Robotiklösung handhabt Glasproben

Greifer mit Fingerspitzengefühl

Im Glaslabor von Schott handhabt eine kollaborative Robotiklösung empfindliche Glasproben für die Analytik. Gekoppelt an die Messgerätesoftware wählt der Greifer die richtige Probe und setzt sie in das Spektrometer ein.

© OnRobot

Ob in der Raumfahrt, der Medizintechnik oder in der Automobilindustrie: In fast allen Lebensbereichen kommen die vielfältigen Produkte von Schott zum Einsatz. Der Technologiekonzern mit dem Fokus auf Glas und Glaskeramik bringt seit rund 130 Jahren Innovationen hervor. Damals initiierte Firmengründer Otto Schott die Spezialglasindustrie als eigenen Wirtschaftszweig, indem er mittels neuartiger Fertigungsverfahren Gläser mit genau definierten Eigenschaften entwickelte. Seitdem erweiterte Schott das Einsatzspektrum des Materials mit den Jahren beträchtlich. Für die Arbeit an neuen Entwicklungen spielt das Schott-Forschungszentrum in Mainz eine zentrale Rolle. Im dortigen Glaslabor testen die Mitarbeiter Glasproben auf ihre physikalischen Eigenschaften. Durch ihre Messungen erzeugen sie einerseits Daten, die in die zahlreichen Forschungsprojekte des Unternehmens einfließen. Andererseits prüfen sie regelmäßig Proben aus der Produktion.

Hohes Probenaufkommen

„Wir haben sehr viel Zeit und Mühe in die Auswahl einer geeigneten Automatisierungslösung gesteckt“, berichtet Dr. Axel Engel, Senior Manager Physical Analytics bei Schott. „Die Lösung musste platzsparend sein und direkt neben den Laboranten arbeiten können.“ © OnRobot

„Das verarbeitete Material muss ganz bestimmte Spezifikationen einhalten, damit am Ende ein einwandfreies Produkt entsteht“, erklärt Dr. Axel Engel, Senior Manager Physical Analytics bei Schott. „Dies gewährleistet eine hohe Produktqualität und trägt dazu bei, Ausschuss zu reduzieren.“ Geht es zum Beispiel um Ceranglas für Kochplatten oder Glas für Kamintüren, so darf sich dieses bei Hitze unter keinen Umständen verformen. „Die Qualitätsprüfung ist daher sehr wichtig für den gesamten Herstellungsprozess.“ Heute automatisiert Schott einen Teil dieses Schrittes. Im Glaslabor seines Mainzer Forschungszentrums nutzt Schott eine kollaborative Applikation für die Qualitätsprüfung, was die Labormitarbeiter entlastet und Zeit spart zugunsten anspruchsvollerer Aufgaben. Das schafft Kapazitäten für Projekte in der Entwicklung, und das wachsende Probenaufkommen kann effizient bewältigt werden.

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Den Anstoß dazu gab eine starke Zunahme der Proben, die zu Forschungszwecken getestet werden müssen. „In den letzten drei Jahren hat sich das Probenaufkommen hier im Labor um etwa 30 Prozent erhöht“, berichtet Dr. Engel. Dies stellte den Manager und sein Team gleich vor mehrere Herausforderungen: Um so viele Proben in der verfügbaren Zeit zu testen, benötigte Schott mehr Kapazitäten. Zusätzliche Messgeräte und Personal hätten in den begrenzten Laborräumen jedoch nur bedingt Platz. Hinzu kam, dass es die Mitarbeiter viel Zeit kostete, das Messgerät zu bestücken: Eine Messung dauert zwischen drei und 15 Minuten, nach denen die Mitarbeiter andere Tätigkeiten unterbrechen mussten, um eine neue Probe einzulegen. Hier kam zum ersten Mal die Idee auf, den Messprozess zu automatisieren.

Greifer mit Fingerspitzengefühl

Der Greifer nimmt die Proben aus der Halterung auf und setzt sie anschließend in das Spektrometer ein. © OnRobot

„Wir haben sehr viel Zeit und Mühe in die Auswahl einer geeigneten Automatisierungslösung gesteckt“, erinnert sich Dr. Engel. „Die Lösung musste platzsparend sein und direkt neben den Laboranten arbeiten können. Ein herkömmlicher Industrieroboter kam nicht infrage: Dieser hätte zusätzlich eine Schutzumhausung gebraucht, und dafür ist kein Platz.“ Dazu gesellte sich eine weitere Schwierigkeit: Das Messgerät, ein sogenanntes Transmissionsspektrometer, das die optischen Eigenschaften des Glases erfasst, ist äußerst empfindlich. Die Proben so einzulegen, dass das teure Gerät nicht beschädigt wird, erfordert größtes Fingerspitzengefühl. „Nachdem wir uns die Lösungen verschiedener Hersteller angeschaut hatten, sind wir schließlich bei Onrobot fündig geworden“, berichtet Dr. Engel.

