SCARA-Roboter für künftige Herausforderungen in der Fertigung bestens aufgestellt

Erschwingliche SCARA-Roboter können Unternehmen dabei helfen, eine Vielzahl von Herausforderungen zu bewältigen und bieten mit jeder neuen Generation zusätzliche Flexibilität, höhere Leistung und größere Benutzerfreundlichkeit.

SCARA-Maschine in einer Misch-Roboterzelle mit programmierbaren, modularen Förderern

Industrieroboter versetzen Fertigungs- und Logistikunternehmen in die Lage, ihre Produktivität zu steigern und gleichzeitig Kosten zu senken. Sie ermöglichen auch die industrielle Herstellung neuer Produkte, die mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder gar nicht zu montieren sind. Jede neue Roboter-Generation wird erschwinglicher, einfacher zu bedienen, schneller und effizienter.

Während die Pandemie Markttrends in allen Bereichen gestört hat, ist die Nachfrage nach Robotern weiter gestiegen. Ein treibender Faktor ist, dass Unternehmen Investitionen in Robotik als eine Lösung erkannt haben, um die Produktion aufrechtzuerhalten und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Arbeitnehmer vor Infektionen geschützt werden können. Es steht zu erwarten, dass dies auch weiterhin der Fall sein wird. Fortune Business Insights schätzt den Gesamtmarkt für Industrieroboter im Jahr 2020 auf 14,6 Milliarden US-Dollar und prognostiziert für den Zeitraum von 2021 bis 2028 eine jährliche Wachstumsrate von über 10 %.

Industrieroboter gibt es in verschiedensten Formen, um unterschiedliche Aufgaben zu bewältigen. An einem Ende des Spektrums arbeiten große Maschinen, die für schwere Hebevorgänge und Hochgeschwindigkeitsprozesse ausgelegt sind, in Bereichen, bei denen der Zugang für Menschen aus Sicherheitsgründen eingeschränkt ist. Auf der anderen Seite koexistieren kollaborative Benchtop-Roboter (Cobots) mit Arbeitern und übernehmen repetitive, anspruchsvolle oder zeitkritische Aufgaben.

Zwischen diesen beiden Extremen automatisieren Roboter, die für Lasten von wenigen Gramm bis zu 50 kg ausgelegt sind. Es wird eine Vielzahl von Prozessen automatisiert, bei denen es um das wiederholte Aufnehmen, Bewegen und Ablegen von Gegenständen geht. In der Regel wollen Anwender Geschwindigkeit, Genauigkeit und Wiederholbarkeit erhöhen oder den Kontakt von Menschen mit Gegenständen wie Lebensmitteln oder sterilen Materialien vermeiden. Der SCARA-Roboter (Selective Compliance Assembly Robot Arm) ist in der industriellen Automatisierung weit verbreitet.

SCARA-Roboter sind eine ausgereifte und erschwingliche Technologie. Sie können allein oder in Gruppen mit anderen SCARA-Robotern oder mit verschiedenen Typen wie kartesischen, einachsigen und mehrachsigen Robotern installiert werden (Bild1). Außerdem lassen sie sich gut mit den linearen Fördermodulen LCMR200 von Yamaha kombinieren, die einen flexiblen Werkstücktransport ermöglichen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Band- und Rollenförderern werden diese Module auf die gleiche Weise programmiert und gesteuert wie andere Roboter, sodass eine vollständig integrierte und koordinierte Roboter-Montagezelle geschaffen wird.

Ein genauerer Blick auf die neuesten Generationen von SCARA-Robotern zeigt, wie sich diese Maschinen ständig weiterentwickeln, um den Anforderungen moderner Fertigungen gerecht zu werden.

SCARA-Vorteile
Auf den ersten Blick unterscheiden sich die heutigen SCARA-Roboter kaum von den Maschinen früherer Generationen. Wie bei ihren Vorgängern ist das Hauptmerkmal ein kaskadierter 2-Gelenke-Arm, der in einer einzigen Ebene arbeitet. Während Science-Fiction und frühe Cobots wie Baxter humanoide Formen darstellten, hat sich der SCARA als exzellentes Mittel erwiesen, um den menschlichen Arm zu imitieren: Er kann sich gleichzeitig und unabhängig von der "Schulter" und dem "Ellenbogen" aus- und einfahren und um die Achse drehen. Dabei kann er sich innerhalb des durch die maximale Ausdehnung der beiden Glieder definierten Bereichs an beliebig viele Positionen bewegen und auch in das Innere von Gehäusen hineinreichen.

