 1/3 van de breedte van de invoerplaat, zodat er ruimte is voor verenkeling en locatie door machinaal zicht. Over het algemeen moeten onderdelen tussen de 1 mm en 100 mm lang zijn en mogen ze minder dan 1 kg (2,2 lbs) per stuk wegen.

Naast de maatlimieten hebben flexibele feeders ook andere potentiële beperkingen. Ze kunnen langzamer zijn in vergelijking met andere technieken voor het selecteren van onderdelen, vooral als het gaat om ingewikkelde onderdelen die een nauwkeurige oriëntatie vereisen. Bovendien kan de initiële installatie en kalibratie van flexibele feeders tijdrovend zijn en kan er bekwaam personeel met expertise op het gebied van robotica en visie nodig zijn. Onderdelen moeten stijf zijn en mogen niet zacht of rubberachtig zijn, omdat ze niet reageren op de trillingen of trillingen van de machine die nodig zijn om de onderdelen te verenkelen.

Een van de sleutels tot een succesvolle flexibele feedertoepassing is de juiste selectie, kalibratie en integratie van het machine vision-systeem dat een te picken onderdeel identificeert, kwalificeert en lokaliseert, en de onderdeelcoördinaten en rotatie naar de robotcontroller stuurt. Hierbij hoort ook de juiste verlichtingsselectie, boven- of achtergrondverlichting, selectie van het ontwerp van de voerplaat en verlenging van de onbewaakte looptijd door opties voor bulkvoeding. Daarna moet de robot worden geprogrammeerd om naar het onderdeel te gaan en het met een geschikte grijper op te pakken. Eenmaal geplukt wordt het onderdeel in een op maat gemaakt armatuur of nest geplaatst voor verdere verwerking of montage. De gehele operatie maakt het verzamelen, oriënteren en plaatsen van 10 tot 30 onderdelen per minuut mogelijk.

2. 4D bakken picken:

Bij 4D bin picking wordt gebruik gemaakt van geavanceerde vision-systemen, waaronder kunstmatige intelligentie (AI) en geïntegreerde robotica om objecten uit een bak of container te identificeren en te pakken in alle drie dimensies:breedte (X), lengte (Y) en hoogte (Z) plus lichtintensiteit. Deze techniek is zeer efficiënt bij het verwerken van bulkmaterialen en willekeurige en overlappende oriëntaties van onderdelen, zelfs in diepe bakken. Door gebruik te maken van vision-sensoren en geavanceerde algoritmen kunnen 4D-bin-picking-systemen objecten nauwkeurig lokaliseren en vastpakken, zelfs in rommelige omgevingen met zeer variabele verlichting.

Een van de belangrijkste uitdagingen bij 4D bin picking is de rekencomplexiteit die gepaard gaat met het in realtime verwerken van grote hoeveelheden visuele gegevens. Dit is waar AI (grootschalig onderwijs in de oriëntatie van onderdelen en verlichtingsmogelijkheden) een rol gaat spelen, samen met geavanceerde rekenchips in de applicatieserver. Het realiseren van betrouwbare objectherkenning, in een verscheidenheid aan lichtomstandigheden, en het real-time genereren van algoritmen voor gripplanning vereist aanzienlijke computerbronnen en expertise. Voor 4D-bin-picking-systemen zitten de kosten eerder in de geavanceerde GPU-berekening dan in de camera's.

4D bin picking is een uitstekende techniek voor gematigde voedingssnelheden. Deze aanpak kan vaak onregelmatige of grotere delen oplossen waar een flexfeeder minder effectief of zelfs niet mogelijk zal zijn. Langere onderdelen kunnen elkaar overlappen op een klassieke manier met 'pick-up sticks', maar de visie is in staat om de beste kandidaat te onderscheiden en de robot in de juiste houding te sturen om het onderdeel op te pakken en te plaatsen met een snelheid van 10 tot 30 onderdelen per minuut.

3. Trilvoederbakken:

Trilfeederkommen maken gebruik van trillingen in een nauwkeurig vervaardigde kom met een spoor dat de onderdelen moeten volgen om de onderdelen te oriënteren en naar een robot te voeren voor pick-and-place-operaties. Deze kommen zijn bijzonder effectief voor kleine tot middelgrote componenten die gemakkelijk kunnen worden gemanipuleerd met behulp van trillingskrachten. Trilvoederkommen staan ​​bekend om hun snelle werking en betrouwbaarheid bij het handhaven van de oriëntatie van de onderdelen tijdens het voerproces. Fotosensoren en luchtstoten worden gebruikt om onderdelen te detecteren die onjuist volgen en ze van de baan te blazen of ze op een andere manier te zuiveren via strategische openingen in de baan.

