Dank Visionary T Mini von Sick ein zuverlässiger Griff in die Kiste

Rund 24 Tonnen Material bewältigt die neue Härterei von Stubai KSHB. Moderne Vision-Technologien von Sick leisten ihren Beitrag dazu.

Das Stubaital in Tirol ist seit jeher für seine Landschaft, seine Kultur und vor allem auch für seine Schmiede bzw. die Metallbearbeitung bekannt. Als Genossenschaft gegründet, brachte die „Mutter“ der Stubai KSHB, die Stubai Werkzeugindustrie reg.Gen.m.b.H, ihre Verbundenheit zum Tal sogar in ihrem Namen zum Ausdruck. Die Marke „Stubai“ steht daher schon seit 1897 für Qualität und Nachhaltigkeit. Entstanden ist die Tochterfirma, Stubai KSHB GmbH, 2007 als Produktionsbetrieb und 2010 das Schwesterunternehmen Stubai ZMV (Zentrum für Marketing und Vertrieb), das für den Handel der Produkte der Marke Stubai verantwortlich zeichnet.

Die kompakte 3D-Snapshot-Kamera Visionary-T Mini von Sick ist direkt über der Entnahme-Kiste montiert.

Anwender: Stubai KSHB GmbH

Das Kompetenzzentrum Schmieden Härten Bearbeiten ist Teil der Stubai Werkzeugindustrie, aus der sich zwei Tochterfirmen herauskristallisieren, einmal als Produktionsbetrieb und das Schwesterunternehmen Stubai ZMV (Zentrum für Marketing und Vertrieb) als Handelsbetrieb. Die Produkte reichen von Werkzeugen, Rahmenbauteilen und Automobilbauteilen bis hin zu Maschinenbauteilen und spezialisierten Verarbeitungsverfahren wie Räumen, Stanzen, Fräsen, Schweißen, Schmieden und Stauchen. Die erfahrenen Fachleute in der Konstruktion und Technik helfen den Kunden bei der Entwicklung von Produkten aus Metall und setzen diese auch um.

Stubai KSHB GmbH
Industriezone A/1
A-6166 Fulpmes
http://www.kshb.at

Metallkompetenz

KSHB steht für Kompetenzzentrum Schmieden Härten Bearbeiten – eine Vision, die die Metallspezialisten aus Fulpmes konsequent in die Tat umsetzen. Das Unternehmen bietet heute die gesamte Metallbearbeitung aus einer Hand – bis zum fertigen Bauteil. Dafür werden auch Innovationen vorangetrieben und neue Technologien gemeinsam mit den Kunden weiterentwickelt, erklärt Ernst Dummer, der Geschäftsführer, Stubai KSHB GmbH.

Der Visionary-T Mini von Sick ist eine 3D-Vision-Kamera, also eine Industriekamera mit integrierter 3D-Sensorik – und somit mehr als ein klassischer Sensor, aber auch nicht einfach nur eine Kamera im herkömmlichen Sinne.

Unterschiedliche Härtegrade

Metall ist nicht gleich Metall. Bei vielen Anwendungen ist der Härtegrad entscheidend. Der definiert sich nicht nur über das verwendete Material, die Legierung, sondern auch über die zum Einsatz kommenden Verfahren/Behandlungen. Martin Müller ist der Leiter der Wärmebehandlung bei Stubai KSHB. Bei solch einer „Wärmebehandlung“ geht es um die Vergütung von geschmiedeten Stahl- und Aluminiumteilen. Das Spektrum reicht dabei vom klassischen Vergüten über das Induktiv-Vergüten bis zu einer Vakuumwärmebehandlung. Bei Stubai KSHB bleiben keine Wünsche offen.

Die Entnahme-Kiste leert sich zusehends. Zudem ist sie nicht immer exakt ausgerichtet und die Wände weisen Beulen auf.

Härten – der Prozess

Unter Härten versteht man die Steigerung der Härte bzw. Festigkeit mit Hilfe einer gezielten Wärmebehandlung. Diese besteht aus den Schritten Austenitisieren und Abschrecken. Beim Austenitisieren wird das Metall bei 800 bis 1.200 °C zum Glühen gebracht, wodurch sich im Material ein kubisch-flächenzentriertes Kristallgitter bildet. Durch das nachfolgende Abschrecken in einer Öl- oder Polymerlösung entsteht eine Gefügeumwandlung, welche ein verspanntes, hartes Martensit-Gitter erzeugt.

Martin Müller: „Die Härteparameter – wie die Austenitisierungstemperatur, -dauer und die kritische Abschreckgeschwindigkeit – hängen unter anderem von der Materialzusammensetzung ab. Zudem gibt es verschiedene, anwendungsspezifische Verfahren. Sollen beispielweise Randoxidationen vermieden werden, bringt man beim Härten ein spezielles Schutzgas ein. Insbesondere Werkzeuge erhalten oft auch eine Vakuumwärmebehandlung. Nach dem Härten erfolgt in der Regel das ‚Anlassen‘, um die Zähigkeit des Materials zu erhöhen.“

Der Roboter benötigt die Positionsdaten der obersten Teile, um den Magneten exakt ausrichten zu können.

