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Dec 14, 2023

La presse plieuse robotisée devient flexible pour les opérations de fabrication de métaux

Historiquement, pour que le pliage de presse plieuse robotique ait un sens économique, un travail

Historiquement, pour que le pliage de presse plieuse robotique ait un sens économique, un travail devait être d'un certain volume dans un atelier de fabrication de métaux. Cela, cependant, commence à changer dans l'industrie.

Même aujourd'hui, les presses plieuses peuvent passer étonnamment peu de temps à plier des pièces sur un quart de travail de huit heures. Parfois, le problème découle d'inefficacités opérationnelles plus importantes, comme du matériel indisponible, des outils mal placés ou une absence imprévue d'un employé. Souvent, les problèmes proviennent d'un manque d'information. Peut-être qu'une pièce a été conçue sans le bon outillage à l'esprit, de sorte que l'opérateur de freinage ou le superviseur est obligé de s'adapter, en formant plusieurs pièces d'essai pour obtenir le programme de pliage parfait.

La programmation de pliage hors ligne change la donne. Avant que tout programme de pliage n'atteigne le sol, une simulation de pliage vérifie que, oui, l'opérateur doit être en mesure de former la pièce avec l'outillage disponible sans collisions. Pour certains travaux, la technologie de pliage adaptatif tient même compte des incohérences des matériaux comme la direction du grain ou la variation d'épaisseur. Le frein sous-plie le matériau, mesure l'angle, puis termine le cintrage à l'air avec précision.

Ajoutez à cela la capacité de la presse plieuse à changer d'outil automatiquement et vous changez radicalement le service de formage. Les machines ne doivent plus produire de gros lots pour "économiser sur la configuration". En fait, l'ensemble du département peut se rapprocher d'un flux pièce par pièce et même d'une production en kit. Les travaux en cours (WIP) chutent avec les délais.

Tout cela a rendu le service de formage plus flexible que jamais, à l'exception d'un problème : le manque de personnel. Une presse plieuse ne peut pas fonctionner sans opérateur, à moins que vous ne robotisiez l'opération. Reste le problème de la flexibilité. Historiquement, les cellules de presses plieuses robotisées n'étaient pas connues pour leur capacité d'adaptation. Cela, cependant, a commencé à changer.

La simulation de pliage hors ligne a transformé la nature du pliage manuel, et il en va de même pour la presse plieuse robotisée. Combinez la simulation hors ligne avec le changement d'outil automatique, l'évolution de la technologie de préhension et une cellule de pliage conçue de manière stratégique, et les changements de décision automatisés ou non. La presse plieuse robotisée devient enfin flexible.

Parlez à de nombreux propriétaires d'ateliers et superviseurs de département de formage qui plongent dans les freins robotisés, et ils vous diront qu'ils n'automatisent le formage que pour certaines pièces. Un petit frein robotique peut former de minuscules pièces monotones et (encore pire) dangereuses pour une personne à plier manuellement. Un grand frein robotique forme de grandes pièces lourdes qui seraient éreintantes pour les opérateurs à former manuellement.

Pour la plupart des pièces, cependant, la question de savoir s'il faut automatiser se résume souvent au volume, principalement pour amortir la configuration initiale. Si un opérateur doit passer du temps avec un pendentif d'apprentissage pour amener soigneusement la pièce à chaque étape du formage, le travail a besoin d'un certain niveau de volume pour justifier tout ce travail.

Vient ensuite le défi de la préhension. Certaines cellules automatisées pourraient avoir une rangée d'effecteurs terminaux de préhension bordant le périmètre. La conception de toutes ces pinces garantissait qu'une cellule de pliage pouvait former une variété de pièces, mais le processus prenait du temps et ajoutait de nombreuses complications. Là encore, le volume dicterait la décision d'automatiser. La cellule pourrait être conçue pour exécuter de petits lots ou même des kits, mais pour justifier tous les coûts d'ingénierie, d'intégration et de configuration, cette cellule automatisée devait produire de nombreux kits sur une certaine période.

