Qualität sichern, Potenziale bergen, Fachkräfte finden – Möbelfertiger stehen vor vielen Herausforderungen. Eine Lösung kann Automatisierung sein: Sie verringert Fehler, verbessert die Qualität und steigert die Effizienz. Zudem kann sie die Produktion beschleunigen, da sich Maschinen rund um die Uhr betreiben lassen und bei der Qualitätskontrolle schneller und genauer arbeiten als Menschen. Und schließlich können Betreiber ihre Mitarbeiter zielgerichteter einsetzen, indem sie eintönige und anstrengende Arbeiten automatisieren.
Roboter bestückt vollautomatisch
Eine Antwort auf diese Herausforderungen hat Homag Bohrsysteme entwickelt, eine Gesellschaft von Homag. Zum Portfolio gehören CNC-Bearbeitungszentren, Durchlauf-Bohrmaschinen, Bohr- und Dübeleintreibmaschinen ebenso wie Maschinen zur Bohr- und Beschlagsetztechnik. Eine neuentwickelte Lösung bestückt ein vertikales CNC-Bearbeitungszentrum vollautomatisch. Buchstäblich im Mittelpunkt: ein Roboter, der die Werkstücke von einem Stapel greift, der Maschine zuführt und nach der Bearbeitung entnimmt und ablegt.
Barcodes mit Bohrungsdetails
Der Clou: Jedes Werkstück ist individuell und in Form und Größe zuvor unbekannt. Zudem liegen sie chaotisch angeordnet auf einem Stapel. Die nötigen Informationen finden sich auf Barcodes auf den Werkstücken. Mit industrieller Bildverarbeitung erfolgt deren Bearbeitung autonom – trotz dieser Herausforderungen. Denn mithilfe der Machine-Vision-Software MVTec Halcon ist der Roboter imstande, die unterschiedlichen Werkstücke zu erkennen und sicher zu greifen. Dazu führt die Software Algorithmen aus, liest die Informationen der Barcodes aus und leitet sie an die Maschine weiter. Entsprechend dieser Informationen führt sie die geforderten, unterschiedlichen Bohrungen aus.
Automatisierung nur mit Sinn
Eine solche Homag-Maschine ist in der Schreinerei von MAB Möbel im Einsatz. Seit 1951 fertigt das Unternehmen aus dem schweizerischen Muotathal Möbel nach ökologischen und designorientierten Maßstäben. „Wir wollen uns mit sinnvollen Lösungen weiterentwickeln“, sagt Luca Zingg, Mitglied der Geschäftsleitung und verantwortlich für die Unternehmensentwicklung bei MAB. „Die Zelle mit Laserscan und chaotischem Stapelbild war die Funktion, auf die wir gewartet haben: Sie wird unserem Losgröße-Eins-Ziel gerecht und bringt Automatisierung sinnig ein.“
Mehr Chaos, weniger Kosten
Zuvor erledigte ein Mitarbeiter die Bestückung des CNC-Bearbeitungszentrums. Dafür nahm er die Werkstücke auf, scannte den Barcode, legte sie in die Maschine und nach der Bearbeitung wieder ab. Rasch wird diese eintönige Arbeit anstrengend, und wirtschaftlich gesehen ist sie kaum effizient. „Ziel von MAB ist es, die Produktivität zu steigern, die Mitarbeiter besser einzusetzen und dadurch Kosten zu sparen“, erklärt Tobias Schwarz. Und der Senior Director Product Development bei Homag Bohrsysteme fährt fort: Ein Vorteil einer vollautomatischen Produktion sei, dass die Werkstücke vor der Bearbeitung nicht mehr sortiert werden müssen. „Das spart Zeit, was wiederum die Produktivität erhöht.“
Einem Roboter das Sehen beibringen
Die Herausforderung: eine neuartige Lösung entwickeln. Denn bislang gab es diesen Ansatz so noch nicht auf dem Markt. Auch für das Machine-Vision-System ist die Aufgabe schwierig. Erstens wegen der Vielfalt der Werkstücke, schließlich muss es auch verschiedene Dekore verarbeiten. Zweitens muss die Bildverarbeitung mit Umgebungslicht arbeiten: Nicht jeder Bereich ist gut ausgeleuchtet, was Systeme herausfordern kann, die Position der Werkstücke zu finden. Drittens ist es technisch anspruchsvoll, die Flächen flacher Bretter zu unterscheiden. „Trotzdem war klar, dass die Lösung auf Machine Vision beruhen musste“, erklärt Schwarz. „Wir mussten dem Roboter das Sehen beibringen.“ Mit Sensoren etwa wäre das nicht möglich gewesen.
