Hoe voorzie je machines efficiënt van producten?

Investeren in het machinepark kan niet zonder na te denken over een geschikt aan- en afvoersysteem van uw producten. Aan de aanvoerzijde kan u diverse paden bewandelen, zoals aanvoer via een transportband, via binpicking, trilkuipen, flexfeeders of in al dan niet speciaal ontworpen aanvoerbakken. Elk systeem heeft zijn specifieke voordelen en ook visiesystemen worden steeds performanter. Welke benadering is er nu het best geschikt voor uw toepassing?

 

Transportband met visiesysteem

Voor sommige onderdelen kan een snelle picking gerealiseerd worden rechtstreeks vanop de transportband. De stukken worden door een visiesysteem voortdurend gedetecteerd en hun positie wordt doorgegeven aan de controller van de robot en picker.

Er zijn wel enkele belangrijke randvoorwaarden vereist om dit succesvol uit te voeren. Hoewel visiesystemen steeds performanter worden op het gebied van rekenkracht en snelheid, vereist een succesvolle verwerking een optimale afstemming van de informatie uit het visiesysteem, de aanvoersnelheid, de pickingsnelheid van de robot en de uiteindelijke verwerkingssnelheid van de bewerking. Een geslaagde picking realiseren is dus maar een klein deel van het uiteindelijke verhaal.

Investeren in het machinepark kan niet
zonder een geschikt toevoersysteem

Random binpicking met visiesysteem

Ook binpicking maakte de afgelopen jaren een sterke evolutie door, onder invloed van de 2D- en later 3D-visiesystemen. Een object uit een bak nemen is voor mensenhanden zeer eenvoudig, maar deze taak succesvol automatiseren, bleek vaak een moeilijke opdracht. Toch zeker in de praktijk, want de werkende oplossing vanop de beursvloeren bleken zeker niet altijd even makkelijk te kopiëren. Dat heeft meerdere oorzaken, waarvan de lokalisering slechts een deel van de uitdaging vormt. Ook de oriëntatie en de positionering van andere onderdelen speelt mee, zodat de picking een botsvrij pad kan volgen tussen de andere stukken, de bakomtrek en de eigen beperkingen. Daarnaast blijkt binpicking ook vatbaar voor externe factoren, zoals belichting en de toestand van de stukken (vuil, vet …).

Om een succesvolle binpicking te realiseren, is er dan ook veelal een uitgebreide installatie met de nodige analysesoftware vereist. Het vinden van een snel en betrouwbaar visiesysteem is eveneens een uitdaging. Het grijpen door de robot vanuit een oneindige reeks posities, waarbij verschillende benaderingshoeken voor de robotarm en grijper nodig zijn, vormt zeker bij een hogere productiesnelheid een moeilijk te nemen horde.

Picking met aangepaste bakken met blisters

Een deel van de hinderpalen van random binpicking kan worden omzeild met een meer geordende manier van toevoeren. Voor sommige applicaties kan dat via toevoer van bakken met een vaste structuur. Omdat de robot de exacte positionering van de stukken weet in die bakken, kan een vaste padprogrammering ingesteld worden.

Nadeel van deze werkwijze is dat de stukken uiteraard eerst op een of andere manier in de blisters geplaatst moeten worden. Het kapt dus als het ware de uitdaging in twee en verplaatst ze deels naar iets eerder in het proces.

Trilkuipen

Trilkuipen zijn een eenvoudige oplossing om voornamelijk kleinere onderdelen met grote reeksen op eenzelfde manier - verenkeld en in dezelfde oriëntatie - aan te voeren aan de machine. De onderkant van de trilvuller bestaat meestal uit veren. De aandrijving gebeurt met een elektromagneet.  Een draaipatroon in de trilunit zorgt voor specifieke bewegingen zodat onderdelen van elkaar worden gescheiden en in de gewenste positie en locatie, aan de juiste snelheid, worden aangevoerd. Er bestaan hierbij meerdere opties, zoals een dubbel spoor, versterkte bodems die beschadiging tegengaan bij abrasieve stukken, geluidsdemping …

Ook kan het soms nodig zijn om het aantal toegevoerde stuks te beperken. Hiervoor kan het dikwijls interessant zijn om de kuip te voeden vanuit een bunker met een grotere voorraad aan delen om zo, met behulp van een niveausturing, de kuip te vullen met de juiste hoeveelheid zodra voldoende onderdelen opgebruikt zijn.
Er zijn 3 opbouwvormen: cilindrisch, kegelvormig en trapsgewijs. De cilindrische opbouw is vooral geschikt voor de snelle en continu verwerking van grote reeksen van kleinere componenten. Een kegelvorm is eerder geschikt voor de iets grotere stukken en voor het voorsorteren. Ook de trapsgewijze systemen worden eerder voor grotere componenten ingezet.

