Roboter-Palettierung am Linienende: Fertigware automatisch und formatflexibel stapeln

Vom Handstapeln zur automatischen Palettierung: Auslöser und Nutzen

Der häufigste Anstoß für ein Palettierprojekt ist der Personalmangel. Beladeplätze am Linienende gelten als monoton und belasten Rücken und Gelenke, und gerade diese Stellen bleiben bei der Suche nach Mitarbeitenden zuerst offen. Kommt eine Steigerung der Stückzahlen hinzu, wird das Handstapeln zum Engpass, der die vorgelagerte Maschine ausbremst.

Die Objekte, die am Linienende anfallen, sind vielfältig. In dokumentierten Anwendungen reichen sie von bearbeiteten und kantenumleimten Platten über gestanzte Blechpakete, etwa Fünferstapel um 1.100 × 800 mm, bis zu Graphitplatten und Versandkartons für den Versand. Die Aufgabe lautet meist gleich: Fertigteile von einer Maschine oder einem Förderer aufnehmen und auf eine bereitgestellte Palette stapeln.

Wichtig ist die saubere Abgrenzung zum Depalettieren. Hier wird Fertigware auf die Palette aufgebaut, nicht aus einem Behälterstapel entnommen. Das verändert die Aufgabe der Bildverarbeitung. Sie muss nicht die oberste Lage eines fremden Stapels finden, sondern das ankommende Teil erkennen und dem Roboter sagen, wie es zu greifen und wo es abzulegen ist. Der Nutzen liegt weniger im Einsparen einzelner Handgriffe als in einem planbaren, gleichmäßigen Warenausgang über alle Schichten hinweg.

Formatvielfalt beherrschen: gleichmäßige Stapel und Tannenbaum-Muster

Die Spanne der Formate ist in der Praxis enorm. Sie reicht von kleinen Teilen um 60 × 240 mm bis zu großformatigen Platten von über 2.500 × 3.500 mm, und häufig laufen mehrere dieser Formate über dieselbe Linie. Genau daran scheitern starre Mechaniken: Ein fester Anschlag, der für ein Format ausgelegt ist, passt beim nächsten nicht mehr.

Wie gestapelt wird, hängt von der Losgröße ab. Bei einer durchlaufenden Charge gleicher Teile entsteht ein gleichmäßiger, quaderförmiger Stapel. Bei kleinen Losgrößen und wechselnden Formaten ist dagegen oft ein versetztes Muster gefragt, im Sprachgebrauch der Werke ein Tannenbaum-Muster, das die Ladung auf der Palette stabil hält. Beide Ablagestrategien lassen sich hinterlegen und je nach Auftrag umschalten.

Aus Format und Losgröße leiten sich zwei zentrale Auslegungsgrößen ab:

• Bildfeld: Es muss das größte auftretende Format sicher erfassen, ohne bei den kleinen Teilen an Auflösung zu verlieren. Bei sehr großen Platten kann eine hochauflösende Kamera oder ein größerer Arbeitsabstand nötig werden.
• Ablagestrategie: Reihenfolge, Position und Ausrichtung jeder Lage gehören für jedes Format ins Programm, damit der Stapel auch bei versetzten Mustern maßhaltig und transportsicher bleibt.

Greiferwahl nach Bauteilgröße: wie die Kamera den Roboter steuert

Bei wechselnden Formaten reicht ein einziger Greifer selten aus. Ein kleines gestanztes Teil verlangt eine andere Greifstrategie als eine großformatige Platte. Die Bildverarbeitung erkennt Größe und Lage des ankommenden Teils und gibt dem Roboter vor, welcher Greifer oder welche Saugerkonfiguration passt. So wählt die Zelle das Werkzeug nach dem realen Teil und nicht nach einer festen Annahme.

Ein oft übersehener Punkt sind Zwischenlagen. Zwischen den Produktlagen liegen häufig Kartonagen oder Trennschichten, die der Roboter mit aufnehmen oder gezielt einlegen muss. Auch das gehört von Anfang an in das Ablaufkonzept, sonst verschiebt sich der Stapel oder die Trennlage fehlt.

