La coordination parfaite est essentielle

La société Robotec Solutions AG de Seon a développé une machine de montage qui insère des broches de contact dans des isolateurs avec une précision de cinq centièmes de millimètre. Dans une interview, Reto Brumann, responsable de l'ingénierie de contrôle, explique ce qu'il faut pour maintenir un taux de rebut aussi bas.

Vous avez déjà réalisé plusieurs systèmes d'automatisation de montage pour Fischer Connectors, et vous avez maintenant été chargé de construire deux autres systèmes. Que vont-ils automatiser exactement ?
Les systèmes insèrent des contacts électriques dans des isolateurs, automatisant ainsi une tâche dans la fabrication de connecteurs électriques qui était auparavant semi-automatique. Alors que les premiers systèmes ne pouvaient insérer qu'un seul diamètre de broche dans le bloc de contact, ceux-ci peuvent désormais insérer différents diamètres de broches dans l'isolateur. Cela permet aux machines de couvrir un spectre plus large et d'assembler des variantes de connecteurs plus complexes. De plus, nous avons pu réduire encore leur temps de cycle.

Le processus de fabrication

Pourriez-vous expliquer brièvement le processus de travail pour la fabrication d'un type de connecteur ? Que se passe-t-il exactement ?
Le système dispose de plusieurs alimentations pour les isolateurs non équipés ainsi que pour les différentes broches de contact. Un robot à bras articulé à six axes, guidé par caméra, prélève un isolateur de la première alimentation et le place dans un support monté sur une table linéaire. Une deuxième caméra contrôle sa position, car cela est crucial pour le traitement ultérieur. Pendant ce temps, un deuxième robot à bras articulé à six axes, également guidé par caméra, prélève un contact de la deuxième alimentation. Cela se fait selon l'ordre d'assemblage, c'est pourquoi une autre caméra de vision vérifie d'abord si la broche de contact a les bonnes dimensions. Une troisième caméra mesure son orientation, car l'angle est crucial pour le montage correct dans l'isolateur.
Un robot SCARA prend le contact et se prépare à l'insérer dans l'isolateur. Avant cela, l'axe linéaire amène l'isolateur sous une caméra qui mesure le trou dans lequel le contact doit être inséré. Si le diamètre de la broche et du trou correspondent, le robot en attente insère le contact avec une précision absolue et sans jeu. Ensuite, l'isolateur avec le contact inséré passe sous une presse où il est inséré sous surveillance de force. Enfin, une caméra de vision contrôle l'orientation angulaire de la broche et vérifie également si elle a été pliée pendant le processus d'insertion.

Avec quelle précision de répétition travaillent l'axe linéaire et les robots utilisés ?
L'axe linéaire a une précision de répétition de un millième de millimètre, ce qui en fait l'élément le plus précis du système d'automatisation de montage. Les robots utilisés positionnent avec une précision de deux centièmes de millimètre.

Le temps de cycle de broche à broche est de sept secondes. Quel est le facteur limitant pour un temps de cycle plus rapide ?
La contrainte est la précision, qui ne peut plus être garantie à une vitesse de cycle plus élevée. Une dynamique plus élevée dans les robots entraîne des dépassements, ce qui empêche les contacts d'être placés avec précision. Au plus tard lors du processus d'insertion, ils seraient alors pliés.

Importance de la calibration du point zéro

Comment les robots et les pinces savent-ils où le contact doit être placé ?
Il existe certes une image du trou de l'isolateur, mais sa position dans l'espace doit être définie, sinon l'insertion ne fonctionne pas. Chaque position que l'un des robots peut atteindre est enregistrée dans un système de coordonnées dont le point zéro est calibré à travers tous les sous-systèmes du système. Ce que cela signifie en pratique est simple à expliquer. La position zéro de la caméra de vision, qui mesure par exemple la position du trou dans l'isolateur, correspond exactement à la position zéro du robot. Si la caméra détecte que le trou dans lequel la broche de contact doit être insérée s'écarte de 0,3 millimètre de l'axe x, le robot sait qu'il doit également corriger sa position de 0,3 millimètre sur l'axe x pour ne pas endommager la broche de contact lors de l'insertion.

Cette calibration est-elle effectuée une seule fois ou tous les systèmes se réajustent-ils lors de la configuration d'une commande ultérieure ?
Le système est calibré une seule fois par nos soins. Toutes les coordonnées qu'un opérateur charge plus tard dans le système avec une commande se réfèrent aux points zéro que nous avons configurés.

Quelle est la difficulté lorsqu'une tâche humaine doit être automatisée ? Lorsqu'un humain insère une broche de contact dans un isolateur, il voit exactement ce qu'il fait et ressent à travers ses doigts s'il y a une résistance. Le robot manque de cette sensibilité. Il se met en position et insère la broche de contact. Si celle-ci n'est pas exactement au-dessus du trou de l'isolateur, elle sera pliée au plus tard lors de l'insertion, ce qui rend la pièce défectueuse. C'est pourquoi la calibration mentionnée est cruciale pour une parfaite interaction entre la robotique et le traitement d'image. Il est bien sûr également important de rendre le tout absolument convivial.

