„Das größte Potenzial liegt in kleinen Produkten, hohen Stückzahlen und kurzen Taktzeiten“, sagt Pascal Lettmann, Geschäftsführer und Firmengründer von Ai-pro. Im industriellen Umfeld beobachtet er häufig, wie Arbeitskräfte einzelne Teile in Maschinen in kurzen Taktzeiten einlegen und entnehmen. Eine monotone Arbeit, die relativ leicht zu automatisieren ist – anders als eine nachgelagerte manuelle Sichtprüfung.

„Den prüfenden Blick des Bedieners oder der Bedienerin beim Entnehmen der Teile von regelbasierten Kamerasystemen übernehmen zu lassen, ist aus technologischer Sicht nur schwer möglich und oft mit hohen Kosten verbunden“, weiß Lettmann. Denn das System komme schnell an seine Grenzen, zum Beispiel bei schwankenden Lichtverhältnissen oder Geometrieabweichungen. Zudem müssen entsprechende Kamerasysteme von extra geschulten Mitarbeitern bedient werden, was den Aufwand und die Verantwortung für das Erkennen fehlerhafter Produkte auf den Anwender überträgt.

Sichtprüfung und Automatisierung

Genau hier setzt AI-pro an und bietet die Sichtprüfung inklusive der Automatisierung aus einer Hand. „Wir beschränken uns auf überschaubare Prozesse wie das Einlegen und Entnehmen von kleinen Bauteilen in Maschinen mit kurzen Taktzeiten und ergänzen diese um eine zuverlässige Prüftechnologie inklusive Programmierung“, berichtet der Firmengründer. Dafür kauft das Start-up aus dem nordrhein-westfälischen Stemwede die zu automatisierende Anlage zu und ergänzt diese um die notwendige Handhabungs-, Steuerungs- und Prüftechnik.

„Unsere Kunden haben keinen Aufwand mit der Einrichtung der Prüfprogramme oder mit Kommunikationsproblemen zwischen Roboter und Maschine“, zählt Lettmann die Vorteile auf und gibt dann einen Einblick in ein aktuelles Projekt: Ein Kunde wollte manuell bediente hydraulische Pressen zum Stauchen von Kugelhülsen erneuern und im Zuge dessen den Prozess automatisieren. Die bisher eingesetzten Maschinen hatten keine Sensorik zur Erkennung von Fehlerteilen, nach dem Pressen blieben die Hülsen immer wieder im Werkzeug stecken, und der Wartungsaufwand der Hydraulik war zu hoch.

Stabilität und Kontrolle

Für den eigentlichen Arbeitsvorgang suchte Ai-pro eine stabile Presse mit Servoantrieb, die eine kurze Taktzeit ermöglicht, die Einpresstiefe X misst und dadurch den Prozess überwacht. Sobald der X-Wert über- oder unterschritten wird, soll die Anlage das fehlerhafte Teil erkennen und ausschleusen. Entschieden hat sich Lettmann nach ausgiebiger Recherche für eine C-Bügel-Presse von Tox Pressotechnik. Mit dem Weingartener Familienunternehmen hatte Lettmann schon früher gute Erfahrungen gemacht. „Die vollumfängliche Beratung bereits im Vorfeld und das Angebot mit dem Standardbaukasten bestärkten meine Entscheidung, die Presse bei Tox zu kaufen“, erzählt Lettmann.

Den Antrieb übernimmt ein Tox-„Electricdrive“ vom Typ „EX-K“. Eine Planetenrollengewindespindel wandelt die Rotationsbewegung präzise in einen linearen Vorschub um, der mit bis zu 200 kN das Werkzeug in das Bauteil presst. Er ist verbaut in einer massiven, verwindungssteifen Stahlkonstruktion, die der Krafteinwirkung während des Pressvorgangs genügend Stabilität entgegensetzt. Sobald eine Kugelhülse im Werkzeug sitzt, fährt der Antrieb den Stößel herunter. Die für das Kraft-Wege-Protokoll notwendige Strecke erfasst ein Resolver direkt am Servoantrieb, ein integrierter Kraftmesser steuert die dabei aufgewendete Presskraft bei. So überwacht die Tox-Software den Kontrollwert X und kann fehlerhafte Teile sofort erkennen.