Die Koordinaten übergibt das Vision-System markenunabhängig an den Roboter, über gängige Schnittstellen wie Profinet, EtherNet/IP oder TCP/IP. Für die eigentliche Roboterführung kommt je nach Aufgabe die 2D Robot Vision der Modellreihe CV-X zum Einsatz, wenn Teile flach und in bekannter Höhe ankommen. Streuen Höhe und Lage stärker, etwa bei unregelmäßig abgelegten Teilen oder wenn der Stapel selbst vermessen werden soll, liefert die 3D Robot Vision der Modellreihe CV-X mit den 3D-Kameras RB-500, RB-800 und RB-1200 das vollständige räumliche Bild.

Prüfen vor dem Stapeln: Vollständigkeit, Position und Defekt

Aus einer reinen Handhabung wird schnell eine kombinierte Handling- und Prüfstation. Weil das Teil ohnehin vor der Kamera liegt, prüft dieselbe Aufnahme oft gleich mit, ob alles stimmt, bevor der Roboter ablegt. Das spart einen separaten Prüfplatz und fängt Fehler ab, die sonst erst im verpackten Stapel auffallen.

Typische Prüfungen im Takt sind:

• Anwesenheit und Position: Liegt tatsächlich ein Teil bereit, und liegt es so, dass der Greifer sicher zufassen kann.
• Vollständigkeit: Ist die erwartete Stückzahl je Lage vorhanden, etwa alle Teile eines Fünferstapels.
• Oberfläche und Defekt: Auffälligkeiten wie eine fehlerhafte Schweißnaht oder eine Beschädigung, die das Teil vor dem Stapeln aussortieren.

Für einfache Anwesenheits- und Positionsprüfungen genügt oft ein AI Vision-Sensor der Modellreihe IV4 oder eine All-in-One Kamera mit integrierter AI der Modellreihe VS. Kommt es auf Höhe oder Ebenheit des Stapels an, etwa um Verzug oder eine schräg liegende Lage zu erkennen, liefert ein 2D/3D Laser-Profilsensor der Modellreihe LJ-X8000 die nötige Höheninformation. Für anspruchsvollere Sichtprüfungen mit größerem Bildfeld oder mehreren Kameras bietet sich die High-Performance Bildverarbeitung mit integrierter AI der Modellreihe VS-G an.

Sicherheit an der Palettierzelle: Lichtvorhänge, Scanner und Schleusen

Eine Palettierzelle ist selten vollständig eingehaust, weil Menschen die fertigen Paletten entnehmen und leere bereitstellen. Genau an dieser Schnittstelle zwischen Mensch und Roboter entscheidet sich die Sicherheit der Anlage. Eine starre Vollumzäunung wäre unflexibel und würde den manuellen Zugriff behindern.

Bewährt hat sich eine gestaffelte Absicherung. Sicherheitslichtvorhänge schützen die Bereitstellungs- und Entnahmeplätze und lösen einen sicheren Halt aus, sobald jemand in den Gefahrenbereich greift. Auf größeren Flächen und an bodennahen Zugängen übernehmen Sicherheits-Laserscanner die Überwachung, häufig mit abgestuften Feldern, die die Robotergeschwindigkeit bei Annäherung zunächst reduzieren und erst im inneren Feld sicher stoppen.

Für den Palettenwechsel bei laufendem Betrieb kommen verriegelte Schleusen aus zwei Sicherheitslichtvorhängen in Frage. Sie erlauben den Materialtransport, ohne den Menschen freizugeben. Muting sollte nur dort eingesetzt werden, wo es die Risikobeurteilung zulässt, und die konkreten Sicherheitskennwerte gehören in die Beurteilung der jeweiligen Zelle, nicht in eine pauschale Annahme.

Integration und Inbetriebnahme mit Maschinenbauer oder Integrator

Bevor die Zelle geplant wird, sollte die Rollenverteilung klar sein. In manchen Werken erfolgt die Integration im eigenen Haus, in anderen übernimmt ein externer Integrator, und in beiden Fällen ist Applikationsunterstützung für die Bildverarbeitung sinnvoll. Wer diese Frage früh klärt, vermeidet Reibung bei der Inbetriebnahme.

Ebenso wichtig sind die Randbedingungen der Bestandslinie. Verfügbarer Bauraum, Reichweite des Roboters, vorhandene Fördertechnik und die Schnittstellen zur Steuerung bestimmen mit, was umsetzbar ist. Läuft die neue Zelle als Pilot an einer Linie stabil, lässt sie sich als Vorlage auf weitere Linien und Standorte übertragen. Ein dokumentierter Pilot mit realen Formaten und der geforderten Taktzeit ist dabei die verlässlichste Grundlage für den Rollout.

Häufige Fragen

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