Flexfeeder

Trilkuipen kunnen niet voor alle producten ingezet worden. Zeker met de huidige evoluties in het achterhoofd - kleinere reeksen met veel diversiteit in producten - kan een flexfeeding-systeem een antwoord bieden op de vraag naar een performante aanvoer.

De werking is als volgt: de op te nemen stukken worden vanuit de bulkopslagbak naar de trilplaat gebracht. De onderdelen worden hierbij naar voren of achteren bewogen of omgedraaid door de servomotoren die zich net onder de installatie bevinden. Belangrijk is dat hierbij gespeeld kan worden met twee belangrijke parameters - de snelheid en duur van de beweging - in functie van het op te nemen stuk. Je kan met andere woorden meerdere producten op één flexfeeder laten aanvoeren, enkel de instelling van de parameters moet worden aangepast. Een visiesysteem boven de trilplaat analyseert voorts de oriëntatie en positie van de willekeurig verdeelde onderdelen en vertelt de feeder welke actie hij kan ondernemen. De positie van de correct georiënteerde onderdelen wordt gecommuniceerd met de robot, die de onderdelen oppakt voor verdere verwerking.

Vooral voor bedrijven die veel series hebben van gelijkaardige stukken met wat minder volume, kan dit een zeer interessante oplossing zijn. We vermelden nog dat er aanvoerformaten beschikbaar zijn in een brede waaier aan vormen en afmetingen, wat verder bijdraagt aan de flexibiliteit.

De grootte van de feeder wordt het best zo groot mogelijk gekozen

Opties voederdek

De trilplaat waarop de picking gebeurt, kan in meerdere uitvoeringen aangeboden worden, zodat de optimale omstandigheden voor het visie- en pickingsysteem gecreëerd worden. Zo kan de ondergrond ondoorzichtig zijn voor verlichting van bovenaf of doorschijnend om verlichting van achteren door het aanvoerdek mogelijk te maken. De materiaalkleuren van het voederdek kunnen ook aangepast worden in functie van de belichting.
Ook het materiaal waaruit de trilplaat bestaat, kan uit meerdere kunststoffen geleverd worden, zodat het zo goed mogelijk aansluit bij het onderdeel en de omgeving. Als onderdelen gemakkelijk wegrollen, wat de cyclustijd verlengt en de kans op pickfouten verhoogt, kan het dek uitgevoerd worden met groeven of uitsparingen van verschillende grootte om de onderdelen op hun plaats te houden.

De grootte van de feeder wordt het best zo groot mogelijk gekozen, omdat er zo meer ruimte is voor onderdelen - wat uiteraard de kans verhoogt op een stuk met de juiste oriëntatie. Zo zijn ook meer picks per minuut mogelijk.

Belang visiesysteem

Flexibele toevoermachines doen een beroep op machine vision om een onderdeel op de toevoer te lokaliseren en de positie en oriëntatie aan de robotbesturing door te geven. Een goed ontworpen visionprogramma identificeert onderdelen die elkaar niet overlappen en die voldoende afstand hebben om foutloos op te kunnen nemen. Er is een breed scala aan machine vision resoluties, lenzen, bevestigingen en verlichtingsopties beschikbaar om de locatie en oriëntatie van het werkstuk te optimaliseren.

De resolutie moet voldoende groot zijn om het werkstuk te lokaliseren met een nauwkeurigheid van + 1% over het gehele gezichtsveld (FOV), dat 100 keer of meer het oppervlak van het werkstukprofiel kan zijn. Ook de verlichting is belangrijk: wat is de lichtbron onder het invoerdek? Er kan geopteerd worden voor backlighting van onderdelen (waar het resulterende silhouet volstaat om het onderdeel te identificeren en te lokaliseren) of toplighting, wat voor onderdelen met variaties interessant kan zijn.

Voorts moet dan bekeken worden welke kleur of golflengte het beste is voor de beoordeling van het onderdeel en de omgevingsfactoren: wit, rood of infrarood?