Das Spektrometer misst die optischen Eigenschaften des Glases und erkennt dadurch bspw. Produktionsfehler. © OnRobot

Schott entschied sich für eine Lösung, bei der ein RG2-FT-Greifer von Onrobot auf einen kollaborierenden Roboterarm montiert ist. Das Besondere an dem elektrischen Zwei-Finger-Greifer: In seinen Fingerspitzen befinden sich sowohl Kraft-/Drehmomentsensoren als auch optische Sensoren. Diese befähigen ihn zum „Mitdenken“: Die Sensoren spielen ihre Prozess-daten zurück an den Roboterarm, der seinen Kurs entsprechend anpasst. Den Kraftaufwand des Arms kann der Greifer dadurch exakt dosieren. Damit verfügt die Applikation als Ganzes über das nötige Feingefühl, um das Spektrometer millimetergenau zu bestücken.

Bei der Integration von Greifer und Roboterarm arbeiteten Spezialisten von Schott eng mit Onrobot und dem lokalen Systemintegrator Fichtner zusammen, wie Projektingenieur Grabowski berichtet: „Wir standen während der Implementierung in regem Austausch mit den beiden. Um die Applikation optimal an unsere Anforderungen anzupassen, haben wir außerdem spezielle Fingerspitzen entwickelt.“ Diese bestehen aus Aluminium und sind mit Moosgummi beschichtet. Der Hintergrund: Die Glasproben werden bei Schott handgefertigt, sodass jede Probe individuell ausfällt. „Mithilfe seiner Sensorik und der angepassten Fingerspitzen kann der RG2-FT die Probengläser trotzdem ideal greifen“, so Grabowski.

Durch eine integrierte Sensorik in seinen Fingerspitzen kann der Greifer RG2-FT seinen Kraftaufwand präzise dosieren und die Glasproben in das Spektrometer einsetzen. © OnRobot

Roboterarm und Greifer lassen sich über eine intuitive Benutzeroberfläche steuern, auf die das Team über ein Tablet zugreift. „Die Oberfläche ist übersichtlich strukturiert, sodass man sich leicht zurechtfindet“, erklärt Grabowski. „Auch Anwendern ohne spezielle Programmierkenntnisse fällt es somit leicht, dem Roboter Aufgaben zuzuweisen.“

Greifer gekoppelt mit Messgerätesoftware

Roboterarm und Greifer lassen sich per Tablet über eine intuitive Benutzerober­fläche steuern. „Die Oberfläche ist übersichtlich strukturiert, so dass man sich leicht zurechtfindet“, findet Florian Grabowski, Projektingenieur bei Schott. © OnRobot

„Mithilfe seiner Sensorik ist der Greifer in der Lage, die Position von Objekten zu identifizieren und sie mittig zu greifen, ohne die genauen Parameter vorab zu kennen“, erklärt Florian Grabowski, Projektingenieur bei Schott. „So kann er auch den Messvorgang effizient unterstützen.“ Zu diesem Zweck sind die Glasproben neben der Applikation in einer Haltevorrichtung aufgereiht, dem sogenannten Tray. Der RG2-FT ist mit der Software des Messgeräts gekoppelt. Dadurch weiß er, welche Probe als nächstes gemessen werden soll. Er nimmt die entsprechende Probe auf und setzt sie in das Spektrometer ein, wo sie ein Druckluftzylinder einspannt. Dann beginnt die Messung. Im Anschluss entnimmt der Roboter die Probe automatisch und setzt sie zurück in das Tray.

Robotiklösung entlastet Mitarbeiter

Physiklaborantin Nicole Mück hat das Spektrometer bislang manuell bedient. Nun profitiert sie unmittelbar von der neuen Applikation. „Ich habe mehr Zeit für Dokumentationsaufgaben, zum Bespiel aufwendige Prüfberichte“, erzählt Mück. „Das Spektrometer kann ich verstärkt für komplexere Messungen nutzen, bei denen es um Prüfobjekte anderer Form und Größe geht – das ist komplizierter und erfordert, dass ich die Proben selbst bearbeite.“ Die Applikation ist in der Lage, das Messgerät laufend zu bestücken, und kann daher ohne Pause auch über Nacht und am Wochenende arbeiten. So hat der Roboter bereits einen großen Teil des Probenaufkommens bewältigt, wenn Frau Mück und ihre Kollegen den Arbeitstag beginnen.

Dr. Engel zeigt sich zufrieden mit dem Pilotprojekt: „Mit der Applikation können wir wesentlich effizienter arbeiten und unsere Mitarbeiter entlasten“, resümiert er. Durch die schnelle Integration und die reibungslosen Prozesse verspricht die Applikation zudem einen schnellen ROI (Return on Investment): „Wir rechnen damit, dass sich die Anschaffung innerhalb von fünf bis sechs Monaten amortisiert haben wird.“ Bald schon möchte Schott auch in anderen Bereichen seiner internen Wertschöpfungskette kollaborative Applikationen einsetzen. Denkbar wäre zum Beispiel die Glasbearbeitung, wo derzeit noch viele Prozessschritte wie Bohren, Fräsen oder Schleifen von Hand erledigt werden.

AUTOR
Björn Milsch
General Manager DACH & Benelux
dach-benelux@onrobot.com
OnRobot GmbH, Soest
Hauptsitz: OnRobot A/S, DK-Odense

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