Odyssey Machine Company

Industry:
Produtos automotivos
    Location:
    Bowling Green, Ohio, USA
      Customer Objectives:
      • Enable robot to locate and identify parts along the manufacturing line
      • Perform quality control check on 8 variations of clutch housings
      • Find inspection system capable of accommodating a variety of parts and large variation among the parts
      Key Results:
      • Automated dangerous and difficult process of sawing off sprues and removing flash from aluminum clutch housings
      • Reduced manual labor and relocated operators to more proactive assignments
      • Isolated and identified key features to precisely determine the object's position
      Cognex Solution:

      Parafusar e apertar as porcas que seguram a roda ao eixo é, aparentemente, um dos aspectos mais simples da montagem de um automóvel, mas isso demonstrou ser uma das tarefas mais difíceis de automatizar. Esse é também um trabalho manual difícil, por causa do tamanho e peso da parafusadeira e da necessidade de se apertar as porcas em duas rodas em aproximadamente 40 segundos. Se a posição das porcas for conhecida, um robô poderá facilmente posicionar a parafusadeira a fim de fornecer o torque necessário. O problema é que normalmente o veículo é posicionado inadequadamente por um transportador e as rodas ficam livres para girar, inclinar e virar. Portanto, um robô cego comum nunca conseguiria localizar as porcas.

      A Radix Controls, Oldcastle, Ontário, automatizou com êxito essa aplicação usando um sistema de visão para determinar a posição da roda, inclusive suas posições frontal e posterior e lado a lado, e três eixos rotativos. Com essas informações, o robô pode facilmente mover a parafusadeira para a posição exata e apertar as porcas. A automatização dessa aplicação possibilitou que duas pessoas trocassem tarefas difíceis e estressantes por funções mais pró-ativas. "Pelo que sabemos, essa é a primeira vez que essa aplicação foi automatizada com êxito com o uso de visão mecânica", disse Shelley Fellows, Vice-presidente de Operações da Radix Controls Inc.

      Desafio da automatização de tarefa manual difícil

      A fábrica de montagem automotiva envolvida nessa aplicação monta veículos 24 horas por dia com cronograma de produção just-in-time. Em uma estação anterior da linha de montagem, dois operadores (um de cada lado do veículo) colocam as rodas nos quatro eixos. Os operadores, então, colocam uma porca em cada parafuso da roda e giram a porca algumas vezes. A montagem do transportador de linha movimenta o veículo até a próxima estação na qual as porcas são manualmente apertadas. No passado, um operador em cada lado do veículo localizaria o primeiro pneu, orientaria a parafusadeira na posição, apertaria as porcas, iria até a segunda roda, orientaria a parafusadeira na posição e apertaria o segundo grupo de porcas. Os operadores têm somente 43 segundos para concluir toda a operação.

      "A parafusadeira é pesada, incômoda e gera muitas forças contrárias", disse Fellows. "Como resultado, essa é uma tarefa fisicamente exigente, com risco de acidentes de trabalho. Todos os principais fabricantes de automóvel tentaram automatizar essa tarefa, mas tiveram que enfrentar alguns desafios muito significativos. Esses desafios surgiram do fato de o veículo não poder ser repetidamente posicionado na linha de montagem."

      O transportador que move o veículo não é bastante preciso para posicioná-lo na linha do curso do eixo (o eixo x) nem no eixo perpendicular à linha do curso (o eixo y), de maneira precisa o bastante para que um robô possa posicionar a parafusadeira nas porcas. Mas mesmo se o transportador fosse mais preciso, a roda tem potencial para girar em torno de três diferentes eixos. Ela pode ser girada levemente para a esquerda ou para a direita, inclinada (também conhecido como cambagem) e girada em torno dos eixos. Todos os cinco eixos de movimento precisam ser muito bem conhecidos para que os robôs posicionem a parafusadeira com o grau de precisão exigido. Um desafio a mais é o fato de a fábrica produzir veículos com uma ampla variedade de tipos de roda, mesclados na linha de produção.

      Desenvolvimento de uma aplicação de visão mecânica

      "É impossível automatizar essa aplicação, a não ser que o robô possa localizar as porcas com confiabilidade e repetitividade", disse Fellows. A Radix Controls aceitou o desafio de desenvolver uma aplicação de visão mecânica que possa determinar a posição das porcas em cinco diferentes eixos em alguns segundos, conforme necessário para atender às exigências do tempo de ciclo. A aplicação inovadora baseia-se em dois sistemas de visão In-Sight® 5403 da Cognex para localizar cada roda. A Radix selecionou o In-Sight porque ele oferece uma solução completa em um pacote modular que não requer qualquer hardware ou outro equipamento adicional. O pacote do sistema de visão, de 60 mm x 110 mm x 80 mm, encaixa-se com facilidade no espaço apertado da fábrica. O modelo In-Sight 5403 foi selecionado porque ele oferece uma resolução de 1.600 x 1.200 pixels e um tempo de aquisição de imagem de 15 quadros por segundo; ele é realmente adequado para atender às exigências de alta precisão e curto tempo de ciclo dessa aplicação.

