Das Handelsunternehmen Combilo in Waddinxveen ist spezialisiert auf Import, Export, Verpackung, Lagerung, Transport und Vertrieb von Obst und frischem Gemüse. Ein großer Anteil davon –  speziell Treibhausgemüse und Hartobst – wird von dem Unternehmen vor der Auslieferung an den Einzelhandel verpackt.

Insbesondere die Zusammenstellung von sogenannten ‚Paprika-Ampeln‘, die jeweils eine rote, gelbe und grüne Paprika enthalten, ist ein besonders arbeitsintensiver Vorgang. Insofern wurden laut Produktionsleiter Marcel Villerius, der in dieser Funktion auch für die Verpackungsabteilung von Combilo verantwortlich ist, in den letzten Jahren eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um die Anlagenleistung zu optimieren: „Wir suchen ständig neue Wege zur Verbesserung unserer Effizienz und versuchen, unsere Betriebsabläufe so weit wie möglich zu automatisieren.“ 

Die Halle beherbergt insgesamt fünf Verpackungslinien, die pro Jahr mehrere Millionen Verpackungen herstellen. Villerius erläutert den Ablauf: „Eine herkömmliche Verpackungslinie wird von sieben Mitarbeitern bedient. Eine Person befüllt die Körbe mit ­Paprikas in der jeweiligen Farbe. Drei Mitarbeiter platzieren die Paprikas von Hand in der richtigen Anordnung und Farbreihenfolge auf dem Förderband. Anschließend durchlaufen die Paprikas in Dreiergruppen eine Schlauchbeutelmaschine, in der sie in Folie verpackt werden. Ein weiterer Bediener steht neben der Verpackungsmaschine, um die Zuführung zur Maschine zu kontrollieren und eventuelle Fehler zu beheben. Nachdem die Paprikas verpackt wurden, wird auf einer Kontrollwaage das Gewicht der Ver­packungen geprüft. Ist das Gewicht zu gering, wird die Verpackung aus­gesondert.“

Ein Roboter platziert die Paprikas in der richtigen Anordnung und Farbreihenfolge auf einem Förderband.

© Omron

Genau hier liegt Villerius zufolge oft das Problem: „Werden die Früchte von Hand aufgenommen, erhalten wir vielfach Verpackungen, die zu schwer sind und zu viel Ware enthalten oder zu leicht sind und aussortiert werden müssen. Aussortierte Verpackungen müssen wiederum manuell entpackt und die Paprikas erneut zurück zum Anfangspunkt der Verpackungslinie transportiert werden. Dies ist ein zeitaufwendiger Vorgang, und die zusätzliche Handhabung der Paprikas ist für deren Qualität abträglich. Am Ende der Linie sind schließlich  zwei weitere Mitarbeiter dafür zuständig, die Paprika-Ampeln in Kartons zu legen und diese wiederum auf Paletten zu stapeln.“

Um das Verpacken der Paprika-Dreierpacks effizienter zu gestalten, entschied sich Combilo im Jahr 2015 für die Anschaffung einer robotergestützten Linie, die von EasyPack Technologies entwickelt wurde. Diese führt grundsätzlich dieselben Schritte aus wie eine herkömmliche Linie. Das heißt: Ein Mitarbeiter befüllt nach wie vor die Körbe mit Paprikas in der jeweiligen Farbe. Im Anschluss daran übernehmen allerdings drei Roboter die Rolle der Mitarbeiter, die in der Vergangenheit die Früchte auf dem Förderband platzierten. Will heißen: Die Roboter ­nehmen die Paprikas auf und legen sie in der richtigen Anordnung und ­Farbreihenfolge auf dem Förderband ab. Anschließend durchlaufen sie die Schlauchbeutelmaschine. Nach der Verpackungsmaschine bleibt das Prozedere dasselbe.

Möglichst genau an die 500 Gramm

Wenngleich die Rolle der Roboter isoliert betrachtet begrenzt zu sein scheint, beruht deren Steuerungssystem auf einem intelligenten Konzept. Ausgangspunkt für die Roboter ist ein Zielgewicht von 500 Gramm pro Verpackung. Die Paprikas werden zunächst sortiert und anschließend in Gewichtsklassen von 140 bis 160, 160 bis 180 und 180 bis 220 Gramm geliefert. Villerius erklärt den weiteren Ablauf: „In die Förderbänder, auf denen die Paprikas zu den Robotern transportiert werden, sind Wägezellen integriert. Diese übermitteln das Gewicht der einzelnen Früchte an den Gewichtsumformer. Wenn die ersten beiden Roboter eine Paprika aufnehmen, stehen ihnen dafür zwei Förderbänder zur Auswahl. Für die letzte Farbe sind es vier Förderbänder. Der Roboter verfügt somit über eine größere Auswahl, um das Gesamtgewicht der drei Paprikas so nahe wie möglich auf 500 Gramm zu bringen.“ 

Ein intelligentes Steuerungssystem sorgt dafür, dass jede 'Paprika-Ampel' das Zielgewicht von 500 Gramm möglichst exakt erreicht.

