Révolutionner le ponçage et le polissage robotisés :technologie d'abrasion des matériaux à détection de force pour la précision

Sans technologie de détection de force, les applications de polissage et de ponçage ne peuvent pas être développées. (Image : Flexiv)

Le paysage manufacturier subit une transformation, propulsée par le besoin de technologies innovantes, efficaces et précises, capables de remplacer efficacement le travail manuel coûteux. Cet article examine les avancées de la technologie d'abrasion des matériaux de Flexiv, en se concentrant spécifiquement sur les applications de ponçage et de polissage et sur l'utilité de la technologie de contrôle de force.

Le héros invisible :des capteurs de force précis et durables

L’une des caractéristiques distinctives qui permettent le processus automatisé d’abrasion des matériaux sont les capteurs de force. Généralement intégrés aux outils de ponçage en bout de bras des robots collaboratifs traditionnels, ils offrent au robot la capacité de sentir la surface avec laquelle il interagit et d'ajuster la force qu'il exerce sur la pièce en conséquence.

Les robots adaptatifs utilisent la même technologie de base, mais au lieu d’utiliser uniquement un capteur de force au bout du bras, ils utilisent des capteurs de couple précis intégrés dans chacun des sept degrés de liberté d’un robot adaptatif, ainsi qu’un capteur de force au bout du bras. Cette configuration permet le traitement des données de force provenant de plusieurs entrées, offrant une compréhension plus détaillée et nuancée de la manière dont l'outillage en bout de bras interagit avec la pièce.

Cela n'est possible que grâce au développement d'une technologie exclusive de détection de déplacement qui offre aux opérateurs de robots adaptatifs deux avantages essentiels :

• Stabilité et précision :la résistance à la dérive thermique offre une précision améliorée.

• Durabilité :conçus pour supporter des millions de cycles de surcharge, les capteurs sont prêts pour l'industrie.

Par rapport aux transducteurs à jauge de contrainte classiques, ces caractéristiques essentielles garantissent des performances fiables, même face à des fluctuations de contraction et de dilatation thermiques que les jauges traditionnelles ont du mal à gérer.

Sans technologie de détection de force, les applications de polissage et de ponçage ne peuvent pas être développées. Il est essentiel de connaître la force à appliquer sur un objet, tout comme de s'adapter aux variations de surface concave et convexe.

La flexibilité libérée :la conception à sept articulations

Avec le contrôle direct de la force, il n’est pas nécessaire d’installer des dispositifs de conformité passifs ou actifs supplémentaires entre la bride du robot et les ponceuses/meuleuses. Cela rend l’ensemble de la solution de ponçage plus légère, plus fiable, plus compacte et plus rentable. (Image : Flexiv)

Les robots doivent être aussi flexibles et adaptables que les humains pour remplacer efficacement le travail manuel. Le bras humain est une merveille évolutive avec sept points d'articulation, et c'est pourquoi les robots adaptatifs incluent généralement sept degrés de liberté (DOF). Par rapport aux six degrés de liberté d'un robot collaboratif traditionnel, cette dimension supplémentaire du mouvement offre une flexibilité et une maniabilité améliorées dans des environnements opérationnels complexes.

Chaque articulation étant dotée de son propre capteur de couple, le robot bénéficie d'un contrôle précis sur chaque DOF, améliorant ainsi la précision globale de ses opérations. Cette précision est vitale, notamment dans des applications telles que le ponçage.

Les performances de contrôle de force peuvent également être encore améliorées grâce à l’optimisation des configurations des articulations. Avec l'aide du DOF supplémentaire, le robot peut utiliser la configuration « articulaire » la plus efficace pour obtenir la meilleure réponse et précision de contrôle de force possible.

Pour illustrer l’importance de l’articulation et de la sensibilité, imaginez poncer à la main un morceau de bois ; les mouvements coordonnés de votre poignet, de votre coude et de votre épaule, associés à votre retour tactile, sont fondamentaux pour le processus de ponçage. Si vous tentiez de poncer avec des gants épais ou avec un coude immobilisé, la tâche deviendrait incroyablement difficile et prendrait beaucoup de temps.