      A aplicação de visão baseia-se na tecnologia de correspondência de padrão PatMax®, exclusiva da Cognex, para localizar rapidamente a roda na imagem. O PatMax pode ser programado para reconhecer qualquer padrão simplesmente destacando-o em uma imagem capturada pela câmera. Os engenheiros da Radix programaram o PatMax para reconhecer cada uma das rodas usadas na fábrica. O sistema foi configurado para ser facilmente programado pela equipe da fábrica a fim de reconhecer novos tipos de roda. O backbone de informações que executa a linha de montagem comunica-se com o sistema de visão para informar o tipo de roda que estará no próximo veículo e o sistema de visão carrega o programa apropriado.

      A ferramenta do localizador de círculo do In-Sight é usada para determinar com precisão a localização do centro do eixo. As ferramentas de borda do sistema inspecionam o recurso no centro do aro para determinar o ângulo de rotação da roda. Quando a primeira imagem for capturada, um laser gerará um retículo em cada roda. Em seguida, o primeiro laser é desligado, um segundo laser gera outro retículo de outro ângulo e uma segunda imagem é capturada. As ferramentas de borda são usadas para inspecionar os retículos em cada imagem. As coordenadas dos retículos são transmitidas a um programa escrito pela Radix para a câmera que usa as diferenças entre os retículos para calcular os ângulos nos quais a roda está virada e inclinada.

      O sistema transmite essas informação ao controlador de um robô Fanuc. O robô vira o seu pulso para que corresponda aos ângulos aos quais a roda está inclinada e virada e gira a parafusadeira a fim de coincidir com o ângulo de rotação da roda. Em seguida, ele orienta o quadrado da parafusadeira em direção às porcas. A parafusadeira é girada e aperta as porcas no torque apropriado em poucos segundos. O robô move para a outra roda no seu lado do carro e, novamente, orientado pelas coordenadas e ângulos fornecidos pelo sistema de visão mecânica, coloca a parafusadeira nas porcas e as aperta. Essa aplicação esteve em operação por 18 meses, ativa durante mais de 99,6% do tempo (incluindo erros de sistema, como pneus ausentes, água em pneus, etc.).

      Calibragem do robô para o sistema de visão

      A capacidade de calibrar rapidamente o robô ao sistema de visão é importante por causa do potencial risco de colisão ao sistema de visão por equipamento em movimentação na área. O operador aciona o comando de calibração no sistema de visão que determina a posição central da roda em relação ao seu próprio sistema de coordenadas e envia as coordenadas ao controlador do robô. O operador empurra o robô para posicionar a parafusadeira na roda e o sistema determina as compensações entre os sistemas de coordenada do robô e do sistema de visão. Com a inserção das compensações no sistema de controle do robô, o sistema de coordenadas usado por todos os sistemas de visão e os robôs na célula são sincronizados. A célula de trabalho é totalmente calibrada em menos de um minuto com os recursos personalizados por um padrão de calibração especializado e conclui a sequência automática de calibração dinâmica em menos de dois segundos por ciclo.

      A Radix Controls fornece a aplicação de robô orientada por visão como parte de uma solução completa, que inclui: programação; projeto personalizado de iluminação; comunicação robótica integrada e programação de robô; além de projeto completo de controles incluindo controles de segurança, instalação coordenada, treinamento em inicialização e sistemas para operadores, equipes de manutenção e engenharia. "A chave para a automação bem-sucedida dessa aplicação é o acoplamento de visão mecânica e robótica a fim de orientar o robô com precisão e repetitividade até a posição adequada", disse Fellows. "A automação fornece uma substancial redução de custos ao fabricante automotivo e também melhora a qualidade, garantindo que as porcas sejam repetidamente apertadas no torque adequado."

      The key to the success of this application is the ability of the Cognex In-Sight® vision system to flawlessly identify the part type and its precise location. The vision system and robot have paid for themselves in six months by allowing us to move the two operators to different positions within the company.

      ―Ron LeRoux, President
      Odyssey Machine Company
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