La caméra vérifie la position de l'isolateur

Lorsque l'isolateur est en place, sa position est-elle vérifiée à nouveau ?
Il pourrait y avoir un grain de poussière qui le fait reposer de travers, ce qui pourrait également poser des problèmes lors de l'insertion des broches de contact. C'est exact ! Nous ne vérifions pas comment l'isolateur repose, mais nous contrôlons le trou correspondant avant d'insérer la broche de contact. Si la caméra de vision détecte quelque chose dans celui-ci, l'isolateur est déplacé sous une station de soufflage et inspecté à nouveau. Si, comme vous l'avez décrit, il reposait de travers, le trou ne serait pas rond mais une ellipse, et la caméra pourrait le reconnaître jusqu'à un certain point.

Les caméras industrielles modernes génèrent d'énormes flux de données. Que se passe-t-il avec ces données ? Les images pourraient être enregistrées pour une évaluation ultérieure, mais ce n'est pas le cas ici. Le système ne s'intéresse qu'à la position au moment de la prise de vue, puis l'image est supprimée et remplacée par la suivante.

Répartition de la logique sur les sous-systèmes

Comment avez-vous résolu le problème de ne pas surcharger le contrôle avec le traitement d'image et la robotique ?
Nous avons réparti la logique sur divers sous-systèmes. L'IHM et l'ordre d'assemblage fonctionnent sur un API. Lorsqu'une nouvelle commande arrive, elle envoie toutes les données pertinentes aux sous-systèmes. Ainsi, par exemple, le robot sait ce qui doit être fabriqué et charge de manière autonome les informations nécessaires à partir de la base de données pour exécuter les mouvements correspondants. Cette approche est également pratique lors du développement. Elle permet de bien répartir le travail, de sorte qu'un ingénieur puisse se concentrer uniquement sur la programmation de l'API, un autre sur celle des robots et un autre sur celle du traitement d'image.

Parlons de la convivialité déjà mentionnée. En tant que fabricant, vous êtes très familier avec les processus de l'installation. Comment savez-vous que vous l'avez réellement développée de manière conviviale ?
Avant de mettre en place ou de programmer complètement un logiciel, le client reçoit une version préliminaire de l'IHM et du concept de fonctionnement de l'installation. Nous intégrons ensuite ses retours dans le concept de fonctionnement de l'installation.

La saisie d'un nouveau type de connecteur doit être très simple. Est-ce vraiment si simple ou nécessite-t-elle des connaissances d'expert ?
Il n'y a pas besoin de connaissances d'expert, mais d'une formation. Pour chaque étape de travail, l'utilisateur reçoit un manuel d'utilisation qui décrit exactement comment apprendre une nouvelle pièce. Selon le nombre de pôles, il y a 20 à 50 paramètres à définir, dont certains sont appris avec l'aide du système de vision. Cela ne nécessite pas un doctorat, mais l'installateur doit comprendre la signification des différents paramètres.

L'installation de montage doit un jour pouvoir assembler des centaines de types de connecteurs. Comment garantissez-vous cette diversité ?
Au début du projet, nous avons reçu les isolateurs et les broches de contact possibles qui doivent être montés sur l'installation. Cela a défini la partie mécanique et la conception des robots. Du côté logiciel, il n'y a pas de dépendances à des tailles mécaniques. Cependant, il existe des dépendances dues à la diversité des configurations, par exemple que le type de contact 1 ne peut pas être configuré avec le type de contact 2. Ces critères doivent tous être intégrés dans le logiciel.

Caméra et éclairage. Quelle est l'idée derrière cela ?
Dans le laboratoire de vision, nous vérifions à l'avance si les idées du concepteur peuvent vraiment être mises en œuvre. Nous travaillons sur une liste et pouvons, lorsque le montage atteint un certain stade, commencer les premiers tests. Cette approche évite les erreurs et accélère la mise en service de l'installation.

Comment gérez-vous les différents diamètres de broches qui doivent être insérés dans le même isolateur ?
Jusqu'à un certain point, la pince peut gérer différents diamètres de broches. Si elle ne le peut pas, le robot change automatiquement la pince.

Codes QR pour la vérification de plausibilité

Dans votre atelier, j'ai vu des dizaines de pinces. Comment garantissez-vous qu'une pince incorrecte n'est pas utilisée par erreur ?
Chaque outil dispose d'un code QR. Lors de la configuration d'une nouvelle commande, l'opérateur de la machine le scanne lors de l'installation, afin que le contrôle en arrière-plan puisse effectuer une vérification de plausibilité. Si le code QR ne correspond pas aux informations enregistrées dans le programme, un message d'erreur apparaît.

Les alimentations pour les isolateurs et les broches de contact ont une lumière RVB. Pourquoi ?
Il y a deux raisons à cela. La première raison est liée au système de traitement d'image. Si celui-ci capture les isolateurs et les contacts sur un fond bleu, il peut mieux évaluer les images. L'autre raison est une signalisation optique pour l'opérateur de la machine. Si tout va bien, la table d'alimentation s'allume en vert, si la pince ne trouve pas de pièce, elle s'allume en rouge.

Que devrait-on absolument dire sur ce projet pour conclure ?
C'est un système extrêmement complexe et je suis extrêmement fier de la façon dont chacun s'est investi et a ainsi mené le projet à bien. Pour Robotec Solutions AG, c'était l'un des projets les plus exigeants de son histoire. Il a fallu quelques nuits blanches pour pouvoir terminer l'installation à temps. Grâce à l'engagement de tous, nous avons réussi à créer un système opérationnel qui nous procure une grande satisfaction.

On dirait que vous ne voulez plus vous séparer de la machine de montage ?
(rit) Oui, c'est vrai.