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流水線上的量匙

只給孩子們最好的:馬來西亞系統整合商 MODU System 也是這麼認為,因此全心信賴 KUKA 的 KR DELTA 機器人。這架符合衛生機器規格的高速機器人完美執行被付予的任務:快速且乾淨衛生地分放嬰兒食品專用的量匙。而且 KR DELTA 的本領不止於此。


高度衛生要求,永續性解決方案

衛生是食品安全最基本的條件 – 但同時也對食品工業帶來相當大的挑戰。重點包括對生產空間的衛生條件要求日漸提高、表面和設備器具的清潔和消毒,同時也要求訓練有素且健康的人員。馬來西亞系統整合商 MODU System 希望利用他們在機器人輔助自動化解決方案方面的專業知識來協助該產業。這家公司的助力則來自 KUKA,獲得了最適合這項挑戰的機器人KR DELTA。「我們希望我們的客戶能夠信賴我們」,MODU System 的區域經理 Rajinderjit Singh 說,「因此,我們在技術開發方面投資了大量資源,與像 KUKA 等夥伴密切合作,目的就在於找出一個更永續環保的機器人技術解決方案。」
一窺 MODU System 作業情形:KR DELTA 在食品生產過程的衛生應用中大放異采

拾取和放置:量匙的落下方式

這個解決方案的地點位於吉隆坡以西的巴生市。兩架 KR DELTA 從流水線上抓起量匙,然後放入另一條流水線上敞開的輸送袋中。這些輸送袋子裡又放有裝有嬰兒食品的食品級包裝袋。包裝袋旁邊有一個空位,上面貼著條碼貼紙。「機器人利用攝影機偵測到空位,就知道它必需在那裡放一根量匙」,Singh 解釋。接著另一個機器會把包裝袋和量匙推到一個盒子裡。但如果包裝袋遮住了貼紙,機器人就不會放量匙,否則在封包時會在機器裡引起堵塞。這聽起來很簡單,但卻是多套不同系統在行進中的生產過程裡攜手並進、相互合作的成果。
KR DELTA 將量匙放在裝有嬰兒食品的袋子旁,在下一個過程步驟中兩者會被納入包裝裡

KR DELTA 在食品工業裡大放異采

「KR DELTA 當然是核心角色,它的不鏽鋼機身可以與食物直接接觸」,KUKA 的員工 Lim Jia Ming 如此解釋。機器人的耐腐蝕不鏽鋼外殼設計符合德國 LFGB《食品、煙草製品化妝品和其它日用品管理法》和美國食品藥物管理局 FDA 的食品標準。此外,機器人也具有歐洲 CE 認證美國 UL 認證和德國 TÜV 安全功能認證。該機器人具備 IP 67 防護等級,可防塵和防水,因此在高壓下也能使用鹼性或酸性清潔劑進行清潔——從衛生角度來看,非常適合用於食品工業。
食品處理的完美方案:KR DELTA 採用不鏽鋼外殼,因此適合用於食品工業

每分鐘多達 80 根量匙

然而,不僅它的外觀令人折服,KR DELTA 的工作速也非常快:KR DELTA 的週期時間最短可達 0.5 秒非常適合用於揀放任務。「兩架機器人每分鐘一共可以放置 80 根量匙」,Jia Ming 說。而且它們工作極為精準:如此可完全避免人工引起的錯誤。在實施自動化之前,該嬰兒食品製造商的這個過程步驟是以人工手動執行 – 形成了一個潛在的危險來源。在採用符合衛生機器規格的機器人之後,這個工作步驟完全符合了衛生條件。此外,整套解決方案也非常節省空間。兩架機器人安裝在輸送帶的頂蓋上,安裝位置直徑僅 350 mm。初期所面臨的最大挑戰之一是精確校準。因為只有精準正確的校準,兩架 KR DELTA 才能以這樣的速度準確地抓取量匙。
揀放任務專家:兩架 KR DELTA 每分鐘可放置多達 80 根量匙