© Omron

Damit nicht genug: Nachdem die Paprikas gewogen sind, übermittelt das mit drei Kameras ausgestattete Bildverarbeitungssystem die Position und Anordnung der Paprikas sowie die Form der Stiele an das Steuerungssystem. Somit kann dieses genau berechnen, wie die jeweilige Paprika aufzunehmen und zu drehen ist, damit sie in der richtigen Position auf das Förderband abgelegt wird. Villerius zufolge ist die Verarbeitung von Paprikas besonders schwierig, weil ihre Form so stark variiert. Zudem sind die Stiele sehr hart. Daher müssen sie nach innen zeigend positioniert werden, um eine Beschädigung der Verpackungen zu vermeiden.

Neben dem Auftragnehmer EasyPack Technologies war an dem Projekt dessen langjähriger Partner Rons Electronics Supplies beteiligt, welcher für die Elektronik und Steuerung zuständig war. Nahezu das gesamte Steuerungssystem der Roboteranwendung – mit Ausnahme der Wägezellen und des Gewichtsumformers – stammt von Omron. Easypack-Geschäftsführer Jeroen Bugter erläutert, welche Komponenten für die Installation konkret zum Einsatz kamen: „Wir haben drei Delta-3-Roboter vom Typ R6Y von Omron eingesetzt. Dabei handelt es sich um wasserdichte Ausführungen, die gründlich gereinigt werden können. Dies ist in der Lebensmittelindustrie wichtig, da hier hohe hygienische Anforderungen bestehen. Jeder Roboter hat vier Servoantriebe, welche die drei Roboterarme sowie die Drehachse ansteuern. Omron lieferte auch das Bildverarbeitungssystem mit drei Kameras sowie die Steuerungen für die Förderbänder.“

Jeder Roboter hat seinen eigenen Schaltschrank für die Servoantriebe, und der zentrale Schaltschrank enthält nicht weniger als 27 Frequenzumrichter für die Förderbänder sowie die ­Robotersteuerung. Letztere verarbeitet die Informationen über das Gewicht, die Position sowie die Bandgeschwindigkeit und steuert damit die drei ­Deltaroboter. An der Schlauchbeutelmaschine ist ein Inkrementalgeber angebracht, um die Geschwindigkeit der Roboter zu steuern. Damit wird gewährleistet, dass sie mit genau derselben Geschwindigkeit wie die Ver-packungsmaschine laufen.

Der große Vorteil der im Projekt verwendeten  Sysmac-Plattform von Omron besteht darin, dass alle Geräte – sprich Umrichter, Servos, E/As, Sensoren sowie Sicherheits-, Bildverarbeitungs- oder Robotikmodule – per Ethercat miteinander verbunden werden können. Auf diese Weise lassen sich bis zu acht Roboter simultan innerhalb von einer Millisekunde steuern, was letztlich eine äußerst sanfte Bewegungs-steuerung gewährleistet. Zur einfachen Realisierung von Pick-&-Place-­Anwendung hat Omron neun Funktionsblöcke mit verschiedenen Kinematikfunktionen entwickelt. Das bedeutet: Anwender müssen keine ­Robotikexperten sein, um die Applikation zu programmieren.

Über den Sysmac-NJ-Controller lassen sich schließlich alle Geräte über eine Verbindung, ein Programm und eine Software (Sysmac Studio) programmieren. In konkreten Fall von Combilo ist der Controller dafür verantwortlich, über Ethercat-E/As alle Informationen von den Transportzellen einzuholen und dann zu entscheiden, welche Paprika aufgenommen wird. Gleichzeitig erhält er Informationen vom Bildverarbeitungssystem und entscheidet dann, wie und wohin die Paprika vom Roboter platziert wird. Außerdem steuert er die Zufuhr-Förderbänder und nimmt – wenn nötig – Einfluss auf den Ausgangsförderer und die Verpackungsmaschine, die dem Roboter nachgeschaltet sein kann. Kurzum: Ein spezieller Robotik-Controller ist somit nicht notwendig. Und da die Maschine von einer einzigen Schnittstelle aus programmiert wird, ist das System wesentlich effizienter und die Inbetriebnahme geht schneller vonstatten. Gleiches gilt für die Fehlersuche bei einem Ausfall.

Zusätzlich zum Ethercat-Anschluss verfügt der NJ-Controller über eine Ethernet/IP-Verbindung. Auf diese Weise lässt sich problemlos ein Funktionsblock zur Kommunikation mit einer SQL-Datenbank programmieren und alle Daten können mit einem MES/ERP-System in der Fabrik geteilt werden – ein wichtiger Aspekt unter anderem in puncto Rückverfolgbarkeit. Die Bedienung der Roboter und der Verpackungslinie erfolgt über einen Touchscreen. Hier lassen sich Parameter wie Gewicht, Position und Bandgeschwindigkeit mittels einfacher Piktogramme konfigurieren und steuern. Auch Fehlermeldungen werden auf dem Display angezeigt.

Villerius ist mit der neuen robotergestützten Lösung sprichwörtlich ‚auf der ganzen Linie‘ zufrieden: „Die Wägezellen und der Gewichtsumformer steuern die Roboter so, dass die überwiegende Anzahl der Verpackungen nun das gewünschte Gewicht aufweist. Die Roboter sparen uns Zeit, reduzieren die Anzahl der ­aussortierten verpackten Produkte und ver­brauchen weniger Verpackungsmaterial.“ Kurzum: Nach einem einjährigen Probebetrieb und einigen Anpassungen ist die Produktivität der robotergestützten Linie pro Voll-zeitäquivalent heute um 30 % höher als bei einer herkömm­lichen ­Linie.