Automatisez le quart de nuit avec un cobot Universal Robots

Après que Troy Ojalehto de Rapid Design Solutions a développé l'application initiale, l'ingénieur automatisme de Toolcraft, Brian Laulainen, a géré l'exploitation quotidienne et développé une station de rinçage/séchage comme extension pour le UR5e, cobot Universal Robots. M. Laulainen s'est formé via UR Academy, puis quelques heures pratique avec M. Ojalehto.

Toolcraft, petit atelier à Seattle, devait automatiser une tâche complexe de chargement machine en 3 opérations dans son centre d'usinage. Séduit par le UR5e (nouveau fleuron UR) avec sa répétabilité 30 microns et détection force/couple, l'atelier a économisé 23% sur coûts production et augmenté le débit 43%.

Le déclic : le quart de nuit

Le moment critique : une grosse commande a forcé Toolcraft à ajouter un 3e quart pour production 24/7. « Personne ne veut faire le 3e quart ici », dit Steve Wittenberg, directeur opérations. Avec 3% chômage, peu de réponses aux annonces. Il a regardé l'automatisation, d'abord robots industriels traditionnels.

« En ne regardant que le hardware, les robots traditionnels semblaient plus rentables », dit Wittenberg. « Mais en factorisant l'économie sur l'absence de cage de sécurité — et le gain de temps sur la facilité d'usage, évitant la programmation complexe — Universal Robots s'est imposé. »

Cobot travaille le quart de nuit

La commande concernait une pièce multi-filets pour dispositif médical. Pièce nécessitant chargement en usinage CNC 3 étapes pendant le 3e quart. Toolcraft a discuté avec Rapid Design Solutions, intégrateur certifié UR.

« En usinage multi-opérations de précision, les exigences de précision montent en flèche », dit Troy Ojalehto. « Quand on a su que la répétabilité du UR5e était 30 microns, on était très excités. Ça compete avec les robots industriels traditionnels, c'était énorme. Je n'ai pas vu d'autres cobots gérer ce niveau de précision avec pièces multi-opérations, brut entrant, pièces finies sortant. »

Six mois après, Wittenberg : augmentation production immédiate. « On a pu staff le 3e quart : de 255 pièces/semaine à 370. On a fini la production annuelle 7 semaines plus tôt, libérant la machine pour d'autres jobs. » ROI ~12 mois.

Un robot au toucher humain

Nouveauté sur la gamme fleuron UR : retour de force dans toutes les articulations, clé pour assurer l'ajustage serré de la pièce dans le bridage machine. « En utilisant le mouvement force avec liberté en X, Y et Z rotatif, on peut forcer la pièce, la bouger, programmer cette compliance facilement pour un toucher essentiellement humain avec le robot », dit Ojalehto. Le patron Karl Niemela baptise le robot « Clarence » : « Nom sophistiqué pour robot sophistiqué. »

« La fonction free-drive du UR réduit grandement le temps d'enseignement des points », dit Ojalehto. Programmation par méthode teach : déplacer le bras par points de passage ajoutés au programme sur le pendant. Pour la station rinçage/séchage, Toolcraft a utilisé le simulateur UR pour créer tout le programme hors-ligne, insérant les waypoints au transfert.

Le cobot nettoie aussi

Le cycle usinage dure 56 min, mais le UR5e ne tend que 6 min. « Le reste du temps, il attend. On voulait l'occuper », dit Wittenberg. Ajout station rinçage/nettoyage.

Le UR5e sort la pièce usinée, la trempe dans solution rinçage, passe au jet d'air, place pièce lavée/séchée sur rack expédition. L'atelier contrôle aussi bridage pneumatique et actionneurs porte via interfaces E/S UR5e. « Ça réduit grandement le câblage CNC et préserve toutes les fonctions sécurité standard du CNC », explique Ojalehto.

Apprendre à programmer

Toolcraft a eu un intégrateur pour l'application initiale, mais a programmé/installé la station rinçage seul. « Ce qui nous a permis : tout le support gratuit en ligne d'Universal Robots », dit Wittenberg. « Après le cours UR Academy de notre ingénieur auto, quelques heures avec l'intégrateur ont suffi pour ajouter la station au cycle. »

Wittenberg craignait une baisse production pendant la programmation (cobot retiré de sa tâche). L'équipe a découvert qu'on pouvait utiliser le simulateur UR et programmer quasi toute l'addition hors-ligne pendant que le cobot travaillait. Programme chargé via USB direct dans le pendant. « Dans mon bureau, je mettais des waypoints blancs. Une fois près du cobot, j'utilisais le free-drive pour le mettre en positions correctes et enseigner les nouveaux waypoints », dit Laulainen.

Toolcraft a choisi le gripper PneuConnect de PHD comme outillage bout de bras. Certifié UR+ = fonctionne seamlessly avec UR, logiciel intégré direct sur le pendant.

« Zéro expérience robots chez Toolcraft », dit Brian Laulainen. « UR Academy : intuitif, interactif, fun. Apprendre plus intéressant que lire un livre. »

Avec le UR5e, Toolcraft a fini sa production annuelle 7 semaines plus tôt qu'avec main-d'œuvre manuelle.

Une année, un cobot de plus

Premier cobot réussi, Toolcraft prévoit installer un cobot supplémentaire chaque année. « Le fait que notre ingénieur auto puisse maintenant dépanner tout problème est clé pour cet objectif », dit Wittenberg. Prochaine tâche : charger un centre d'usinage horizontal. « Défi potentiel : la fraiseuse utilise des tombstones rotatifs échangés, créant difficultés bridage. Mais on est confiants avec un Universal Robot et innovation bridage. »