Ikea Industry, ein integrierter Teil des Inter-Ikea-Konzerns, ist der größte Hersteller von Holzmöbeln, der jedes Jahr weltweit mehr als 100Mio. Möbelstücke herstellt. Die Verbesserung seiner Produktionsprozesse ist daher entscheidend für eine schnelle, präzise und erfolgreiche Auftragserfüllung. Ikea Industry Slovakia, eine seiner Produktionseinrichtungen in Malacky, Slowakei, entschied sich für die Automatisierung eines Prozesses, der das Verpacken von Möbelteilen in Kartons beinhaltet, eine Aufgabe, die zuvor manuell durchgeführt wurde. Jedes Brett wiegt bis zu 22kg. Sie kommen in Stapeln und müssen in Verpackungskartons gelegt werden, die auf einem Förderband ankommen. Die Zykluszeit beträgt 6s. Das stellte eine große Herausforderung dar, da die Mitarbeiter die schweren Bretter in langen 8h-Schichten und in schnellem Tempo manuell manipulieren mussten. Die daraus resultierenden Nachteile bestanden in einem hohen Verletzungsrisiko und langfristigen Gesundheitsschäden wie Rückenschmerzen, verminderter Motivation, geringerer Produktivität und folglich höheren Kosten. Ikea Industry Slovakia beschloss daher, den Prozess durch den Einsatz eines Vision-gesteuerten Roboters zu automatisieren.
Anforderungen und Herausforderungen
Von der neuen Automatisierungslösung wurde erwartet, dass sie die Produktivität und Effizienz steigert, Zeit und Kosten spart, die Gesundheit der Arbeitnehmer schützt und diese letztlich für Aufgaben freisetzt, die Kreativität und kritisches Denken erfordern. Die Wahl der richtigen Lösung hing von deren Fähigkeit ab, die Herausforderungen der Anwendung zu meistern. Sie musste schnell genug sein, um die erforderliche Zykluszeit von 6s abzudecken, sie musste eine hohe Plazierungsgenauigkeit von ±2mm bieten, die eingesetzte 3D-Bildverarbeitung musste in der Lage sein, in einer industriellen Umgebung mit einer indirekten Sonneneinstrahlung von ca. 5000Lux Scans in hoher Qualität zu liefern, und sie musste auch das variierende Material der Bretter beherrschen, das von glänzend bis matt und von schwarz bis weiß reicht. Eine weitere Herausforderung bestand darin, dass die Bretter in Stapeln mit einer Abweichung von ±150mm kamen und dass sie in Kartons gelegt werden mussten, die sich ständig in Bewegung befanden. All das sollte von einem Bildverarbeitungssystem bewältigt werden. „Das Projekt erforderte die Entwicklung eines Lokalisierungssystems, das es in dieser Form noch nicht gab“, sagt Anton Dvoák, Projektleiter der Einrichtung. „Wir hatten die Anforderung, dass diese Zelle zehn Zyklen pro Minute mit einer Platzierungsgenauigkeit von ±2mm bewältigen sollte“. Das Unternehmen entschied sich für die Zusammenarbeit mit Photoneo und gemeinsam entwickelten sie eine Lösung, die die Prozesse der Einrichtung auf die nächste Stufe hob.
3D-Bildverarbeitung
Die Lösung basiert auf einem firmeneigenen 3D-Bildverarbeitungssystem von Photoneo, einem in der Slowakei ansässigen Unternehmen, das KI-gestützte Roboterintelligenz und industrielle 3D-Bildverarbeitung für die Automatisierung von Fertigungs- und Montageprozessen bereitstellt. Ausschlaggebend für die Wahl des PhoXi 3D Scanners von Photoneo war die hohe Auflösung und Genauigkeit, das große Scan-Volumen und die hohe Leistung selbst in anspruchsvollen industriellen Umgebungen mit wechselnden Bedingungen und variierenden Temperaturen. Völlig staubdicht und geschützt gegen Wasserstrahlen mit niedrigem Druck, die aus jeder Richtung und aus jedem Winkel kommen, kann der Scanner sowohl in staubigen als auch in nassen Hallen eingesetzt werden und liefert dennoch hohe Scanqualität und stabile Leistung. Ein weiterer wichtiger Faktor, der zur Entscheidung für den PhoXi 3D Scanner beigetragen hat, ist seine Universalität. Da der Scanner in fünf Modellen erhältlich ist, reicht das gesamte Scanvolumen von 15cm bis hin zu 4m. Damit eignet sich der Scanner für jede Art von Anwendung, von der Inspektion kleiner Details bis hin zum Scannen großer Objekte. Jeder Scanner liefert 3,2Mio. 3D-Punkte und seine Scan-Genauigkeit reicht von 25 bis hin zu 500m bei den verschiedenen Modellen. Da der 3D-Scanner weniger als 1,5kg wiegt, kann er leicht direkt an einem Roboterarm montiert werden. Das ist vorteilhaft bei Anwendungen, die das Scannen eines großen Behälters mit einem kleineren Scanner aus unterschiedlichen Blickwinkeln oder einen detaillierten Blick auf die Behälterecken erfordern. Das war auch der Fall bei der Anwendung bei Ikea Industry Slovakia, bei der einer der eingesetzten Scanner direkt an den Robotergreifer montiert werden musste.
Lokalisierung, Kommissionierung und Platzierung in Kartons
Die bei Ikea Industry Slovakia implementierte modulare Roboterzelle verwendet zwei PhoXi 3D Scanner, die Modelle S und XL. Das Lokalisierungssystem besteht aus einer zweistufigen Strategie. In der ersten Phase scannt der XL-3D-Scanner jedes Brett, um die vorläufige Position zu lokalisieren und den besten Kandidaten auszuwählen. Das System sendet dann einen Befehl an einen ABB-Roboter mit 7. Achse, um die Kommisionierung mit einem Vakuumgreifer durchzuführen. Wenn sich der Greifer dem Brett nähert, führt der darauf montierte S-3D-Scanner einen weiteren Scan durch und lokalisiert das Brett genauer. Der Zweck dieser zweiten Scanphase besteht darin, alle potenziellen Fehler zu eliminieren, die durch das erste Bildverarbeitungssystem, den Roboter oder den Greifer verursacht worden sein könnten. Nachdem der zweite Scan durchgeführt wurde, nimmt der Roboter das Brett auf und legt es in einen Karton, der auf dem Förderband ankommt.