Von der Transportkiste in den Chargierkorb

In der Härterei gilt es zunächst, das unvergütete Material gewichtet in spezielle, temperaturunempfindliche Kisten zu legen. Diese „Chargierkörbe“ bestehen aus einem feuerfesten Stahl, der die rund 900 °C des Härteofens auch über längere Zeit aufnehmen kann, ohne dabei beschädigt zu werden. Früher wurde das Umschlichten oft manuell gemacht – insbesondere dort, wo sich die Teile aufgrund empfindlicher Oberflächen nicht einfach in die Körbe kippen lassen. Martin Müller: „Oft wird seitens unserer Kunden eine 1A-Oberfläche gefordert. Die Teile dürfen also keine ‚Matzen‘ oder Einschläge haben, wie sie beim Einkippen durch Kollisionen entstehen können. Dann mussten die Chargierkörbe von Hand befüllt werden.“

Die zu handelnden Mengen nahmen jedoch stetig zu, sodass körperliche Limits erreicht wurden. Daher übernimmt heute ein Roboter mit einem großen Elektromagneten am Armende das Befüllen der Chargierkörbe. Wird der Magnet bestromt, haften die Teile am Magneten. Die aufgenommene und gehaltene Menge an Rohteilen lässt sich dabei über die Stromstärke steuern.

Ein Elektromagnet am Armende des Roboters sorgt dafür, dass die Teile haften bleiben. Die gehaltene Menge lässt sich über die Stromstärke steuern.

Zuverlässige Teileerkennung

Aufgrund der starken Nachfrage nach hochqualitativen, vergüteten Metallteilen fiel 2022 seitens Stubai KSHB die Entscheidung, eine neue Härteanlage aufzubauen. Ziel war es, mehr Durchsatz zu ermöglichen und gleichzeitig Energie einzusparen. Die neue Anlage zur Vergütung von Schmiedeteilen hat 2023 den Betrieb aufgenommen. Eine durchdachte Automatisierung und der Roboter zum Füllen der Chargierkörbe waren dabei von Anfang an Teil des Konzepts. Maximal 60 kg unvergütetes Rohmaterial dürfen in einen Korb. Darum werden die Körbe beim Füllen ständig verwogen.

Für die Aufnahme der Teile muss der Roboter zielsicher in bzw. über der Entnahme-Kiste positioniert werden. Es war daher erforderlich, die obersten Teile zuverlässig zu erkennen, ihre Position zu ermitteln und an den Roboter weiterzugeben – auch wenn die Entnahme-Kiste einmal nicht ganz exakt ausgerichtet ist, ihre Wände Beulen aufweisen oder Teile widerspiegeln. Ein Fall für Sensorik von Sick.

Ziel erreicht (v.l.n.r.): Josef Moosbrugger, Regional Sales-Manager, Sick Österreich, Ernst Dummer, Geschäftsführer, Stubai KSHB und Martin Müller, Leiter der Wärmebehandlung bei Stubai KSHB.

Fläche + Höhe = 3D-Snapshot-Kamera

Das Erkennen der obersten Schicht und das Errechnen der exakten Position einzelner Teile übernimmt die kompakte 3D-Snapshot-Kamera Visionary-T Mini von Sick, die direkt über der Entnahme-Kiste montiert ist. Dank zukunftsweisender 3D-Time-of-flight-Technologie liefert bei ihr jedes Pixel genaueste Tiefen- und Intensitätsdaten. Die Kamera erfasst das Umfeld selbst bei starkem Hell-Dunkel-Kontrast oder einem weitem Distanzbereich zuverlässig und ermöglicht aufgrund ihrer sehr kurzen Bildaufnahmedauer präzise Daten sogar von bewegten Objekten.

Metallbearbeitung vom Feinsten: Stubai KSHB besitzt jahrzehntelange Erfahrung in der Herstellung und Bearbeitung von Schmiedeteilen.

Software nach Maß

Ein zentraler Bestandteil der Vision-Lösung war die Software, denn die Anwender wollten sich nicht lange mit der Programmierung und der Konfiguration der Kamera beschäftigen. Die Aufgabe war es also, der Robotersteuerung genaue Koordinaten (3D) der Kiste und der einzelnen Teile zu übermitteln. Den „Feinschliff“ der Software für die Anforderungen dieser Anwendung und die speziellen Eigenschaften der Metall-Teile haben die Vision-Experten von Sick Österreich übernommen. Das Ergebnis war eine integrierte Vision-Komplettlösung, die der Robotersteuerung fertig aufbereitete Daten zum exakten Anfahren der Positionen liefert.

Kamera überzeugt im Einsatz

Eines der Ziele mit der neuen Anlage war eine deutliche Durchsatzsteigerung. Ziel erreicht! Früher waren drei Härteanlagen mit sechs Mitarbeitenden im Einsatz, um rund 20 t Fertigteile pro Woche zu härten. Heute ist das nur mehr eine Anlage mit drei Werkern, die rund 80 t pro Woche bewältigen. Das heißt: Fertigung der vierfachen Menge, mit halb so viel Personal und das auf nur einer Anlage anstatt drei. Eingespart wurden somit Platz, Personal, Energie und Zeit – der Roboter und moderne Vision-Technologien von Sick leisten ihren Beitrag dazu.

Martin Müller resümiert: „Noch vor wenigen Jahren wären ähnliche Lösungen hochkomplex gewesen – mit unzähligen Sensoren, komplizierten Aufbauten und Boxen mit exakt abgestimmten Lichtverhältnissen. Staub und Schmutz waren da ein absolutes ‚No-Go‘. Da hat sich unglaublich viel getan. Heute heißt es nur mehr ‚anschließen und loslegen‘. Einmal im Jahr die Linse putzen und alles funktioniert. Die Zuverlässigkeit der Kamera und die Einfachheit der Software von Sick haben absolut überzeugt.“