Ondanks hun efficiëntie hebben trilvoederkommen beperkingen, vooral als het gaat om delicate of gevoelige onderdelen die mogelijk beschadigd kunnen raken door overmatige trillingen. Bovendien kan het ontwerp en de aanpassing van voerbakken voor verschillende onderdeelgeometrieën een uitdaging zijn en kan dit gespecialiseerde technische en vakkennis vereisen. Als er regelmatig van eindproduct wordt gewisseld en er verschillende onderdelen nodig zijn voor de montage, moet voor die onderdelen een unieke voerbak worden ontworpen en moeten alle bakken worden vervangen en opnieuw worden gekalibreerd. Dit is een dure en tijdige operatie, waardoor trilschalen het meest geschikt zijn voor hoge productiesnelheden van vaste eindproducten met volumes in de honderdduizenden of miljoenen onderdelen per jaar. Trilschalen zijn in staat onderdelen te plaatsen voor het verzamelen met een snelheid van 60 tot 200 delen per minuut, waarbij het verzamelen gewoonlijk door speciale “harde automatisering” plaatsvindt, aangezien deze snelheid de capaciteiten van de meeste robotarmen overtreft.

4. Tracking van transportbanden:

Bij het volgen van transportbanden wordt de beweging van een robot gesynchroniseerd met een bewegende transportband om objecten op te pakken en te plaatsen terwijl ze langs de productielijn reizen. Deze techniek wordt vaak gebruikt in productieomgevingen met grote volumes, waar continue werking en snelle doorvoer essentieel zijn. Door de lopende band te volgen, kunnen robots, meestal 'delta'-robotontwerpen van bedrijven als Fanuc en ABB, zichzelf nauwkeurig positioneren om onderdelen op te pikken zodra deze beschikbaar komen.

Een van de belangrijkste voordelen van het volgen van transportlijnen is de schaalbaarheid en efficiëntie bij het verwerken van grote hoeveelheden onderdelen met minimale stilstand. Deze techniek is populair bij het verpakken van voedselproducten, zoals bakkerijproducten, verpakte snacks of verpakte kleding. Met een deltarobot kunnen snelheden tot 120 per minuut worden behaald. Deze techniek is echter mogelijk niet geschikt voor toepassingen die een nauwkeurige oriëntatie van onderdelen vereisen of voor onregelmatig gevormde objecten. De typische delta met 4 assen werkt slechts in één vlak, heeft niet veel “Z” of verticale beweging, en is dus het beste voor het oppakken van platte voorwerpen en het overbrengen naar een verpakkingslijn. Maar er zijn hybrides verkrijgbaar met een 3-assige pols en grijper toegevoegd aan de 4-assige delta, zoals de Fanuc M-1iA

Samenvatting

Elke pick-and-place-techniek voor industriële robots biedt verschillende voordelen en beperkingen, afhankelijk van de specifieke vereisten van de toepassing. Flexibele feeders blinken uit in veelzijdigheid, maar kunnen voor bepaalde taken snelheid en precisie missen. 4D bin picking is ideaal voor het verwerken van bulkmaterialen, maar vereist aanzienlijke rekenkracht. Trilvoederkommen bieden een snelle werking, maar zijn mogelijk niet geschikt voor kwetsbare onderdelen. Het volgen van transportlijnen zorgt voor een continue werking, maar kan voor bepaalde toepassingen niet nauwkeurig zijn. Uiteindelijk moeten fabrikanten hun behoeften zorgvuldig evalueren en de pick-and-place-techniek kiezen die het beste aansluit bij hun productiedoelen en -beperkingen.

Futura Automation levert componenten of complete oplossingen in elke categorie van picking en plaatsing voor montagetoepassingen. Futura Automation is de Amerikaanse vertegenwoordiger voor Flexfactory flexibele feeders en is een door Fanuc en Brooks Automation geautoriseerde robotdealer voor complete systemen. Voor visioncomponenten van Cognex met onze eigen Feedware CX-software voor eenvoudige integratie zijn Fanuc IR Vision- of Keyence vision-systemen beschikbaar en geïntegreerd in bestaande systemen.

Voor 4D bin picking werkt Futura samen met Apera.ai, dat beschikt over een zeer geavanceerd systeem met snelle en foutloze visie- en robotpadverwerking. Vibromatic is een goede bron voor trilvoederkommen als dat de juiste techniek is. Ook voor line tracking-toepassingen kan Futura Automation samenwerken met Apera.AI, Cognex of Keyence om het visieprobleem op te lossen en Fanuc voor de deltarobots. Neem contact op met Futura Automation met uw lastigste pick-and-place-problemen en wij leveren een uitstekende oplossing voor u. tech@futura-automation.com