Operatoren für (fast) alle Anwendungen
Die Lösung umfasst mehrere Hardwarekomponenten. Im Mittelpunkt steht ein 6-Achs-Roboter, als Endeffektor ein Vakuum-Flächengreifsystem. Am Greifarm des Roboters ist ein 3D-Laserscanner angebracht. Die Bohrungen selbst finden im CNC-Bearbeitungszentrum Drillteq V-310 statt. Bei der Software entschied sich Homag für MVTec Halcon. „Wir arbeiten schon länger mit der Software von MVTec, und Halcon verfügt über viele Operatoren, mit denen sich fast alle Anwendungen umsetzen lassen“, sagt Schwarz. Zudem sei die Software flexibel kombinierbar mit verschiedenen Hardwares. „Und bei technischen Fragen kann man sich an den Kundenservice von MVTec wenden.“
Von der Punktwolke zum Prozess
Mit der neuen Lösung läuft die Produktion bei MAB wie folgt: Ein Mitarbeiter bringt die Werkstücke auf einem unbekannten, chaotischen Stapel in den Arbeitsbereich. Nun fährt der Roboter so über diesen Stapel, dass der 3D-Laserscanner den Stapel von oben scannen kann. Daraufhin erstellt er eine 3D-Punktwolke. Anschließend zieht Halcon auf Basis dieser Daten die oberste Lage der Werkstücke und bestimmt die Lage jedes einzelnen Werkstücks. Ein Algorithmus berechnet jetzt die beste Reihenfolge der Entnahme. Sodann entnimmt der Roboter die Werkstücke gemäß dieser Reihenfolge und übergibt sie an die Maschine. Zuvor nimmt der 3D-Laserscanner noch ein 2D-Bild des Barcodes auf. Diesen Code liest Halcon aus und übermittelt die Informationen an die Maschine, die das Werkstück entsprechend bearbeitet. Zuletzt greift der Roboter das Werkstück wieder auf und legt es auf dem Zielstapel ab.
2D, 3D und ein Koordinatensystem
Damit der Roboter bei MAB autonom arbeiten und die Werkstücke richtig greifen kann, muss die Software mehrere Tätigkeiten ausführen. Zunächst wandelt Halcon die 3D-Punktwolke in Informationen zur Bearbeitung um. Mit dem Container ‚3D Object Models‘ entsteht ein Koordinatensystem innerhalb der Software und gelangt an den Roboter. Verschiedene Operatoren bestimmen dazu den Abstand vom Greifer zur Palette, berechnen erst die oberste Lage des Werkstücks und dann die Position jedes einzelnen Werkstücks. Diese Positionen kommen in das Koordinatensystem und von dort zum Roboter. Die 2D-Bilder aus dem 3D-Scan nutzt Halcon, um die Informationen der Barcodes der Werkstücke zu lesen. 2D- und 3D-Methoden arbeiten also zusammen.
Enabler: Industrielle Bildverarbeitung
In Betrieb ging die Maschine bei MAB im Sommer 2025. Enger Absprachen der Partner sei Dank, erzielte sie ab Inbetriebnahme gute Ergebnisse. „Mittlerweile läuft sie zuverlässig“, sagt Zingg. „Wir sind zufrieden und blicken zuversichtlich in die Zukunft.“ Der gestiegene Automatisierungsgrad entlaste MAB nun spürbar, ergänzt Schwarz: „Die Arbeitskräfte können sich anderen, wichtigeren Aufgaben widmen.“ Und auch für Homag sei diese Entwicklung wichtig, denn mit der Lösung kann das Unternehmen schon vorab mehr Automatisierung in ihre Maschinen bringen.