Neuronale Netze nutzen

Ai-pro ergänzte die Tox-Servopresse um zwei lineargeführte Greifer, die abwechselnd ein Bauteil in das Werkzeug einlegen, es nach dem Pressen und vor dem erneuten Hochfahren der Stanze fixieren sowie anschließend entnehmen. Danach halten sie das Bauteil wieder dem Leichtbauroboter vor, der es im Innengriff nimmt und weitergibt. Durch die alternierende Arbeitsweise der beiden Zustelleinheiten verkürzt Ai-pro die Nebenzeiten merklich. „Der Roboter nimmt also das fertige Bauteil abwechselnd aus der einen oder der anderen Einheit“, verdeutlicht Lettmann. Nach einer weiteren Bearbeitung überprüfen sieben Kameras und ein Mikrometer die fertige Kugelhülse optisch und geometrisch.

Ai-pro nutzt hierfür neuronale Netze: „Durch sie erkennt unser Prüfsystem sicher Riefen, Rillen und Rattermarken – selbst an spiegelnden Oberflächen. Möglich ist auch die Kontrolle bestimmter Merkmale oder der Ausrichtung“, erläutert der Geschäftsführer. Das funktioniert über Klassifizierungen, das Finden von Gemeinsamkeiten auf Pixelebene und ist für die KI-basierte Sichtprüfung erst durch die auch aus kostentechnischer Sicht sinnvolle Verfügbarkeit entsprechender Rechenleistung möglich. Ai-pro wählt alle Komponenten individuell aus: Von der Kamera und Beleuchtung über die Zuführung bis hin zum Algorithmus für die Sichtprüfung. „Am Ende muss der Kunde quasi nur noch einen Knopf drücken“, sagt Lettmann.

Keine Probleme an der Schnittstelle

Die Kommunikation zwischen Roboter und Presse läuft über die übergeordnete Steuerung mittels „Profinet“. Der Pressprozess selbst wird anfangs einmalig oder bei einem Teilewechsel über die Tox-HMI konfiguriert, auch die Wartung erfolgt direkt über das Tox-Panel. Das Start- und Stopp-Signal gibt dann die Ai-pro-Automation vor und reagiert zudem auf Schwankungen im Prozess.

„Unser System greift einfach die Daten der Tox-Software ab, die sie an die SPS schickt“, schildert Lettmann. So fragt der Roboter auch die letzten Messwerte zur Qualitätskontrolle ab und weiß, ob er das fertige Bauteil in die IO- oder NIO-Box ablegen muss. Darüber hinaus kann Ai-pro diese Prozessdaten, beispielsweise über Gut- und Schlechtteile, an den eigenen KI-Rechner schicken, der die Daten dann in eine SQL-Datenbank abspeichert. „Normalerweise ist der Datenaustausch aus der SPS heraus auf übergeordnete Leitsysteme wie ERP relativ schwierig. Unser Rechner spricht jedoch genau diese Sprachen“, unterstreicht Lettmann.

Der Signalaustausch zwischen Presse, Roboter und der restlichen Automatisierung läuft problemlos. Ein Grund dafür ist die gute Kommunikation im Vorfeld: „Tox Pressotechnik hat über die Möglichkeiten der Kommunikation mit der Presse beraten und uns die komplette Dokumentation hierzu sehr früh im Projektverlauf geliefert. Wir hatten somit überhaupt keine Schnittstellenprobleme“, resümiert Lettmann.

Ai-pro UG
Molkenstraße 6
32351 Stemwede
Tel.: +49 5773 6913999
info@aipro.de
www.aipro.de

Tox Pressotechnik GmbH & Co. KG
Riedstraße 4
88250 Weingarten
Tel.: +49 751 50070
info@tox-de.com
www.tox-pressotechnik.com