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Roboter für prozessrelevante und flexible Automatisierung

Merkmale der Bildverarbeitung in der automatisierten Dosierung von Flüssigkeiten
Roboter für prozessrelevante und flexible Automatisierung

Der Schlüssel zur Optimierung der automatisierten Flüssigkeitsdosierung sind bildverarbeitungsgesteuerte Systeme, die eine präzise Platzierung der Dosierflüssigkeit ermöglichen. Dadurch können diese Robotersysteme schnellere Produktionszyklen liefern und Toleranzen aus dem Dosierprozess entfernen, was die Programmierzeit minimiert und die Gesamtbetriebskosten senkt.

Johnathan Titone, Produktlinienspezialist – Automatisierung, Nordson EFD

Bei der Entscheidung, in welche Geräte für die Flüssigkeitsabgabe investiert werden soll, berücksichtigen die Hersteller viele Faktoren. Entscheidend ist die Notwendigkeit, sehr kleine und exakte Flüssigkeitsmengen, wie Klebstoffe und Silikone, auf Baugruppen wie akkurate Mikroelektronik und andere Teile aufzubringen. Diese präzisen Flüssigkeitsmengen müssen zuverlässig und genau dosiert und platziert werden. Die exakte Positionierung und Menge dieser Flüssigkeiten, die sich auf dem Substrat ablagern, ist entscheidend für die Montage, die Funktion, die Qualität, das Aussehen und die Lebensfähigkeit dieser Produkte. Neben der Einhaltung von Präzisionsstandards bei der Flüssigkeitsabgabe muss die Methode auch die Anforderungen an Durchsatzvolumen, Arbeitssicherheit und Kosteneffizienz erfüllen.

Automatisierte Flüssigkeitsdosierung

Um die optimalen Ergebnisse zu erreichen werden bei vielen Anwendungen zur Dosierung von Flüssigkeiten Roboter eingesetzt. Diese Systeme bieten eine prozessrelevante flexible Automatisierung, die auch eine konstante Dosierung mit extremer Genauigkeit gewährleistet, immer und immer wieder. Diese präzise Wiederholgenauigkeit optimiert den Flüssigkeitsverbrauch und reduziert Abfall und Produktionskosten. Die Robotersoftware passt die Positionierung des aufgetragenen Materials automatisch an, um Kurven oder komplexe Konturen oder geringfügige Fehler bei der Positionierung des Werkstücks im Nest oder in der Vorrichtung auszugleichen, was mit nicht robotergestützten Methoden nur schwer möglich wäre.

Die Dosierroboter-Software mit visuell fähiger Substrat- und Mustererkennung stellt sicher, dass die Dosierung bis zu einer Positionstoleranz von ±3 Mikrometern an der richtigen Stelle erfolgt. Sie kann verschiedene Materialien wie Klebstoffe, Fette, Epoxidharze, Silikone und Dichtungsmittel präzise dosieren. Zudem erlaubt die Lösung auch den Import von AutoCAD-DXF-Dateien, so dass der Hersteller die Dosiermuster in seiner bevorzugten CAD-Software programmieren und dann die DXF-Datei aus seiner Software nahtlos in die Dosierautomatisierungsplattform importieren kann.

Bildverarbeitungsgesteuerte Dosierung

Die automatisierte Dosierung von Flüssigkeiten ist unerlässlich für Anwendungen, die eine genaue und wiederholbare Platzierung von Flüssigkeitspunkten, komplexe Dosiermuster und/oder einen hohen Durchsatz erfordern. Entscheidend für diese Leistung ist das Bildverarbeitungssystem des Roboters. Die Bildverarbeitung verleiht dem Roboter Flexibilität, da sie eine präzise Platzierung ermöglicht.

Die Bildverarbeitung wird seit mehr als zwanzig Jahren bei der Dosierung von Flüssigkeiten eingesetzt und gewinnt immer mehr an Bedeutung, da die Roboter und ihre Steuerungssoftware immer intelligenter werden. Sie ermöglicht es diese automatisierten Flüssigkeitsdosiersystemen, schnellere Produktionszyklen zu liefern und Toleranzen aus dem Dosierprozess zu entfernen, was die Programmierzeit minimiert und die Gesamtbetriebskosten senkt.

Punkt-zu-Punkt-Teaching-Methode

Die grundlegendste Form der Programmierung der Dosierautomatik erfolgt mit einem Teach-Pendant-Gerät, bei dem die Position der Dosierspitze auf dem Substrat, auf das dosiert werden soll, mit dem Auge bestimmt wird.