La conformité omnidirectionnelle est également cruciale, en particulier avec des équipements tels que les ponceuses à bande sur lesquelles le robot maintient la pièce. Pour maintenir un contact continu entre la pièce à usiner et la ponceuse à bande, le robot doit constamment changer de direction de force pendant le processus abrasif. (Image : Flexiv)

Essentiellement, en incluant un septième degré de liberté dans les tâches d'abrasion des matériaux, le processus devient non seulement plus facile à respecter, mais également cinématiquement plus efficace, avec un niveau de précision accru.

Révolutionner la précision avec le contrôle direct de la force

La mise en œuvre d’un contrôle direct de la force est au cœur du processus d’abrasion des matériaux. Cette méthode transforme instantanément les commandes de force en commandes de couple conjointes, ce qui permet d'obtenir des temps de réponse beaucoup plus rapides aux changements de force. Cette méthode remplace le contrôle indirect de la force souvent utilisé par les robots collaboratifs, où la force est convertie en commandes de vitesse conjointes, puis en commandes conjointes de couple ou de courant.

En sautant ces étapes intermédiaires, un robot adaptatif peut réduire considérablement la rigidité dans la direction de la force, améliorant ainsi considérablement la précision du contrôle de la force. Cette amélioration est essentielle dans les tâches de ponçage et de polissage fins, où le maintien d'un contrôle méticuleux de la force est impératif pour obtenir une finition de surface supérieure.

Avec le contrôle direct de la force, il n’est pas nécessaire d’installer des dispositifs de conformité passifs ou actifs supplémentaires entre la bride du robot et les ponceuses/meuleuses. Cela rend l'ensemble de la solution de ponçage plus légère, plus fiable, plus compacte et plus rentable.

L'avantage de la conformité omnidirectionnelle

La conformité omnidirectionnelle donne aux robots adaptatifs la capacité de contrôler les forces dans toutes les directions au sein de l’espace cartésien. Cela représente une amélioration par rapport aux solutions traditionnelles qui ne pouvaient gérer la force que dans des directions axiales ou radiales.

Les solutions robotiques traditionnelles sont limitées à cet égard en raison de leur dépendance à l'égard de dispositifs de conformité. Leurs limitations inhérentes à la conception les limitent à produire des mouvements linéaires ou de rotation le long ou autour d'axes spécifiques. Bien que cette technologie traditionnelle puisse toujours être utilisée pour des tâches abrasives de base, le contrôle de la force multidirectionnelle est souvent nécessaire dans la fabrication réelle.

La conformité omnidirectionnelle est vitale pour les tâches complexes d’abrasion de matériaux nécessitant un contrôle simultané de la force dans plusieurs directions. Si nous imaginons un robot ponçant un objet présentant des courbes complexes et des surfaces inégales, il doit y avoir plus qu'un simple contrôle de la force axiale ou radiale. Les formes complexes nécessitent de la dextérité pour contrôler la force dans toutes les directions dans un espace cartésien tridimensionnel.

Les robots équipés de cette conformité omnidirectionnelle peuvent définir avec précision l'adaptabilité de la force dans n'importe quel cadre TCP (Tool Center Point). Cette capacité permet un ajustement dynamique de la force exercée par rapport à l'effecteur final du robot, améliorant ainsi la polyvalence dans les tâches complexes.

La réduction des vibrations est essentielle pour les tâches d’abrasion des matériaux. Des vibrations excessives peuvent endommager les pièces et réduire considérablement la durée de vie opérationnelle des systèmes mécaniques, en particulier dans les applications à fortes vibrations comme la meulage. (Image : Flexiv)

La conformité omnidirectionnelle est également cruciale, en particulier avec des équipements tels que les ponceuses à bande sur lesquelles le robot maintient la pièce. Pour maintenir un contact continu entre la pièce à usiner et la ponceuse à bande, le robot doit constamment changer de direction de force pendant le processus abrasif. Pour ce faire, un TCP externe peut être défini par rapport à la ponceuse, ce qui entraîne une direction de conformité cohérente, même si la pose du robot change pendant le fonctionnement.

