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Assemblage Assemblage robotisé

| Rédacteur: Edouard Huguelet

>> L'entreprise Erlas Lasertechnik à Erlangen (Allemagne) construit pour l’industrie automobile une ligne de fabrication entièrement automatique à cellules laser qui associe plusieurs techniques d’assemblage. Une solution Rexroth d’automatisation multidisciplinaire qui garantit que tout s’imbrique parfaitement, avec même des temps de cycles plus courts.

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Un scanner 3D commande le rayon laser au-dessus du composant.
Un scanner 3D commande le rayon laser au-dessus du composant.
(Image: Bosch Rexroth)

Rapides comme l’éclair, les robots orange pivotent sur leur axe, saisissent et déposent de petites pièces amenées en continu par les tapis de convoyage. Des éclairs de flash se produisent par intermittences dans une cellule d’usinage. Un scanner optique commande le rayon laser qui assemble les pièces par soudage. Sertissage, enclipsage, soudage au laser: l’assemblage entièrement automatisé de sept composants d’un sous-ensemble de sécurité pour système de direction n’a pas dépassé sept secondes chez un sous-traitant équipementier de l'industrie automobile de catégorie 1.

Ce processus complexe est réalisé au moyen de 54 axes réels et 5 axes maîtres virtuels. La solution de commande Rexroth IndraMotion MLC en contrôle toutes les étapes. «En dehors du temps de cycle extrêmement court de 6,7 secondes pour l’usinage du composant soudé, testé et déposé sur un plateau porte-pièces pour petit matériel, le client a prévu une exploitation avec deux opérateurs en moins», déclare Bernd Pögel, docteur-ingénieur, responsable du service construction chez Erlas Lasertechnik et concepteur de la commande de l’installation, pour résumer la complexité du problème. Sa solution met en oeuvre plusieurs techniques d’assemblage faisant intervenir sept robots à bras articulé et deux cellules de soudage au laser.

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Contrôle de A à Z

L’installation exécute un nombre important de tâches en un temps record. «Nous avons très vite compris qu’une commande séquentielle ne nous permettrait jamais d’atteindre la cadence requise», reconnaît Bernd Pögel. La solution: une commande qui asservit en parallèle les différents cycles de mouvements et synchronise automatiquement les autres axes concernés en cas de modification de l’un ou l'autre des paramètres.

«Il est nécessaire d’intégrer les cycles de mouvements des robots dans le flux des matières, de sorte qu’aucune panne ne se produise en cas de modification de la vitesse de rotation de l’axe maître», remarque Bernd Pögel pour décrire les conditions auxquelles doit répondre l’installation. La commande Rexroth Motion-Logic-System IndraMotion MLC répond à ces impératifs. Elle repose sur l’automate programmable d’après la norme IEC 61131-3 et les bibliothèques fonctionnelles PLCopen. La partie matérielle coordonne 59 axes en temps réel par l’intermédiaire du bus d’automatisation sercos. La fonction logicielle FlexProfile développée par Rexroth harmonise tous les mouvements concernés en cas de modification des paramètres et tient compte de paramètres externes en fonction du temps.

Assemblage rapide et sûr

Le processus de fabrication des sous-ensembles débute par la mise en place automatique des pièces individuelles dans l’installation. Une machine à deux axes hydrauliques synchronisés pouvant développer une force de 50 kN sertit trois pièces estampées à la prochaine opération alors que les pièces suivantes arrivent sur l’installation, acheminées et triées par les convoyeurs vibrants. Trois robots à bras articulé à six axes les déposent sur un plateau porte-pièce où ils sont plaqués sous l’effet de ressorts. Une installation intelligente, composée de systèmes de transfert et de navettes, amène les plateaux porte-pièces à l’unité de levage en amont des deux cellules à laser alimentées par des convoyeurs aériens. C’est à ce moment-là que le laser à disque de 6 kilowatts doté d’un scanner 3D entre en action. Il exécute 24 soudures par pièce sur une longueur totale de 224 millimètres, et ceci en seulement 4,9 secondes, mouvements d’orientation du plateau porte-pièce compris.

Alors que dans la première cellule, l’opération de soudage est en cours d’exécution, un sous-ensemble achevé est prélevé en parallèle dans la deuxième cellule et un plateau porte-pièce avec une nouvelle pièce à usiner est déposé dans celle-ci. Un commutateur de faisceau électronique active le rayon laser d’une cellule à l’autre, ce qui accroît le temps de fonctionnement du laser à presque 100%.

Tolérance zéro: composant en place

L'opération suivante consiste à enclipser cinq petits éléments en matière plastique sur la pièce soudée. Les convoyeurs vibrants séparent les pièces, les unités pick-and-place les déposent dans les mâchoires des pinces qui les serrent et après avoir pivoté les insèrent dans le sous-ensemble soudé. «Le plan indique une tolérance zéro», révèle Bernd Pögel. Dix axes asservis, conduits par un axe maître virtuel, vérifient que tout est en place. La dernière opération consiste à vérifier les valeurs de mesure liées à la fonction du sous-ensemble après assemblage. Dix autres axes asservis accompagnent le contrôle de la qualité et le marquage du sous-ensemble. «L’utilisation de composants d’automatisation Rexroth nous a permis de réduire considérablement les coûts de construction et de montage», souligne encore Bernd Pögel.

Sécurité intégrée

En plus de la commande, Rexroth a fourni les servo-entraînements IndraDrive, des composants à technique linéaire et de la pneumatique, ainsi que la totalité de l’hydraulique. Pour les unités de commande, Erlas mise également sur l’ensemble des composants électroniques Rexroth, y compris les consoles de commande. «Nous avons pu ainsi réduire dans une large mesure le nombre de fournisseurs, avec un interlocuteur unique pour la plupart des composants et des interfaces», déclare le responsable de la construction.

La solution multidisciplinaire fait doublement gagner du temps au spécialiste du laser et à ses clients: par rapport à une programmation de commandes séquentielles, Erlas a divisé le temps de cycle par un facteur trois et raccourci la durée d’exécution entre l’enregistrement de la commande et la remise de l’installation au client. Pour l’assister à la mise en route, Erlas a mandaté Fritz Automation GmbH, intégrateur de systèmes pour Rexroth.

Ce constructeur y gagne ainsi la certitude que tout se déroulera sans problème 24 heures sur 24. Les entraînements IndraDrive sont dotes de la sécurité intégrée «Safety on Board», un avantage pour Erlas qui peut déclencher les fonctions de sécurité pour chacun des axes et des zones déterminées. Il est ainsi possible de régler en parallèle les cycles de mouvements de différents axes virtuels. Les entraînements IndraDrive peuvent être dynamisés en ligne en arrière plan, ce qui évite les temps d’immobilisation pour l’analyse des erreurs. L’installation peut ainsi effectuer l’assemblage rapide et sûr des sous-ensembles 24 heures sur 24. <<

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