位置是關鍵

歸功於強大的 2D 物件識別軟體 KUKA.VisionTechKUKA.PickControl 的組合,KR DELTA 能夠從一條移動中的輸送帶上抓取物件,並且放置到另一條輸送帶上。「一臺內建影像處理系統的攝影機能夠偵測到輸送帶上量匙的位置,另一臺攝影機則會偵測另一條輸送帶上的包裝袋位置。然後系統會計算出已移動的距離和包裝袋準確的位置」,KUKA 員工 Jia Ming 如此解釋。KUKA.PickControl 也可以用來輕鬆地協調、整合和控制多架 KR DELTA。此外,這套軟體也有助於實現順暢無阻和高能效的生產過程。
一臺攝影機用來偵測量匙的位置,再借助 KUKA.PickControl 的功能,KR DELTA 因此能夠從移動中的輸送帶上抓取量匙

離線程式設計,即時測試

「除此之外,KUKA.PickControl 也能支援靈活的排列方式。這表示,客戶可以根據當下的需求來選擇不同的情景,預先指定放置方式,並且能夠簡單更換」,Jia Ming 說。此外,MODU System 也使用 KUKA.Sim 來與客戶的規定進行比對,並且加以測試。利用這種方式所建立的 3D 模擬便能夠在之後應用於實際的控制過程中。KUKA.Sim 背後的技術是一套聰穎的模擬軟體,可以用來為 KUKA 機器人進行高效率的離線程式設計。藉由例如可及性檢測和碰撞識別等功能,食品製造商便能夠在開始生產之前確保,所使用的機器人程式和工作單元佈置在實際上是可以實施的。
高度靈活,易於操作:為了能在事前確保應用功能無礙,MODU System 使用了 KUKA.Sim

挑剔的機器人

另一個挑戰則是量匙連同手柄的形狀。這決定了 KR DELTA 可以從哪裡拾起量匙。「一個解決方式是使用一個深色識別區,以便能找出最好的量匙擺放方向」,MODU System 的 Rajinderjit Singh 說。測試結果顯示,只有少數幾個方向適合用於貨品發配。如果量匙放置的方式超出指定的設定,機器人就會略過這根量匙,轉向抓取另一根。「優勢在於:如此一來,我們便能夠繼續縮短機器人的循環時間」,Singh 解釋道。
即使兩根量匙不慎重疊,也不成問題。篩選設定會將這樣的情形略過

輕鬆篩選量匙

即使發生量匙重疊的情形,影像處理系統也能處理。因此,應用中最重要的一點便是篩選設定。該功能的例子之一是半徑篩選條件,可以在特定範圍裡偵測到重疊的量匙並且予以忽略。Jia Ming 解釋說:「我們可以這麼想像,第一架機器人拿起上方的量匙,但下方量匙的位置就錯了。透過這樣的篩選功能,第二架機器人就會略過位置錯誤的量匙。」然而,為了事先預防發生這種情形並簡化機器人的工作,在流水線前方設置了一部升降機。緊隨在後的是一個震動裝置,用來讓量匙盡可能地彼此分開
一個震動裝置簡化機器人處理量匙的工作

這套系統非常易於操作,外觀優美,再加上不鏽鋼製的機器人設計清晰明確,我們來自食品工業的客戶都大為讚賞。我很滿意自動化的成果。

Rajinderjit Singh,MODU System 的區域經理

無論是藍色、綠色或橘色:量匙顏色不是問題

雖然量匙的形狀全部一致,但是卻有顏色區別:客戶會使用藍色、綠色或是橘色。不同的顏色在最初的確也是挑戰之一:「如果客戶使用例如藍色的量匙,在偵測位置時最適合的視覺系統光線便是紅色。透過不同照明顏色的組合,我們可以縮短處理影像所需的時間」,Singh 表示。因此,最後決定採用一套 RGB(紅綠藍)照明。一臺最終檢驗攝影機負責監控整個過程。「客戶非常信賴 KUKA 和 MODU System 所開發的自動化技術」,Singh 解釋,「我們本身對 KR DELTA 的不鏽鋼設計印象非常深刻,而且也相信這個應用非常適合用於食品工業,因為這個產業非常注重衛生。」

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