La conformité omnidirectionnelle est un outil puissant qui élargit la gamme de tâches d’abrasion de matériaux qu’un robot peut entreprendre. L'intégration d'un contrôle de force avancé avec une conformité omnidirectionnelle améliore non seulement la flexibilité, mais rationalise également le processus d'étalonnage et de réglage fin, réduisant ainsi le temps et les efforts nécessaires au déploiement et au réglage fin.

Angle de contact et suivi du contour

Les angles de contact programmables permettent aux opérateurs de définir directement la force moyenne exercée sur une surface, une amélioration par rapport aux méthodes conventionnelles où l'angle de contact affecte la force. Cela a des implications significatives pour les tâches de meulage industriel, permettant aux opérateurs de faire varier les angles de contact le long de la trajectoire de meulage sans modifier les paramètres de contrôle de la force, maintenant ainsi une pression constante.

Le suivi des contours, une autre avancée exploitant la conformité omnidirectionnelle, contraste avec les systèmes traditionnels qui ont du mal à maintenir une force constante contre les formes irrégulières. Le suivi des contours permet des ajustements automatiques en temps réel de la direction de la force, garantissant un effort constant, quels que soient les contours de la surface ou les mouvements du robot.

Ces doubles fonctionnalités augmentent la qualité de sortie de la tâche d’abrasion du matériau et réduisent le temps nécessaire au réglage de la trajectoire. En termes simples, l'angle de contact et le suivi des contours peuvent réduire le temps de déploiement de quelques heures à quelques minutes. Cela facilite le processus de déploiement et minimise le besoin d'ajustements constants, permettant aux pièces d'être terminées plus rapidement et selon des normes plus élevées qu'auparavant.

Durabilité améliorée grâce à la réduction des vibrations

La réduction des vibrations est essentielle pour les tâches d’abrasion des matériaux. Des vibrations excessives peuvent endommager les pièces et réduire considérablement la durée de vie opérationnelle des systèmes mécaniques, en particulier dans les applications à fortes vibrations comme la meulage.

Flexiv résout ce problème en réduisant les vibrations d'environ 25 à 50 % grâce au contrôle du couple articulaire. Cela prolonge non seulement la durée de vie opérationnelle de l'équipement utilisé par le robot, mais améliore également la qualité globale de la pièce en éliminant les « tourbillons » sur les surfaces que les vibrations peuvent provoquer pendant le processus d'enlèvement de matière.

Perspectives futures

Le domaine de la robotique évolue rapidement et les développements récents en robotique adaptative ont permis de créer des solutions révolutionnaires qui étaient tout simplement impossibles avec la technologie robotique collaborative traditionnelle.

L’abrasion robotisée des matériaux présente encore de formidables défis ; cependant, le contrôle direct de la force, la conformité omnidirectionnelle et la réduction des vibrations rendent les solutions efficaces réalisables et pratiques.

Être capable de détecter avec plus de précision qu’auparavant ouvre une nouvelle gamme de possibilités d’automatisation. Lorsque nous associons cela à des plateformes comme le système d'intelligence artificielle NOEMA, il n'y a pratiquement aucune limite aux processus qui peuvent être automatisés.

L'automatisation de l'abrasion des matériaux évolue parallèlement aux progrès des solutions matérielles et logicielles intelligentes, marquant un changement par rapport aux approches et méthodes d'exécution traditionnelles à forte intensité de main d'œuvre qui étaient courantes il y a seulement quelques années.

À l'avenir, l'abrasion automatisée des matériaux pourrait devenir aussi courante que les applications automatisées de vissage ou de prélèvement et de placement.

Cet article a été rédigé par Ran Xu, responsable de l'ingénierie robotique, Flexiv Robotics (Santa Clara, Californie). Pour plus d'informations, visitez ici  .