Edelstahl-Roboter Design für die Food-Industrie

Der malaysische Systemintegrator Modu System möchte mit seinen roboterbasierten Automationslösungen die Branche unterstützen. Hilfe bekommt das Unternehmen von Kuka, die den idealen Roboter für diese Anforderungen im Angebot hat: den KR DELTA. „Wir wollen, dass unsere Kunden Vertrauen in uns haben“, sagt Rajinderjit Singh, Regionalleiter von Modu System. „Deshalb haben wir viele Ressourcen in die Entwicklung von Technologien investiert und arbeiten eng mit Partnern wie Kuka zusammen, um eine nachhaltigere Lösung zu finden.“

Pick and Place: Wie die Löffel fallen

Diese Lösung befindet sich in Klang westlich von Kuala Lumpur. Zwei KR DELTA greifen Dosierlöffel von einem Fließband und legen sie auf einem zweiten Band in offene Fördertaschen. Diese bestehen wiederum aus einem Lebensmittelbeutel mit Babynahrung. Neben dem Beutel befindet sich eine freie Fläche mit einem Aufkleber samt Strichcode. „Erkennt der Roboter über die Kamera die freie Fläche, weiß er, dass er dort einen Löffel ablegen muss“, sagt Singh. Anschließend schiebt eine weitere Maschine Beutel und Löffel in eine Schachtel. Verdeckt der Beutel aber den Aufkleber, dann wird kein Löffel abg-legt, weil es sonst beim Verpacken zu einem Stau in der Maschine kommen kann. Was relativ simpel klingt, ist ein Zusammenspiel aus verschiedenen Systemen, die Hand in Hand gehen.

KR DELTA punktet in der Lebensmittelindustrie

„Natürlich steht im Zentrum der KR DELTA, der dank seines Edelstahlkörpers direkt mit Lebensmitteln in Berührung kommen kann“, erklärt KUKA Mitarbeiter Lim Jia Ming. Das korrosionsbeständige Edelstahlgehäuse des Roboters ist nach deutschen LFGB und US-amerikanischen FDA Lebensmittelstandards konzipiert. Außerdem erfüllt es die europäische CE-Zertifizierung, die amerikanische UL-Zertifizierung und die deutsche TÜV-Sicherheitsfunktionszertifizierung. Der Roboter ist nach IP 67 Schutzklasse gegen Staub und Feuchtigkeit geschützt und kann daher auch unter Hochdruck und mit alkalischen oder sauren Reinigungsmitteln gereinigt werden – was aus hygienischer Sicht perfekt für die Lebensmittelindustrie ist.

Bis zu 80 Löffel pro Minute

Doch nicht nur sein Äußeres überzeugt, der KR DELTA ist auch extrem schnell: Mit einer Taktzeit von bis zu 0,5 Sekunden ist der KR DELTA bestens geeignet für Pick-and-Place-Aufgaben. „So schaffen die zwei Roboter rund 80 Löffel pro Minute“, sagt Jia Ming. Dabei arbeiten sie extrem präzise: Mögliche manuelle Fehler lassen sich dadurch vermeiden. Denn vor der Automatisierung lief dieser Prozessschritt bei dem Hersteller für Babynahrung in Handarbeit ab – eine potenzielle Gefahrenquelle. Mit dem Roboter in der Hygienic-Machine-Ausführung ist das ein rundum hygienischer Arbeitsschritt. Zudem ist die gesamte Lösung sehr platzsparend. Die zwei Roboter sind an der Decke über den Fließbändern montiert und haben je einen Installationsbereich von nur 350 mm Durchmesser. Eine der größten Herausforderungen lag anfangs in der genauen Kalibrierung. Denn diese bedarf es, bevor die zwei Roboter in der Geschwindigkeit präzise die Löffel greifen.

