10.08.2016

Roboterlösung für Ultraschall-Schneidemaschine

Ein großes Stück vom Kuchen

Auf der Suche nach einer Robotiklösung für das hochpräzise Schneiden von Kuchen und Co. ist in der Backwarenindustrie eine Ultraschall-Schneidemaschine entstanden, die schnell, effizient und sauber arbeitet und eine flexible Anpassung an unterschiedliche Größen- und Stückzahlvorgaben erlaubt. Ausschuss aufgrund von Beschädigung beim Schneidevorgang gehört damit der Vergangenheit an.


Die Robotersteuerung läuft über die Automatisierungsplattform iQ Platform, die eine reibungslose Kommunikation zwischen der SPS der Melsec Q-Serie und einem integrierten Roboter-Controller ermöglicht.
Bild: Mitsubishi Electric Europe B.V.

Die Ultraschall-Schneidtechnik von Newtech, einem Anbieter von Maschinen für die Lebensmittelindustrie, ist ausgerichtet auf hohe Schnittqualität für Produkte, die sich mit gewöhnlichen Schneideverfahren nur schwer verarbeiten lassen, beispielsweise Kuchen. Oft ist es zeitaufwendig, herkömmliche Anlagen an unterschiedliche Kuchengrößen, -höhen oder -portionierungen anzupassen. Das Ergebnis sind nicht selten ungleichmäßige oder unsaubere Schnitte und ein hoher Anteil an beschädigter Ware. Mit einem neuentwickelten Maschinendesign löst der Anbieter dieses Problem und kombiniert das Ultraschallschneiden mit einer robotergesteuerten Klingenführung. Zwecks einer einfachen Integration der geplanten Out-of-the-Box-Lösung in eine bestehende Anlage richtete sich das Unternehmen an Mitsubishi Electric. Dazu wurde ein Sechsachsroboter vom Typ RV-13FM mit einer Traglast von 13kg in eine Edelstahlzelle verbaut. Als einer der schnellsten Roboter seiner Klasse ermöglicht er einen flexiblen und kompakten Arbeitsbereich, da er den Greifarm geschickt um 180° hinter den eigenen Rumpf sowie nah am eigenen Sockel einsetzt. Die eingesetzte Robotersteuerung läuft über die multifunktionale Automatisierungsplattform iQ Platform, die eine reibungslose Kommunikation zwischen der SPS der Melsec Q-Serie und einem integrierten Roboter-Controller erlaubt. Eine Netzwerkanbindung an einen üblicherweise externen Roboter-Controller ist nicht mehr notwendig. Die Datenübertragung zwischen der SPS-CPU und dem Roboter-Controller läuft direkt über den Rückwandbus, was für höhere Geschwindigkeiten, einen höheren Datendurchsatz und reduzierte Roboterrüstzeiten sorgt. Zum Anbinden anderer Steuerungskomponenten, wie einen Umrichterantrieb und einen speziellen WS-Safety-Controller, kommt ein CC-Link-Netz zum Einsatz. So entsteht eine voll integrierte Maschinensteuerungslösung. Das verbaute HMI der GOT2000-Serie bietet eine Nutzerschnittstelle, über die der Anlagenbetreiber zwischen diversen Kuchenrezepten und Einstellungsparametern wie Produkthöhe, Portionsgröße, Stückzahl sowie Schnittformat auswählen kann. Außerdem lässt sich das Bedien-Panel über spezielle Templates zum Programmieren des Roboters nutzen. Mit der realisierten Lösung sind Anlagenbauer unabhängig von ihrer Unternehmensgröße und ihrem spezifischen Know-how in der Lage, schnell und einfach Robotiksysteme, die ein umfangreiches, sofort lieferbares Produktportfolio ermöglichen, in ein Produktionsumfeld zu integrieren. Der Roboter wird für die unterschiedlichen Produkte über die integrierte Engineering-Umgebung programmiert und konfiguriert. Die Software-Suite trägt zu reduzierten Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten bei. Über die gemeinsame Datenbank lässt sich eine Dopplung von Tag-Daten vermeiden.

Flexible Schnittleistung bei Kuchen

Das neueste Modell der robotergestützten Maschinen sorgt für hohe Flexibilität bei der Kuchenportionierung, denn die Inline-Roboterzelle bietet eine kompakte Plattform für viele verschiedene Produkte. Eine Ultraschallklinge arbeitet in Hochgeschwindigkeit mit großer Präzision und sauberem Schnitt selbst bei anspruchsvollen Kuchenprodukten. Im regulären Betrieb führt ein Förderband die Ware durch die Roboterzelle. Sie erreicht die Maschine auf einem in der Backwarenindustrie üblichen Aluminiumblech von etwa 76x46 beziehungsweise 76x41cm. Eine Reihe induktiver Sensoren erkennt die Blechgröße und stellt die korrekte Positionierung sicher. Im Anschluss fixiert die Maschine das Backblech durch mehrere Klemmen und hält es in exakter Position. Die genaue Ausrichtung ist wichtig, um zu vermeiden, dass die Ultraschallklinge den Blechrand berührt. Sobald das Backblech ausgerichtet ist, setzt der Roboter die Klinge in Bewegung und portioniert den Kuchen gemäß der per HMI vorgegeben Parameter. Schon während des Schneideprozesses setzt die Anlage das nächste Blech auf das Förderband und befördert es im Anschluss direkt in die Zelle.

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Kleinere Blechgrößen in Dreierreihen

Neben Standardbackblechen ist die Maschine auch in der Lage, Produkte in kleineren Folienschalen zu bearbeiten. Dazu werden die Schalen in einer Dreierreihe auf ein entsprechendes Tablett gesetzt, wobei auch hier die Klemmen zur akkuraten Positionierung zum Einsatz kommen. Der Roboter wählt mithilfe einer automatischen Kopfwechseleinheit eine kleinere Klinge, deren Form speziell an die der Schale angepasst ist. Eine Besonderheit der Maschine ist die Reinigungsfunktion. Dazu führt der Roboter die Klinge in einen speziellen Reinigungsbehälter, in dem mehrere Düsen die Klinge per Wasserstrahl säubern. Anschließend führt der Roboter die Klinge zum Trocknen in ein Gebläse. "Die Zusammenarbeit mit Mitsubishi Electric im Zuge der Roboterintegration hat den gesamten Prozess vereinfacht", erklärt Steve Rawlinson, Geschäftsführer von Newtech. "Der leistungsstarke Roboter zusammen mit dem Komplettangebot an Automatisierungskomponenten, die alle mit demselben Software-Paket auskommen, erlaubte eine unkomplizierte Integration in die Maschine. Somit sind wir jetzt in der Lage, die Vorteile von Ultraschall für einen präzisen, sauberen Schneidevorgang ohne jegliche Beschädigung der Backware zu nutzen." Das ebenmäßige Design des Knickarmroboters mit glatten Oberflächen und nur wenigen Spalten, in denen sich Krümel und andere Produktreste ansammeln, erwies sich in der Lebensmittelverarbeitung und -herstellung als weiterer Vorteil.

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