Estudio de Cobotización de una línea de inyección

Abstract

INTRODUCCIÓN Actualmente en la planta de producción de Boussens, Continental, concretamente en la línea de inyección plástica, se localiza un operario encargado de insertar unas piezas en el molde previamente a la inyección. La empresa se encuentra modernizando sus plantas mediante la instalación de robots colaborativos que sustituyan a los operarios en sus labores diarias. Principalmente en procesos automatizados o de riesgo. Estos robots colaborativos tienen la ventaja de disponer de propiedades de seguridad que posibilitan que los operarios trabajen en la cercanía de los mismos, sin necesidad de sistemas de seguridad suplementarios. El objetivo de este proyecto es diseñar una solución que sustituya al operario, y la dificultad del mismo radica en la precisión que se requiere para el agarre e inserción de las piezas, de reducido tamaño, en un molde.

METODOLOGIA La solución propuesta y aceptada por el cliente, Continental, es incorporar a la línea un robot colaborativo que realice la tarea descrita. El inconveniente es que los robots colaborativos con los que trabajan, y con los que están asociados, carecen de la suficiente precisión como para llevar a cabo esta labor. Además, el molde se sitúa sobre una plataforma rotativa, que se mueve provocando cambios en los puntos destino a los que se debería desplazar el robot. La respuesta es incorporar un sistema de visión industrial de alta resolución que permita enviar las coordenadas exactas de posición, tanto de las piezas a atrapar como de las ranuras donde insertarlas. Así, el proyecto queda dividido en tres partes: robot, visión y prensión. El robot se utilizará como controlador, desde la programación del mismo se controlarán las dos subdivisiones restantes. El sistema de visión será el encargado de capturar la imagen y procesarla, devolviendo las coordenadas de posición cuando y como el robot se lo ordene. El sistema de prensión es la parte mecánica del proyecto e incluye, tanto las herramientas encargadas de atrapar las piezas, como los elementos accesorios (estructura soporte de los elementos en la cabeza del robot, sujeción del cableado, diseño de sistemas auxiliares…) Adicionalmente, se debe diseñar una estructura soporte de las bandejas que contienen las piezas a insertar. Este diseño se debe incorporar en la solución como una parte añadida a la misma. En primer lugar, se requiere realizar un estudio del arte que englobe las 4 partes del proyecto, para descartar las ideas que no se adapten al mismo. Así mismo, se realizará una pequeña revisión de los instrumentos de medida que se van a utilizar, teniendo en cuenta la importancia de la precisión en nuestra circunstancia. Seguidamente, se ha contactado con los posibles proveedores y se han realizado pruebas y ensayos con los productos viables. Entre los productos que se han ensayado se encuentran, principalmente, los sistemas de visión y las pinzas de prensión. Se realizarán test en el taller para cada diseño nuevo incorporado a la solución (dedos de la pinza, programa de evacuación de bandejas vacías,…). También, se decide realizar pruebas en la propia planta de Boussens, Continental, para determinar las tolerancias máximas que se podrían encontrar tras la implantación. El proceso de implantación no forma parte del proyecto, es competencia de la planta de Boussens, Continental. Sin embargo esta comparativa entre tolerancias máximas admisibles y tolerancias encontradas en planta es uno de los requerimientos a completar del proyecto. El objetivo último del proyecto es completar un ciclo de inserción en una duración máxima de 30 segundos. Aunque no es la meta de nuestra parte del proyecto, es nuestra labor tomar las decisiones trabajando bajo esta premisa. Por ello, tanto en los ensayos (velocidad del robot) como en los diseños (pinzas de prensión, programación de la cámara) se buscará reducir los tiempos de ejecución de la actividad. Se define una estrategia clara y planteada de forma organizada, para cada una de las subdivisiones del proyecto. Se establecen los espacios comunes de los tres campos y se trabaja conjuntamente para conectar los elementos de cada parte, y adaptar la solución a la integración en planta. Se diseñan los elementos mecánicos de prensión, las conexiones eléctricas, los programas de camara y robot y se ponen en común. Se procede a la puesta en marcha del proecto, la insatalación de todos los elementos que lo conforman en taller. Se fabrican las piezas pertinentes y se ajustan las medidas establecidas simulando la implantación de la solución el la línea de producción. Se proponen soluciones para soretar los obstáculos y contratiempos que aparecen a lo largo del proceso de puesta en marcha. Se utiliza la ayuda de profesores de la universidad, de proyectos de otros años, del jefe de proyecto e, incluso, del propio cliente, que cuenta con ampla experiencia trabajando con robots colaborativos.