Dank dieser Flexibilität können SCARA-Roboter eine Vielzahl von Aufgaben übernehmen, wie z. B. das Bewegen von Objekten von einem Ort zum anderen, das Aufnehmen und Platzieren oder Positionieren von Bauteilen in Baugruppen sowie das Ausführen von Prozessen wie Schrauben, Dosieren und Gravieren.

Neben dieser großen Flexibilität sind Genauigkeit und Präzision weitere Stärken, die SCARA-Roboter in die Lage versetzen, anspruchsvolle industrielle Aufgaben zu bewältigen und eine hervorragende Wiederholgenauigkeit zu erzielen.

Yamahas kostengünstige und leistungsstarke SCARA-Familie YK-XE, die Nutzlasten im Bereich von 4 kg bis 10 kg bewältigt, umfasst Modelle mit einer spezifizierten Wiederholgenauigkeit von ±0,01 mm in den X-, Y- und Z-Achsen sowie ±0,01° in der Drehachse. Der Typ YK710XE ist hierbei eine Ausnahme. Mit der größten Armlänge innerhalb der Familie, die 710 mm erreicht, hat er eine Wiederholgenauigkeit von ±0,02 mm in den X- und Y-Achsen. Die Genauigkeit und Präzision dieser Roboter ermöglicht den Einsatz bei Aufgaben wie der Positionierung winziger mechanischer Teile wie kleiner Federn oder Unterlegscheiben oder der Aufnahme und Platzierung oberflächenmontierter elektronischer Bauteile. Aufgrund ihrer Tragfähigkeit können sie auch für den Transfer oder die Montage schwerer Werkstücke, wie z. B. Automobilteile, eingesetzt werden.

Das klingt bereits nach dem perfekten Roboter, der bereit ist, alltägliche und sich wiederholende Aufgaben in Prozesse zu verwandeln, die Unternehmen, die sich für eine Investition entscheiden, dabei helfen können, sich von ihren Mitbewerbern abzuheben. Roboter können schneller, länger und mit weniger Fehlern arbeiten als der Mensch, so dass die menschlichen Fähigkeiten – extreme Geschicklichkeit, Problemlösung, Kreativität – an anderer Stelle sinnvoller eingesetzt werden können. Aber natürlich gibt es immer Möglichkeiten, Maschinen zu verbessern, z. B. durch Erhöhung der Geschwindigkeit, der Zuverlässigkeit und der Benutzerfreundlichkeit.



SCARA-Roboter mit Kamera für das Bildverarbeitungssystem RCXiVY2+

Achsensteuerung
Die neueste Generation der YK-XE SCARA-Roboter von Yamaha ist mit einer neuen, leichteren Kopfbaugruppe und einer verbesserten Achsensteuerung ausgestattet, die eine höhere Beschleunigung und geringere Vibrationen gewährleistet. Die von Yamaha für seine SCARA-Maschinen entwickelten Steuerungsstrategien optimieren automatisch die lineare und die Winkelbeschleunigung unter Berücksichtigung der Armausrichtung und der Massenträgheit der Nutzlast, um das maximale Drehmoment zu limitieren, übermäßige Vibrationen zu vermeiden und die Steuerbarkeit zu verbessern. Dies trägt nicht nur zur Minimierung der Zykluszeit bei, sondern entlastet auch die Mechanik und erhöht die Zuverlässigkeit.

Robot-Vision, die optische Roboterführung
Mit ihrer präzisen Bewegungssteuerung steigern SCARA-Roboter die Produktivität zahlreicher industrieller Prozesse. Die Integration eines Bildverarbeitungssystems erweitert deren Anwendungsmöglichkeiten, indem es Funktionen wie Förderbandverfolgung, Positionserkennung und Positionskompensation ermöglicht, um die Genauigkeit von Prozessen wie dem Auftragen von Kleb- oder Dichtstoff auf die Kanten einer Baugruppe oder dem Aufbringen von Etiketten auf Komponenten, die unregelmäßig auf einem Substrat positioniert sein können, zu verbessern.