Die Methode des Punkt-zu-Punkt-Teachings wird im Wesentlichen manuell durchgeführt. Der Bediener bewegt die Nadel über die Stelle des Substrats, an der die Dosierung erfolgen soll. Sobald die Lage des Substrats und die Koordinaten der X-Y-Z-Achsen bestimmt sind, werden sie in der Steuerungssoftware gespeichert. Dieser Vorgang wird für alle Stellen des Substrats wiederholt, an denen die Dosierung erfolgen soll. Der Roboter bewegt sich jedes Mal genau zu diesen Stellen und gibt die Flüssigkeit entsprechend den Vorgaben der Dosiersoftware ab.

Mit der Punkt-zu-Punkt-Methode kann eine große Anzahl von Dosiermustern programmiert werden. Aber die Menge der ausgegebenen Muster ist ein Kriterium für die Begrenzung, schon allein wegen des Zeitaufwands, der für die Programmierung erforderlich wäre. Mit zunehmender Komplexität der Dosierung steigt auch der Bedarf an einer Kompensationsmöglichkeit. Damit ist die Möglichkeit gemeint, eine Stelle auf dem Substrat zu betrachten, bevor die Dosierung durchgeführt wird, und das Programm auszugleichen, wenn es irgendwelche Änderungen des Substrats gibt. Hier wären Bildverarbeitungssysteme für die Anwendung besser geeignet.

Simple-Vision und CCD-Equipped-Vision

Wenn wir über Bildverarbeitungssysteme für die automatisierten Dosiersysteme sprechen, können diese von einfachen Stiftkameras bis hin zu hochentwickelten CCD-ausgestatteten Bildverarbeitungssystemen reichen. Der entscheidende Unterschied liegt in der Auflösung – also der Anzahl der Pixel auf dem Kamerasensor – und der Verschlusszeit der Kamera.

Für die meisten Dosierroboteranwendungen ist das Stiftkamerasystem mit einfacher Bildverarbeitung ausreichend. Werden jedoch sehr schnelle, hochauflösende Fotos von Substratteilen benötigt, ist eine CCD-Kamera erforderlich.

Beide Kameras nehmen ein Bild eines Teils auf dem Substrat auf und wenden dann die erforderlichen Offsets an, indem sie das Dosierprogramm so einstellen, dass Lage und Form des Pfads mit der Lage und Form des Teils übereinstimmen. Genauer gesagt prüft die Kamera die Position eines Teils, indem sie eine charakteristische Kante des Teils identifiziert, die referenziert werden kann. Dieser Referenzpunkt ermöglicht es der Dosiersoftware, die Flüssigkeitsdosierung zu verschieben, wenn sich dieser Punkt ändert – z. B. wenn die Substratregistrierung bei der Positionierung im Roboter geringfügig verschoben wird – und ermöglicht es ihr, diese Verschiebung auf die Stelle anzuwenden, an der die Dosierung nun auf dem Substrat platziert werden soll.

Sowohl Stiftkameras als auch CCD-Kameras wandeln analoge Kamerabildpixel in digitale Werte um und ermöglichen so eine äußerst präzise Bildverwaltung. Einige relativ preisgünstige Stiftkamerasysteme in Kombination mit spezieller Dosiersoftware, wie sie Nordson EFD für seinen 3-Achsen-Roboter zur automatischen Flüssigkeitsdosierung der EV-Serie anbietet, ermöglichen es sogar Erstanwendern, komplexe Dosiermuster und -anordnungen mit einer hohen Wiederholgenauigkeit von bis zu ±8 µm (0,008 mm) zu programmieren.

Im Vergleich dazu nehmen CCD-Kameras Bilder mit noch höherer Auflösung auf, wie etwa die des Unternehmens auf dem 3-Achsen-Roboter zur automatischen Flüssigkeitsdosierung der PRO-Serie angebotene Kamera, die detaillierte Bilder von Bauteilen aufnimmt, bei denen die Schattenverbesserung eine visuelle Identifizierung und Verarbeitung von schlechten, schwachen Markierungen mit minimalen Zeitunterbrechungen des Dosierzyklus ermöglicht. Der Verschluss nimmt kontrastreiche Teilbilder schnell auf und eliminiert Unschärfen und kleine Verzerrungen, die bei Rolling-Shutter-Systemen auftreten. In Verbindung mit einer intuitiven Dosiersoftware und einem Bewegungssteuerungssystem mit geschlossenem Regelkreis ermöglicht die CCD-Kamera der PRO-Serie eine klassenbeste Wiederholgenauigkeit von ±3 µm (0,003 mm).

