Optimisation de l'assemblage :étude comparative de quatre techniques de prélèvement et de placement de robots industriels

20
Mai

Comparaison et contraste de quatre techniques de prélèvement et de placement de robots industriels pour l'assemblage

• Par :Brian McMorris
• Prélèvement de bacs 3D
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Newsletter Solutions simples de mai 2024

Dans le paysage industriel actuel, l’automatisation joue un rôle central dans la réduction de la demande et des coûts de main-d’œuvre, améliorant ainsi la productivité et l’efficacité de la fabrication dans la plupart des secteurs et applications du marché. Parmi les nombreuses techniques d’automatisation dont dispose l’ingénieur, les opérations de prélèvement et de placement des robots industriels se distinguent comme des technologies cruciales dans les processus de fabrication et de logistique qui peuvent être automatisées, réduisant ainsi la demande de main-d’œuvre. Ces opérations impliquent le déplacement d’objets ou de pièces d’un endroit à un autre, nécessitant souvent précision et rapidité. Dans cette comparaison, nous examinons quatre techniques de prélèvement et de placement importantes :les alimentateurs flexibles, le prélèvement dans des bacs 4D, les bols d'alimentation vibrants et le suivi de la ligne de convoyeur.

1. Mangeoires flexibles :

Les alimentateurs flexibles utilisent divers mécanismes tels que des systèmes pneumatiques, vibratoires ou robotiques pour présenter les pièces à un système de vision industrielle pour les opérations robotisées de prélèvement et de placement. Ces alimentateurs sont adaptables à différentes formes et tailles de composants, ce qui les rend polyvalents dans les environnements de fabrication proposant des gammes de produits diverses. L’un des principaux avantages des alimentateurs flexibles est leur capacité à manipuler des objets de forme irrégulière et des pièces à géométrie complexe. Mais les pièces ne peuvent pas dépasser 1/3 de la largeur de la plaque d'alimentation afin de laisser de la place pour la singularisation et la localisation par vision industrielle. Généralement, les pièces doivent mesurer entre 1 mm et 100 mm dans leur dimension la plus longue et doivent peser moins de 1 kg (2,2 lb) chacune.

Au-delà des limites de taille, les mangeoires flexibles présentent également d’autres limitations potentielles. Elles peuvent être plus lentes que d’autres techniques de sélection de pièces, en particulier lorsqu’il s’agit de pièces complexes nécessitant une orientation précise. De plus, la configuration initiale et l’étalonnage des alimentateurs flexibles peuvent prendre beaucoup de temps et nécessiter un personnel qualifié possédant une expertise en robotique et en vision. Les pièces doivent être rigides et ne peuvent pas être molles ou caoutchouteuses car elles ne répondront pas aux vibrations ou oscillations de la machine nécessaires pour singulariser les pièces.

L'une des clés du succès d'une application d'alimentation flexible est la sélection, l'étalonnage et l'intégration appropriés du système de vision industrielle qui identifie, qualifie et localise une pièce à prélever, en envoyant les coordonnées et la rotation de la pièce au contrôleur du robot. À cela s'ajoutent une sélection appropriée de l'éclairage, un éclairage supérieur ou rétroéclairé, une sélection de la conception de la plaque d'alimentation et une prolongation de la durée de fonctionnement sans surveillance grâce aux options d'alimentation en vrac. Par la suite, le robot doit être programmé pour se déplacer vers la pièce et la saisir avec une pince appropriée. Une fois sélectionnée, la pièce est placée dans un montage personnalisé ou un nid pour un traitement ou un assemblage ultérieur. L'ensemble de l'opération permet le prélèvement, l'orientation et le placement de 10 à 30 pièces par minute.

2. Prélèvement de bacs 4D :

Le bin picking 4D implique l'utilisation de systèmes de vision avancés, notamment l'intelligence artificielle (IA) et la robotique intégrée, pour identifier et prélever des objets dans un bac ou un conteneur dans les trois dimensions :largeur (X), longueur (Y) et hauteur (Z) plus l'intensité lumineuse. Cette technique est très efficace pour manipuler des matériaux en vrac et des orientations de pièces aléatoires et qui se chevauchent, même dans des bacs profonds. En utilisant des capteurs de vision et des algorithmes sophistiqués, les systèmes de prélèvement de bacs 4D peuvent localiser et saisir avec précision des objets, même dans des environnements encombrés avec un éclairage très variable.

L’un des principaux défis du bin picking 4D est la complexité informatique impliquée dans le traitement de grandes quantités de données visuelles en temps réel. C'est là qu'intervient l'IA (enseignement massif de l'orientation des pièces et des possibilités d'éclairage), ainsi que les puces de traitement mathématique avancées dans le serveur d'applications. Parvenir à une reconnaissance d’objet fiable, dans diverses conditions d’éclairage, et à générer en temps réel des algorithmes de planification de saisie nécessite des ressources informatiques et une expertise importantes. Pour les systèmes de sélection de bacs 4D, le coût réside dans le calcul GPU haut de gamme plutôt que dans les caméras.

Le bin picking 4D est une excellente technique pour des avances modérées. Cette approche permet souvent de résoudre des pièces irrégulières ou plus grandes pour lesquelles un alimentateur flexible sera moins efficace, voire impossible. Les pièces plus longues peuvent se chevaucher à la manière classique des « bâtons de ramassage », mais la vision est capable de discerner le meilleur candidat pour prélever et de diriger le robot dans la pose appropriée pour prélever et placer la pièce à une cadence rapide de 10 à 30 pièces par minute.

