Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Modellbasierte Berechnung der Bewegungsteuerung für Folienverpackungen bei schnelllaufenden Pick-and-Place-Anwendungen

 

 

Robotersysteme werden in modernen Maschinen und Anlagen unter dem Druck wachsender Maschinenflexibilisierung und zunehmender Vernetzung (Industrie 4.0) immer häufig eingesetzt. Sie bieten ein hohes Maß an Flexibilität auf Grund ihrer hohen generischen Anwendbarkeit für neue Maschinenkonzepte und -verfahren. Vakuumbasierte Elastomersauger zum Greifen von Verpackungen erhöhen die Flexibilität der Maschinen, unterliegen jedoch Einsatzgrenzen. Diese ergeben sich im Wesentlichen aus der maximalen Gesamtbeschleunigung, die ggf. zum Ablösen der Verpackung und somit zu einer Verringerung der Ausbringung führt.

Vor diesem Hintergrund versuchen Maschinenbauer und Unternehmen der abpackenden Industrie optimale Bewegungen von Pick-and-Place-Robotern zu definieren. In Abhängigkeit variierender Verpackungsarten und -formen, der stochastischen Bewegung vom Transportband in die Sammelverpackungen sowie vom Packgut in der Verpackung, soll ein zuverlässiger Transport der Verpackung gewährleistet werden.

Das Forschungsvorhaben beabsichtigt die Ermittlung optimaler Roboterbahnen für Pick-and-Place-Anwendungen unter Berücksichtigung der maximal zulässigen Kräfte an der Wirkpaarung zwischen Sauger und Verpackung. In die Bahnsynthese werden sowohl das mittels Ersatzversuchen und numerischer Simulation ermittelte Wirkpaarungsverhalten als auch die Leistungsgrenzen der Roboterantriebe einfließen. Das Ziel des Projektes ist sowohl die Verkürzung der Inbetriebnahmezeit als auch eine Erhöhung der Verfügbarkeit, wodurch die Ausbringung von Verpackungsanlagen gesteigert werden soll.

Das Vorhaben richtet sich insbesondere an KMU, die selten über ausreichende personelle und materielle Kapazitäten verfügen, um umfangreiche Tests zur Bahnauslegung am spezifischen Produkt durchzuführen. Durch die numerische Simulation und eine automatische Bahnplanung wird eine teilweise virtuelle Inbetriebnahme ermöglicht, die die Zeit für die reale Inbetriebnahme reduziert und somit die Wettbewerbsfähigkeit steigert.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt wurde ein eher akademisches Beispiel einer Pick & Place Anwendung untersucht. Eine Lebensmittel-, genauer Käseverpackung wird dabei mit Hilfe eines Vakuumsaugers angesaugt, auf einer vordefinierten Bahn transportiert und anschließend möglichst kontrolliert abgesetzt.

Neben konventionellen Ansätzen zur Reduktion der dabei auftretenden rotatorischen (Verkippen) und translatorischen Schwingungen wurde der Prozess auch simulativ untersucht.

Ein entsprechend parametrisiertes numerisches Modell der Pick & Place Anwendung ist in der Lage das dynamische Verhalten des Transportgutes und des Polymersaugers, sowie der Wirkpaarung vorherzusagen. Ebenso können die zuvor spezifizierten Anforderungen an den Prozess überprüft werden. Damit können KMUs bei der Neuentwicklung der technischen Anlagen für derartige Anwendung unterstützt werden. Weiterhin ermöglicht diese Herangehensweise auch den Zeit- und Kostenaufwand bei der Umrüstung bzw. Modifikation (Saugersystem, Stützstrukturen, etc.) bestehender Anlagen zu reduzieren. Zusätzlich dient das Simulationsmodell als Grundlage zur Identifikation weiterer Einflussgrößen auf den Pick-and-Place Prozess.

Weiterhin profitieren KMU, indem sie in die Lage versetzt werden, schnell und rationell auf die stetig wachsenden Herausforderungen hinsichtlich zunehmender Produkt- und Materialvielfalt zu reagieren. Letztlich ermöglicht das Forschungsvorhaben somit die effiziente Entwicklung von Applikationen für den Endkunden und stärkt auf Grund der damit verbundenen höheren Wettbewerbsfähigkeit den deutschen Mittelstand.

Aufgrund Lieferverzögerungen konnten die Anlagen welche zur experimentellen Erhebung notwendiger Daten erforderlich sind nicht im geplanten Zeitfenster in Betrieb genommen werden. Aus diesem Grund liegen diese Daten zwar vor, ein Vergleich zwischen numerischen und experimentellen Ergebnissen zur Validierung des FE-Modells konnte allerdings nicht währen der Projektlaufzeit durchgeführt werden.