Eine Frage der richtigen Lage

Dank der Kombination aus der Software KUKA.VisionTech, welche ein leistungsfähiges Werkzeug zur 2D-Objekterkennung ist, und KUKA.PickControl kann der KR DELTA Objekte von einem sich bewegenden Förderband greifen und auf einem weiteren ablegen. „Eine Kamera erkennt die Lage der Löffel auf dem Band, eine zweite die Beutel auf dem anderen Förderband. Das System errechnet dann die zurückgelegte Strecke und genaue Position, wo sich dieser befindet“, erklärt Jia Ming von Kuka. Dank KUKA.PickControl können auch mehrere Roboter einfach koordiniert und gesteuert werden. Die Software sorgt darüber hinaus für einen reibungslosen und energieeffizienten Produktionsablauf.

Offline programmieren, in Echtzeit testen

„Darüber hinaus unterstützt KUKA.PickControl flexible Muster. Das bedeutet, dass Kunden Platzierungsmuster vordefinieren und einfach wechseln können, indem sie verschiedene Szenarien basierend auf ihren aktuellen Anforderungen auswählen“, sagt Jia Ming. MODU System nutzte zudem KUKA.Sim, um die Vorgaben des Kunden abzugleichen und zu testen. Die damit erstellte 3D-Simulation kann später auf die reale Steuerung übertragen werden. Hinter KUKA.Sim verbirgt sich eine smarte Simulationssoft-ware, die eine effiziente Offline-Programmierung von Kuka Robotern ermöglicht. Mit Funktionen wie der Erreichbarkeitsprüfung und Kollisionserkennung konnte der Kunde bereits im Vorfeld sicherstellen, dass die eingesetzten Roboterprogramme und Arbeitszellenlayouts wirklich realisierbar sind.

Der Roboter ist wählerisch

Eine weitere Herausforderung ist die Form des Löffels samt Griff. Sie bestimmt, wo der Roboter diesen greifen kann. „Eine Lösung ist die Verwendung eines dunklen Erkennungsbereichs, um herauszufinden, welche Ausrichtung des Löffels die beste ist“, sagt Rajinderjit Singh von Modu System. Es wird festgelegt, dass nur wenige Ausrichtungen für eine Kommissionierung akzeptabel sind. Wenn die Ausrichtung außerhalb der vorgegebenen Einstellungen liegt, ignoriert der Roboter diesen Löffel und greift einen anderen. „Dadurch können wir die Zykluszeit des Roboters weiter erhöhen“, erklärt Singh.

Löffel filtern leicht gemacht

Auch überlappende Löffel meistert das System. Eine der wichtigsten Aspekte der Anwendung ist deshalb die Filtereinstellung. Ein Beispiel für diese Funktion ist der Radiusfilter, der überlappende Löffel innerhalb eines Bereichs erkennt und ignoriert. Jia Ming erklärt: „Man kann sich das so vorstellen, dass der erste Roboter den oben liegenden Löffel aufnimmt und der untere aber dann falsch ausgerichtet ist. Mit dieser Filterfunktion wird der betroffene Löffel vom zweiten Roboter ignoriert.“ Um dieses Szenario im Vorfeld zu vermeiden und die Arbeit des Roboters zu vereinfachen, befindet sich vor dem Fließband ein Aufzug. Ihm folgt eine Vibrationseinheit, welche die Löffel bestmöglich voneinander trennt.

Zwar ist die Form der Dosierlöffel immer gleich, jedoch unterscheiden sie sich farblich: Der Kunde nutzt blaue, grüne oder auch orangefarbene. Die unterschiedlichen Farben stellten anfangs eine weitere Herausforderung dar: „Wenn der Kunde zum Beispiel einen blauen Löffel verwendet, ist das beste Licht für das Vision-System zur Lageerkennung rot. Mit einer Kombination verschiedener Beleuchtungsfarben konnten wir die Bearbeitungszeit des Bildes verkürzen“, sagt Singh. Deshalb habe man sich für eine RGB-Beleuchtung entschieden. Eine abschließende Inspektionskamera überwacht den ganzen Prozess. „Der Kunde hat großes Vertrauen in die von Kuka und Modu System entwickelte Lösung“, erklärt Singh. „Wir selbst sind sehr beeindruckt von dem Edelstahl-Design des KR DELTA und glauben, dass die Anwendung bestens für die Lebensmittelindustrie geeignet ist, die sehr viel Wert auf Hygiene legt.“