Automatisation = robot + périphérie

| Rédacteur: Jean-René Gonthier

Un exemple de la diversité des manipulateurs utilisés, ici une ventouse à pralinés. (Image: SwissRobotics.net)
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Un exemple de la diversité des manipulateurs utilisés, ici une ventouse à pralinés. (Image: SwissRobotics.net)

>> Il est clair qu’un robot a besoin d’un manipulateur adapté pour pouvoir être utilisé. Mais, à ce niveau, rien n’est encore réglé. Les dispositifs d’alimentation, les systèmes de vision et de communication mais aussi les dispositifs de sécurité et encore quelques petites choses font du robot une solution d’automatisation.

Lorsqu’il s’agit de solutions d’automatisation avec des robots, sur les salons spécialisés tout comme dans la presse spécialisée, les fournisseurs de robots sont le centre d’intérêt. Sans aucun doute, les énormes progrès au niveau des charges portées, de la facilité de commande dans la programmation mais aussi la vitesse et la précision de positionnement ont considérablement contribué à la victoire des robots dans le monde de l’automatisation. C’est pour cela que les solutions robotisées flexibles sont de plus en plus souvent préférées aux « solutions d’automatisation individuelles à usage unique ». Mais il ne faut pas oublier que ce n’est que le système complet – se composant d’un ou plusieurs robots et de systèmes périphériques très divers – qui forme la solution d’automatisation. Pour cette raison, entre le fournisseur de robots de renom et le client final, il y a souvent un intégrateur de systèmes qui relie les systèmes et les produits des fournisseurs de composants pour en faire un tout fonctionnel.

Palettisation hautement flexible de pièces tournées de précision. L’importance de la périphérie dans le détail est représentée ici avec l’exemple d’un système de palettisation hautement flexible et entièrement automatique pour des pièces tournées de précision.

L’installation entièrement montée sur un châssis mobile comprend, en plus d’un robot de manipulation, un système de palettisation, un système de traitement d’images, une alimentation de pièces au moyen d’une bande de transport et, évidemment, un habillage de sécurité.

Vient s’ajouter la commande de l’installation qui fait fonctionner toute l’unité de manière autonome – une seule interface avec la machine-outil reçoit uniquement les signaux « stop » voire « prêt ».

Bien qu’ici il faille exécuter une pure opération de manipulation, la structure du système décrit montre nettement que la périphérie représente bien plus que simplement « quelque chose autour ». Au contraire, elle « dégrade » le robot en un composant de l’installation parmi tant d’autres. Le traitement d’images en combinaison avec la commande de l’installation donne à cette dernière toute sa flexibilité : en moins de 10 minutes, elle peut s’adapter à d’autres pièces et en moins d’une heure, à une autre machine-outil. Tout ceci avec une puissance allant jusqu’à 1100 pièces tournées/heure et une autonomie d’installation de 8 à 10 heures.

Le client de cette installation parle d’une augmentation de productivité de plus de 60 % grâce à la réduction des rebuts et à un fonctionnement sans personnel. Dès que le robot reçoit, en dehors des opérations de manipulation, d’autres ordres de processus comme la mesure, le lavage, l’ébavurage, le ponçage, le polissage, la soudure ou la peinture, alors le besoin en autres composants périphériques augmente et, par conséquent, la complexité de la commande pour toute l’installation. Ceci signifie que les fabricants de composants périphériques doivent soutenir le rythme de l’évolution qu’imposent les constructeurs de robots. Ceci est le cas, comme le montrent les exemples suivants – bien que, et ceci n’est pas un secret, les constructeurs de robots et les développeurs de systèmes périphériques travaillent souvent dans la même entreprise.

Fabrication flexible avec la combinaison de traitement d’images et de robots. Les systèmes de traitement d’images forment l’élément central de nombreuses applications robotisées. À une exception près, les fabricants de systèmes de vision opèrent « indépendamment de la marque du robot ». Mais il doit y avoir une bonne raison pour que cette exception soit le seul fabricant de robots travaillant depuis plus de deux décennies avec la technique de vision. « Une réduction significative des coûts », voici ce que doit apporter l’utilisation de la combinaison des robots et du traitement d’images réalisée par un seul fournisseur. À part la caméra, tout le matériel est préinstallé.