Cela est resté vrai même si tout a d'abord été simulé hors ligne. Cela minimisait le temps que le personnel de configuration passait sur un pendentif d'apprentissage, mais la simulation et la programmation prenaient encore du temps et des ressources. Les personnes qui (idéalement, au moins) connaissent bien la presse plieuse passent maintenant beaucoup de temps devant un écran d'ordinateur au bureau. La programmation hors ligne n'a pas perturbé la production, mais le temps d'un programmeur n'est pas gratuit.

Pour vraiment automatiser une opération de formage à grande variété de produits, il ne suffit pas d'automatiser la configuration, le changement et la manipulation des pièces sur le sol. Les fabricants doivent automatiser la programmation et la simulation hors ligne (voir Figure 1). C'est-à-dire que le logiciel élabore des instructions pour l'ensemble du cycle, de la présentation des flans découpés à l'enlèvement des pièces formées, en les empilant sur une palette ou en les plaçant dans un bac. Le programmeur examine ensuite ce que le logiciel a développé, ajuste certains aspects si nécessaire, puis envoie ce programme à l'étage.

FIGURE 1. Le logiciel simule le cycle de pliage robotique complet, de la prise de flans à l'empilage des pièces. Le logiciel peut également calculer la position du préhenseur et les meilleurs godets pour saisir la pièce.

N'étant plus enfouis dans les détails de la flexion robotique, les programmeurs peuvent désormais se plonger davantage dans la stratégie de flux partiel. Une fois que cela se produit, un fabricant peut automatiser les travaux de pliage qui ont le plus de sens pour le débit global.

En ce qui concerne les détails, la flexion robotique ne manque pas. Considérez d'abord comment les pièces sont présentées et saisies. Le programme doit savoir combien de pièces peuvent être placées sur chaque palette de manière sûre et cohérente. Une fois que la palette arrive à la cellule de pliage, un code QR est scanné, informant le logiciel de contrôle de production que la palette est préparée et prête à partir. Ce code appelle également le programme approprié.

Vient ensuite la partie proprement dite de préhension. Un robot peut saisir une pièce, se diriger vers une table de préhension et de centrage, où il libère et réagrippe la pièce pour s'assurer qu'elle est saisie dans la bonne position (voir Figure 2). Pour supprimer cette première étape, certaines cellules de pliage utilisent des palettes qui présentent les pièces en biais, en centrant les pièces avant que le robot ne les saisisse. Cela signifie que la pièce n'a pas besoin d'être référencée sur la table de centrage et de reprise avant le premier pliage.

Vient ensuite la préhension proprement dite. Les découpes dans le flan doivent être prises en compte, bien sûr, mais il en va de même pour la nature de la surface du matériau. Les ventouses manipulent en toute sécurité les matériaux magnétiques et non magnétiques, avec des pinces "intelligentes" activant et désactivant certaines ventouses pour manipuler le travail. Les gobelets eux-mêmes, cependant, doivent être conçus pour s'adapter à différentes surfaces de tôle, y compris les surfaces huileuses. Lors de la saisie de la pièce, certains systèmes intègrent un système de soufflage d'air qui nettoie la surface de l'excès d'huile et d'autres débris avant que les coupelles ne saisissent et obtiennent une prise sûre sur la surface.

Vient ensuite le processus de pelage, c'est-à-dire lorsque le robot « décolle » une seule feuille de la pile de flans pré-centrée. Le robot se déplace selon un mouvement multiaxe tandis qu'un système magnétique ou à brosse assure la séparation des flans, pour éviter le double prélèvement (particulièrement critique pour les tôles fines). Le robot transporte ensuite le flan vers un dispositif de mesure d'épaisseur pour vérifier qu'il n'y a qu'une seule pièce (voir Figure 3).

Vient ensuite le cycle de pliage lui-même, l'une des tâches les plus compliquées et les plus complexes qu'un bras de robot articulé puisse effectuer. Comme référence, le système doit vérifier que le nombre correct et suffisant de ventouses est activé pour maintenir la pièce en toute sécurité. Cela commence par les prises initiales et se poursuit tout au long du cycle de flexion.