RESULTADOS Una vez se instala todo en planta, se comienza a correr el programa del robot y a realizar simulaciones. Con cada simulación, se corrigen parámetros o se ajustan medidas, se optimiza el código y se logra realizar una simulación de ciclo completo. Se muestra dicha simulación al cliente en la reunión final de esta primera parte del proyecto. Los resultados logrados son satisfactorios.

INTRODUCTION Currently in the production plant of Boussens, Continental, specifically in the line of plastic injection, is located an operator responsible for inserting small pieces in the mold, prior to injection. The company is modernizing its plants by installing collaborative robots that replace the operators in their daily tasks. Mainly in automated processes or risk processes. These collaborative robots have the advantage of incorporating security properties that allow operators to work in their vicinity, without the need of supplementary security systems. The objective of this project is to design a solution that replaces the operator, and the difficulty in it lies in the precision that is required for the grip and insertion of the different parts, of small size, in a mold.

METHODOLOGY The solution proposed and accepted by the client, Continental, is to incorporate into the line a collaborative robot that performs the described task. The drawback is that the collaborative robots with which they work, and with which they are associated, lack the precision required to carry out this task. In addition, the mold is placed on a rotating platform, which moves causing changes in the destination points to which the robot should move. The answer is to incorporate a system of industrial vision and high resolution that is capable of sending the exact coordinates of the position, of the pieces to catch and of the slots where they have to be inserted. Thus, the project is divided into three parts: robot, vision and grasp. The robot will be used as controller, with the program of the robot the two remaining subdivisions will be controlled. The vision system will be in charge of capturing the image and processing it, returning the coordinates of the position how and when the robot orders it. The gripping system is the mechanical part of the project and includes both, the tools responsible for trapping the pieces, as well as the accessory elements (support structure of the elements in the head of the robot, attachment of the wiring, design of auxiliary systems ...) Additionally, a support structure of the trays containing the pieces to be inserted must be designed. This design must be incorporated into the solution as a part added to it. In the first place, it is necessary to carry out a study of art that incoroprates the 4 parts of the project, to discard the ideas that do not adapt to it. Likewise, a small revision of the measuring instruments to be used will be made, taking into account the importance of precision in our circumstance. Subsequently, potential suppliers have been contacted and tests and trials with the eligible products have been carried out. Among the products that have been tested are mainly vision systems and grasping forceps. Tests will be carried out in the workshop for each new design incorporated into the solution (fingers of the clamp, evacuation program of empty trays, ...). Also, it is decided to carry out tests in the Boussens plant, Continental, to determine the maximum tolerances that could be found after implementation. The implementation process is not part of the project, it is the competence of the Boussens, Continental plant. However, this comparison between maximum tolerances and tolerances found in the plant is one of the requirements to be completed for the project. The ultimate goal of the project is to complete an insertion cycle in a maximum duration of 30 seconds. Although it is not the goal of our part of the project, it is our job to make the decisions working under this premise. For this reason, both in the tests (robot speed) and in the designs (grasping forceps, camera programming), we will seek to reduce the execution times of the activity. A clear and developped strategy is defined in an organized manner for each of the subdivisions of the project. The common spaces of the three fields are established and we work together to connect the elements of each part, and adapt the solution to its integration in the plant. Mechanical gripping elements, electrical connections, camera and robot programs are designed and put together. We proceed to the assembly of the project, the insatalación of all the elements that match at the workshop. The relevant parts are manufactured and the established measures are adjusted simulating the implementation of the solution in the production line. Solutions are proposed to overcome the obstacles and setbacks that appear throughout the start-up process. The help of professors of the university, information of projects of past years, the help of the project manager and, even, of the client, who has long experience working with collaborative robots, is used.

RESULTS Once everything is installed on the workshop, the robot program starts running and simulations are carried out. With each simulation, parameters are corrected or measures are adjusted, the code is optimized and a complete cycle simulation is achieved. This simulation is shown to the client in the final meeting of this first part of the project. The results achieved are satisfactory.