3. Bols d'alimentation vibrants :

Les bols d'alimentation vibrants utilisent des vibrations dans un bol fabriqué avec précision avec une piste que les pièces doivent suivre pour orienter et alimenter les pièces vers un robot pour les opérations de prélèvement et de placement. Ces bols sont particulièrement efficaces pour les composants de petite à moyenne taille qui peuvent être facilement manipulés grâce aux forces de vibration. Les bols d'alimentation vibrants sont connus pour leur fonctionnement à grande vitesse et leur fiabilité dans le maintien de l'orientation des pièces pendant le processus d'alimentation. Des photocapteurs et des jets d'air sont utilisés pour détecter les pièces mal alignées et les « souffler » de la piste ou les purger d'une autre manière par des ouvertures stratégiques dans la piste.

Malgré leur efficacité, les bols vibrants présentent des limites, en particulier lorsqu'il s'agit de pièces délicates ou sensibles susceptibles d'être endommagées par des vibrations excessives. De plus, la conception et la personnalisation de bols d'alimentation pour différentes géométries de pièces peuvent s'avérer difficiles et nécessiter une expertise technique et artisanale spécialisée. S'il y a des changements fréquents de produits finaux nécessitant différentes pièces à assembler, alors un bol d'alimentation unique doit être conçu pour ces pièces et tous les bols doivent être remplacés et recalibrés. Il s’agit d’une opération coûteuse et rapide, ce qui rend les bols vibrants particulièrement adaptés aux cadences de production élevées de produits finis fixes avec des volumes de plusieurs centaines de milliers ou millions de pièces par an. Les bols vibrants sont capables de placer des pièces à prélever à une cadence de 60 à 200 pièces par minute, le prélèvement étant généralement effectué par une « automatisation dure » dédiée, car cette cadence dépasse les capacités de la plupart des bras robotisés.

4. Suivi de la ligne de convoyeur :

Le suivi de la ligne de convoyeur consiste à synchroniser le mouvement d'un robot avec une bande transporteuse en mouvement pour saisir et placer les objets lors de leur déplacement le long de la ligne de production. Cette technique est couramment utilisée dans les environnements de fabrication à gros volumes où un fonctionnement continu et un débit rapide sont essentiels. En suivant la ligne de convoyeur, les robots, généralement des robots de conception « delta » provenant d'entreprises comme Fanuc et ABB, peuvent se positionner avec précision pour prélever les pièces dès qu'elles sont disponibles.

L’un des principaux avantages du suivi des lignes de convoyeurs est son évolutivité et son efficacité dans la gestion de grands volumes de pièces avec un temps d’arrêt minimal. Cette technique est populaire pour les emballages de produits alimentaires tels que les produits de boulangerie, les snacks emballés ou les vêtements emballés. Des cadences allant jusqu'à 120 par minute peuvent être atteintes avec un robot delta. Cependant, cette technique peut ne pas convenir aux applications nécessitant une orientation précise des pièces ou traitant d’objets de forme irrégulière. Le triangle typique à 4 axes fonctionne uniquement dans un seul plan, n'a pas beaucoup de mouvement en « Z » ou vertical, et est donc idéal pour prélever des objets plats et les transférer vers une ligne d'emballage. Mais il existe des hybrides disponibles avec un poignet et une pince à 3 axes ajoutés au delta à 4 axes, comme le Fanuc M-1iA

Résumé

Chaque technique de prélèvement et de placement de robots industriels offre des avantages et des limites distincts en fonction des exigences spécifiques de l'application. Les alimentateurs flexibles excellent en termes de polyvalence mais peuvent manquer de vitesse et de précision pour certaines tâches. Le bin picking 4D est idéal pour la manipulation de matériaux en vrac mais nécessite des ressources informatiques importantes. Les bols vibrants offrent un fonctionnement à grande vitesse mais peuvent ne pas convenir aux pièces délicates. Le suivi des lignes de convoyeur garantit un fonctionnement continu mais peut manquer de précision pour certaines applications. En fin de compte, les fabricants doivent évaluer soigneusement leurs besoins et choisir la technique de sélection et de placement qui correspond le mieux à leurs objectifs et contraintes de production.

Futura Automation fournit des composants ou des solutions complètes dans chaque catégorie de prélèvement et de placement pour les applications d'assemblage. Futura Automation est le représentant américain pour les alimentateurs flexibles Flexfactory et est un revendeur de robots agréé Fanuc et Brooks Automation pour les systèmes complets. Pour les composants de vision Cognex avec notre logiciel propriétaire Feedware CX pour faciliter l'intégration, les systèmes de vision Fanuc IR Vision ou Keyence sont disponibles et intégrés aux systèmes existants.

Pour le bin picking 4D, Futura travaille avec Apera.ai qui dispose d'un système très avancé avec une vision rapide et sans erreur et un traitement du chemin du robot. Vibromatic est une bonne source de bols vibrants lorsque c’est la technique appropriée. Pour les applications de suivi de ligne, Futura Automation peut également travailler avec Apera.AI, Cognex ou Keyence pour résoudre le problème de vision et Fanuc pour les robots delta. Contactez Futura Automation avec vos problèmes de sélection et de placement les plus difficiles et nous vous proposerons une excellente solution. tech@futura-automation.com