Mobile CNC Beschickung

Im Innosuisse-Projekt entwickelt die BFH mit Wirtschaftspartnern eine mobile CNC-Beschickung für Schreiner. Nach Feldtests und Marktumfrage entstand ein modularer, funktionsfähiger Prototyp, der Automatisierung auch für KMU ermöglicht.

Steckbrief

Beteiligte Departemente Architektur, Holz und Bau
Institut(e) Institut für digitale Bau- und Holzwirtschaft IDBH
Forschungseinheit(en) Fachgruppe Digitale Fertigung FGDF
Förderorganisation Innosuisse
Laufzeit (geplant) 01.05.2023 - 28.02.2026
Projektleitung Prof. Simon von Gunten
Projektmitarbeitende Joel Lucas Burkhalter
Nikita Aigner
Prof. Eduard Bachmann
Prof. Dr. Gabriel Gruener
Partner Bachmann Engineering AG
vonrickenbach.swiss ag
Weinig HOLZ-HER Schweiz AG
Schlüsselwörter Robotik, mobile Robotik, AGV, CNC, Holzbearbeitung, Intralogistik

Ausgangslage

Der anhaltende Fachkräftemangel in der Schreinerbranche stellt eine zentrale Herausforderung für die effiziente Auslastung von CNC Holzbearbeitungsmaschinen dar. Parallel dazu führen volatile Auftragslagen zu schwankenden Kapazitätsanforderungen, wodurch flexible Produktionsprozesse an Bedeutung gewinnen. Bestehende Automatisierungslösungen sind häufig stationär, kostenintensiv und daher für kleine und mittelständische Betriebe nur begrenzt wirtschaftlich nutzbar. Gemeinsam mit den Partnerunternehmen vonrickenbach.swiss ag, Weinig Holz-Her Schweiz AG und Bachmann Engineering AG (IAR Group) entwickelte das Institut für digitale Bau- und Holzwirtschaft in Zusammenarbeit mit dem Labor für Robotik des Institute for Human Centered Engineering ein Konzept für eine mobile CNC Beschickungslösung. Diese soll es ermöglichen, mehrere Maschinen mit einem einzigen Roboter zu bedienen, die Auslastung zu steigern und Engpässe in der Produktion abzufedern. Durch die flexible Einsetzbarkeit und den modularen Aufbau soll die mobile Lösung Automatisierung auch für kleinere Betriebe wirtschaftlich attraktiv zu machen und die Wettbewerbsfähigkeit der Branche stärken.

Vorgehen

In der ersten Projekthälfte wurden technische Fragestellungen wie die einfache Programmierung, Referenzierung und Ansteuerung unterschiedlicher Maschinen geklärt. Nach erfolgreichen Feldversuchen mit einem Testaufbau bei vonrickenbach.swiss und einer Marktbefragung innerhalb der Schreinerbranche zeigte sich, dass das erarbeitete Konzept im Umfeld eines holzbearbeitenden Betriebs funktioniert und in der Branche auf breites Interesse stösst. Auf dieser Basis baute das Projektteam in der zweiten Projekthälfte einen funktionsfähigen, auf die Bedürfnisse der Branche adaptieren, modularen Prototypen einer mobilen CNC-Beschickungslösung.

Ergebnisse

Der Prototyp kann mit einer Nutzlast von 20 bzw. 30 kg und Reichweiten von 1.7 bzw. 1.3 m Bauteile bis hin zu einer Schrankseite bewegen. Die integrierte Vakuumerzeugung, der Vakuumgreifer und ein optionales Greiferwechselsystem ermöglichen einen vielseitigen und flexiblen Einsatz. Die Mobilität des Systems erfolgt in der Basisversion durch einen Paletten-Hubwagen und in der Ausbaustufe mit einem fahrerlosen Deichselstapler (FTS). Die Trennung von FTS und Beschickereinheit bietet Unternehmen einen zusätzlichen Nutzen für intralogistische Prozesse. Dank Batteriebetrieb erreicht das System eine Autonomiezeit von acht Stunden. Die intuitive Programmierung über eine grafische Oberfläche sowie eine kamerabasierte automatische Referenzierung, welche die Roboterposition automatisch korrigiert, erleichtern die Bedienung und erhöhen die Akzeptanz des Systems bei Mitarbeitenden. Die Sicherheit wird durch eine radarsensor-überwachte Schutzzone gewährleistet, die statische Objekte ignorieren kann, wodurch eine Neukonfiguration der Sensoren bei Änderungen der Umgebung entfällt. Um beim Handling von Teilen unterschiedlicher Dimensionen Kollisionen mit statischen Objekten zu verhindern, wurde zusätzlich ein Proof of Concept für eine Kollisionsüberwachung erstellt. Zudem wurde die prototypische Integration in übergeordnete CNC Steuersysteme realisiert, wobei die API Schnittstelle der Robotersteuerung eine einfache Anbindung ermöglicht.

Ausblick

Der Prototyp wurde an der Holz25 in Basel der Öffentlichkeit präsentiert und erhielt positives Branchenfeedback. Zudem bestätigte ein mehrwöchiger Praxistest beim Wirtschaftspartner vonrickenbach.swiss ag die Funktionsfähigkeit in der Realumgebung. An der Holzhandwerk 26 in Nürnberg wird die Lösung erstmals einem internationalen Publikum vorgestellt.