Die PRO-Serie kann auch mit einer Laser-Höhenmessfunktion ausgestattet werden. Die Laser-Höhenabtastung ermöglicht es, die Topografie des Substrats abzubilden und diese Messungen an den Roboter weiterzuleiten, damit dieser die Werte der Z-Achse automatisch ausgleichen und den korrekten Dosierabstand über dem Substrat beibehalten kann. Der Prozess erfolgt in Echtzeit für jedes Teil, das mit dieser Funktion bearbeitet wird, und gewährleistet so hochwertige Dosierergebnisse, selbst auf verzogenen oder verdrehten Substraten.

Diese voll integrierten, intelligenten CCD-Kameras für die Dosierung mit Robotern ermöglichen eine echte dreidimensionale Bewegungssteuerung. Die Roboter verfügen dann über drei Arten der Rückmeldung, wenn der CCD, der Nadelvermessungssensor und der Laser-Höhensensor installiert sind – optische, berührende und berührungslose Laser-Höhenabtastung -, was eine einfache Programmierung von Punkten, Linien, Kreisen, Bögen, zusammengesetzten Bögen und komplexen Mustern ermöglicht. Das Nadelvermessungssystem ändert die Offsets für das Programm, wenn sich eine Nadel an der Kartusche oder am Ventil sich ändert.

Fortgeschrittene automatisierte Dosiersoftware

Diese ultrapräzise Hochgeschwindigkeits-Bildverarbeitungsfunktion mit einfacher Bildverarbeitung und CCD-Technik wird bei diesen Roboter-Dosiersystemen der neuesten Generation durch fortschrittliche bildverarbeitungsgesteuerte Software ermöglicht. Softwareprogramme, wie DispenseMotion von Nordson EFD, ermöglichen es, die vollen Möglichkeiten der bildverarbeitungsgesteuerten Dosierung mit diesen Robotersystemen zu nutzen.

Einer der herausragendsten Aspekte der integrierten Funktionalität dieser Software ist die Präzision bei der Steuerung und Verwaltung der kritischen Offset-Funktion, bei der die aktuelle Werkstückposition mit einer Referenzposition verglichen wird, die als Bilddatei im Programm gespeichert ist. Wenn der Roboter eine Abweichung der X- und Y-Position und/oder des Drehwinkels des Werkstücks feststellt, passt die Software den Dosierweg automatisch an, um die Abweichung zu korrigieren. Die Offset-Funktion empfängt ständig Prozessdaten, um sicherzustellen, dass der Dosiervorgang mit präziser Kontrolle ausgeführt wird.

Trotz der fortschrittlichen Dosierfunktionen dieser Software vereinfacht die intuitive Benutzeroberfläche die Einrichtung und erleichtert die Programmierung durch eine Bildschirmvorschau des Dosierpfads. Das Importieren und Konvertieren von DXF-Dateien ist ebenso einfach. Kürzlich wurde die DispenseMotion Software um einen Assistenten für die Ersteinrichtung des Roboters erweitert, der die Bedienung der Dosierroboter noch einfacher macht, indem er die Bediener visuell durch jeden Schritt des Einrichtungsprozesses führt, einschließlich der Kalibrierung und der Einstellung von Offsets auf die einfachste Weise.

Optimierte automatisierte Dosierung

Diese Dosierrobotersysteme der neuesten Generation – wie die Modelle der GV-, RV-, EV- und PRO-Serie des Unternehmens für 3– und 4-Achsen-Anwendungen – bieten mit ihrer fortschrittlichen Software und ihren bildverarbeitungsgesteuerten Funktionen Wiederholbarkeit und Präzision für automatisierte Dosiersysteme und Montagevorgänge. Sie sind ideal für Punkte, Linien, Verguss, Dämmen, Füllen, Unterfüllen, Verkapseln, Versiegeln, Beschichten und Jetten – spritzenbasiert und ventilbasiert, für eine breite Palette von Anwendungen, von der Inline- bis zur Batch-Dosierung – und bieten ausgefeilte Dosierfähigkeiten, genauere Platzierung und größere Konsistenz, während sie einfach und intuitiv zu programmieren sind.

Diese Integration von Robotern mit fortschrittlicher Dosiersoftware und Bildverarbeitung bietet den Herstellern erhebliche Vorteile, wie z. B. eine höhere Produktionskapazität für Teile, kürzere Fertigungszeiten, gleichbleibende Genauigkeit bei rauen und unebenen Oberflächen, verbesserte Produktqualität und die Möglichkeit, komplexere Projekte zu übernehmen, die eine sehr präzise Dosierung und Flüssigkeitsplatzierung erfordern.


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