Ainsi, « l’intégration du système » est inutile, du moins pour la partie du traitement d’images. Le thème « Vision » n’est pas nouveau. Certains fabricants de robots ont misé depuis le début des années 80 sur les espoirs de la technique de vision.

Pourtant, à cette époque, le traitement d’images n’était pas encore une technique de type Plug-and-play.

C’est ainsi que de nombreuses entreprises ont abandonné le développement. Cependant, une d’entre elles a persévéré et a présenté en 1984 un premier système de vision. Entre-temps, quelques milliers de systèmes de vision ont été installés dans le monde entier dans de nombreuses applications diverses.

Comparé aux spécialistes du traitement d’images, ceci paraît peu.

Cependant, grâce au travail continu dans ce domaine, des expériences inestimables tirées de la pratique ont pu être engrangées.

Du point de vue du gérant suisse de cette entreprise, le système de vision maison est un avantage stratégique vis-à-vis de la concurrence :

« Le système de vision est définitivement devenu une partie du robot et n’est plus une option qui doit être adaptée au robot. » L’entreprise et, par voie de conséquence, ses clients profitent de l’intégration directe du système de vision dans la commande. À l’exception de la caméra, tout le matériel de vision est déjà intégré dans l’armoire électrique. Le logiciel nécessaire est installé en standard. Seule la caméra doit être encore branchée. « Pour certaines applications, l’utilisation d’un système de vision n’est qu’une partie de l’automatisation ; le système de vision est même la partie sans laquelle une automatisation ne peut pas être réalisée de manière économique. »

Pratiquement, la combinaison du robot et du système de vision est employée, par exemple, dans une installation de tri de pièces en tôle.

En plus de la combinaison du robot et du système de vision vient s’ajouter le logiciel « Line Tracking » : des pièces arrivant dans le désordre sur une bande sont captées par la caméra et manipulées en alternance par deux robots rapides puis placées dans l’ordre pour la suite des opérations. « Line Tracking » coordonne le mouvement du robot avec celui de la bande de convoyage.

Les ingénieurs d’application peuvent se concentrer entièrement sur la mise en service de l’installation et n’ont pas besoin de se poser la question de l’intégration du système de vision.

Une petite main pour les sucreries. Aussi diversifiées que sont les possibilités d’un robot, aussi différents doivent être les manipulateurs.

Un exemple de la diversité nécessaire des manipulateurs : la ventouse à pralines. Les tartelettes, les truffes, les cerises, les boules ou autres cœurs – le déplacement et le tri robotisés des pralines au chocolat demandent du doigté. Afin de pouvoir manipuler les pralines de différentes formes avec le maximum de dynamisme, une ventouse à pralines a été conçue. Elle possède une lèvre étanche extrêmement fine et souple qui s’applique aussi bien sur des pralines lisses et nappées que sur des surfaces structurées. La géométrie conique de la ventouse permet de maintenir en toute sécurité aussi bien les pralines rondes que rectangulaires, même avec une dynamique maximum. Même les pralines fourrées sont déplacées sans casse avec une grande dynamique de processus : la forme en cloche entoure la praline en toute sécurité pendant qu’une faible dépression de -100 mbar empêche que le liquide sous l’enveloppe de chocolat ne s’échappe. Le haut débit nominal du manipulateur à ventouse permet de créer rapidement la dépression nécessaire et les fuites sont compensées de manière optimale lors du déplacement de pralines fortement structurées.

Fabriquée en silicone conforme à FDA, la SPG (ventouse de manipulation) est agréée pour le contact direct avec des aliments et répond aux consignes d’hygiène en vigueur car elle se remplace sans contamination : grâce à une aide au montage intégrée dans la tige, la ventouse peut être montée et démontée sans toucher la lèvre d’étanchéité.

De plus, la SPG peut être stérilisée à la vapeur et nettoyée avec des produits courants dans la branche. La connexion entre le système de manipulation ou le robot se fait au moyen d’un élément de connexion enfichable avec un taraudage de 1/8 » ou un filetage extérieur avec joint intégré.

Des pralines rondes de diamètre allant jusqu’à 35 mm voire des pralines ovales et rectangulaires avec une diagonale allant jusqu’à 30 mm – la SPG effectue une manipulation en toute sécurité à cadence élevée.