Das Bildverarbeitungssystem RCXiVY2+ von Yamaha ( Bild 2) besteht aus einem Bildverarbeitungsboard, einem Beleuchtungsboard und einem Tracking-Board, die in der mehrachsigen Robotersteuerung der RCX3-Serie integriert sind. Dadurch werden Robotersteuerung, Bildverarbeitung, Beleuchtungssteuerung und Datenverarbeitung, die für die Verfolgung des Förderbandes erforderlich ist, im Roboterprogramm zusammengefasst, was die Einrichtungszeit erheblich reduziert.

Das RCXiVY2+ System verfügt über eine neue Blob-Erkennung, die Werkstücke zwei- bis zehnmal schneller erkennen kann als die bisher verwendete Kantendetektion. Dies ermöglicht es den Robotern, mehrere Gegenstände mit unbestimmter Form und Größe, wie Lebensmittel und Kleidung, zu erkennen, zu entnehmen und mit hoher Geschwindigkeit zu zählen.

Programmiersoftware
Um die Konfiguration eines Roboters oder einer ganzen Montagezelle zu unterstützen, können umfassende Softwaretools des Anbieters genutzt werden, die die Roboterprogrammierung und -einrichtung einfacher und schneller machen. Yamahas RCX-Studio 2020-Umgebung bietet Werkzeuge zur Verwaltung von Robotern von der Einrichtung bis zur Wartung und enthält jetzt Assistenten zur automatischen Erstellung von typischen Beispielanwendungen. Mit diesen gebrauchsfertigen Vorlagen lassen sich gängige Abläufe wie Kommissionierung und Platzierung, Palettierung und Förderbandverfolgung, einschließlich Prozessen mit Bildverarbeitung, einfach einrichten, ohne dass Programmierbefehle geschrieben werden müssen.

Außerdem gibt es weitere Tools wie Emulator, Zykluszeitrechner und Echtzeit-Tracing. Eine neue Funktion ist der 3D-Simulator zum Prüfen, Debuggen und Optimieren von Programmen im Offline-Modus. Zu den im Simulator verfügbaren Werkzeugen gehören eine Bahnkurvenanzeige, mit deren Hilfe Bediener die Bewegungen des Roboters beurteilen können und eine Interferenzprüfung, die hilft, Kollisionen mit anderen Robotern oder Peripheriegeräten zu vermeiden. Bis zu vier Roboter können gemeinsam simuliert und gleichzeitig aus verschiedenen Blickwinkeln beobachtet werden. Durch den Einsatz des Simulators können die Positionen der Roboter, die Reihenfolge der Prozessschritte und die optimalen Geschwindigkeitseinstellungen rasch festgelegt werden, bevor reale Installationsarbeiten beginnen. Dies kann eine Menge kostspieliger Versuche und Fehler ersparen, insbesondere bei der Einrichtung einer Multi-Roboter-Montagezelle und ermöglicht einen früheren Produktionsbeginn.

Fazit
Der SCARA-Roboter ist der in industriellen Anwendungen am häufigsten eingesetzte Robotertyp, der sich durch hohe Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit sowie eine hervorragende Genauigkeit auszeichnet. Die neuesten Generationen verbessern diese bekannten Eigenschaften noch weiter. Die wirtschaftlichen Argumente für die Automatisierung werden immer gewichtiger. Gleichzeitig haben Unternehmen, die Robotik in ihre Prozesse einführen wollen, eine größere Maschinen-Auswahl als je zuvor. Die SCARA-Baureihe wird ständig weiterentwickelt und bietet mit jeder neuen Generation wirtschaftlichere und noch leichter zugängliche Lösungen mit zusätzlichen Funktionen, kürzeren Zykluszeiten und höherer Präzision sowie Zuverlässigkeit und einfacher Bedienung und Programmierung.

www.yamaha-motor-im.com

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