Manipulateur centreur à 3 doigts. Pour pouvoir manipuler des pièces de tailles différentes, à l’avenir, un seul manipulateur centreur suffira : avec ses doigts basculants, un nouveau manipulateur à grandes courses couvre un large spectre de pièces. Au lieu de remplacer toujours des mâchoires ou des manipulateurs complets, les doigts pivotent tout simplement dans une autre position. Pour chaque doigt, la course d’ouverture est de 113 mm dans le sens radial.

Selon la position de la mâchoire, il manipule des pièces ayant des diamètres entre 100 et 430 mm.

Le manipulateur est le plus grand manipulateur centreur standardisé avec doigts pivotants sur le marché. Comparé aux manipulateurs centreurs courants, il dispose d’une puissance proche du double au niveau du volume et de la masse.

Pour les grands diamètres ou les exigences spéciales, on peut adapter aussi bien la longueur et l’orientation des trois bras pivotants que la longueur et la forme des doigts.

Avec son diamètre de manipulation variable, il est efficace là où des pièces de différents diamètres sont manipulées, particulièrement pour le chargement de machines-outils ou lors de la manipulation d’ébauches de fonte.

Service à distance : surveiller les robots sans fil. L’utilisation flexible des robots et une connexion au réseau sans fil ne sont pas contradictoires. Ici, les solutions sans fil conviennent parfaitement. Des standards d’émission sans fil se sont imposés depuis longtemps dans le domaine domestique et bureautique.

Dans l’industrie, il est rare de les utiliser. Dans ce domaine, on exige des standards adaptés aux besoins des solutions industrielles. Alors que dans le secteur domestique et bureautique le confort est mis en avant, dans les applications industrielles on favorise plutôt la grande disponibilité, la robustesse et la sécurité. L’utilisation de solutions WLAN sur la base de standards fiables – comme p. ex. Wireless-HART – par un fournisseur de robots dans le domaine du service montre qu’elles peuvent tout à fait faire leurs preuves. Avec le service à distance pour les robots, ce fournisseur propose à ses clients un ensemble complet d’analyses et de surveillance pour l’installation de production.

Ceci permet de prolonger nettement le temps moyen de fonctionnement sans panne des robots et des composants. Les temps moyens de réparation ainsi que les frais occasionnés par les activités d’entretien sont énormément réduits.

Standard d’émission pour les systèmes automatiques de fabrication. Le standard d’émission WISA est le pendant de Wireless-HART pour l’automatisation de la fabrication et la première technologie d’émission industrielle pour la connexion des capteurs et des acteurs. Comparativement à Wireless-HART, avec WISA les temps de réaction sont beaucoup plus petits et la densité des appareils est plus élevée. WISA permet d’avoir une communication en temps réel, c’est-à-dire une transmission fiable et robuste des signaux dans une plage de 10 ms dans les unités de fabrication ou dans les lignes de montage sur de très courtes distances et pour de très petits paquets de données, comme ceci est courant dans l’automatisation de la fabrication.

La flexibilité commence par le manipulateur : le manipulateur centreur pour des pièces de différentes tailles.

Les premiers appareils WISA sont utilisés dans la production depuis 2004, actuellement également dans de nombreuses applications critiques et comme équipement ultérieur dans des anciennes machines.

Simplification du remplacement de câbles.

Les câbles soumis à pannes fréquentes et les dispositifs mécaniques de protection comme les bagues glissantes, les porte-câbles ou les connexions complexes peuvent être remplacés à l’aide de WISA. Avec 2 ms de cycle pour un maximum de 120 participants, la technologie offre, comparativement, une réponse déterministe. Et ceci pratiquement sans tenir compte de l’environnement qui peut très rapidement changer dans l’automatisation de la fabrique, p. ex. par un remplacement d’outil, des variantes de produit ou des transformations sur l’installation.

Un autre avantage : WISA peut être remplacé sans pannes parallèlement à lui-même (de nombreux systèmes parallèles sont possibles) et à d’autres applications avec WLAN, Bluetooth, ZigBee et Wireless-HART. Les modules WIOP peuvent, par exemple, être utilisés pour le remplacement simplifié de câbles des outils interchangeables.

La diversité des technologies a son utilité. Pour que les technologies sans fil s’imposent durablement dans l’automatisation, il est important, grâce à différents standards industriels spéciaux, de fournir les technologies les plus efficaces et les plus robustes dans leur utilisation. Vouloir n’utiliser qu’un seul standard dans toutes les applications industrielles n’est ni techniquement ni économiquement sensé en raison des différentes exigences. <<

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