La technologie de préhension joue ici aussi un rôle clé. Certaines pinces intègrent plusieurs méthodes de préhension, y compris des pinces et des ventouses. Et aujourd'hui, certaines pinces modifient en fait leur surface tout au long du cycle de pliage. Au début du cycle, l'effecteur terminal peut avoir besoin de saisir une grande surface de préhension. Ici, les "ailes" des ventouses pivotent vers l'extérieur pour étendre la portée de la pince (voir Figure 4). À mi-cycle, le préhenseur rétracte ses ailes et, si nécessaire, peut pivoter, donnant un axe de mouvement supplémentaire pour manipuler le travail d'un virage à l'autre, atténuant le besoin de réagripper tout en évitant les collisions avec l'outillage, les butées arrière et tout ce qui pourrait modifier la position de la pièce sur le préhenseur. C'est une science subtile.

Tout comme la préhension est une science subtile, la préhension l'est aussi. Comme le préhenseur peut pivoter à 360 degrés, il n'est pas nécessaire de relâcher la pièce tout au long du travail. Il positionne le panneau pour le premier pli, supporte la bride lorsqu'elle pivote vers le haut (pour éviter que la déviation de la feuille n'affecte la précision du pli), supprime le travail après que l'ensemble d'outils a libéré le pli de la pression, puis tourne et se déplace immédiatement vers le prochain pli - aucune reprise nécessaire.

Imaginez maintenant une pièce plus petite avec quatre plis, mais cette fois, les attributs de géométrie de la pièce (tels que les découpes intérieures ou l'emplacement du pli) nécessitent que le préhenseur se repositionne entre les plis. Cela dit, étant donné qu'il s'agit d'une petite pièce, une reprise de préhension peut effectivement se produire au niveau de la machine. La pince suit la bride vers le haut pour le premier pli, reste saisie lorsqu'elle retire la pièce de l'outillage, puis fait tourner la pièce pour le deuxième pli et la fait glisser sur la matrice et contre la butée arrière. Le poinçon descend jusqu'à pincer le métal. Cela "serre" efficacement le matériau dans une position connue et permet au préhenseur de se détacher et de se repositionner dans un nouvel emplacement. Une fois qu'il est sécurisé, le cycle de pliage commence et la pince suit la bride vers le haut.

Maintenant, imaginez cette même partie, mais en plus grand. Si le robot exécutait la même stratégie de préhension, la physique gênerait, en particulier la déviation. Tout irait bien jusqu'à ce que le robot positionne la pièce pour le deuxième pli. L'outillage serrait le travail, la pince se relâchait et la bride fléchissait sous son propre poids, gênant le positionnement et la précision de pliage pour le reste de la séquence de pliage. Dans ces cas, le robot doit apporter des pièces plus grandes à la station de reprise, où il reprend et continue avec les virages suivants (voir Figure 5).

FIGURE 2. Une pièce est amenée sur une table de centrage pour s'assurer que l'effecteur terminal saisit la pièce dans la bonne position.

Vient ensuite le déchargement des pièces, et encore une fois, c'est une science subtile. L'empilage de panneaux rectangulaires est généralement simple, avec une légère rotation de chaque pièce garantissant que la pile reste stable pendant son transport en aval. Le déchargement de petites pièces dans un bac est tout aussi simple. Certains grands panneaux peuvent même être empilés verticalement.

Aujourd'hui, les algorithmes ont automatisé avec succès la majeure partie de la programmation pour l'empilement, à l'exception des pièces extrêmement irrégulières. Des recherches sont en cours pour développer des algorithmes qui automatisent la programmation de l'empilement de pièces complexes, les pièces étant "imbriquées" les unes sur les autres dans des orientations spécifiques, le tout pour assurer une pile stable. Pour l'instant, les programmeurs peuvent développer manuellement le programme d'empilement des pièces irrégulières dans le logiciel de simulation avant de tester le concept d'empilement sur le sol.

Un tel empilement reste l'une des dernières tâches de programmation qui n'est pas automatisée. Tout le reste (sélection d'outils, programmation de pliage, mouvements du robot et de la pince, stratégies de reprise, présentation des pièces) est désormais géré par un logiciel.

Cela change à son tour la nature de ce que signifie être un programmeur et un superviseur de presse plieuse robotique. Au lieu de se concentrer sur toutes les minuties de pliage, ils se concentrent sur le flux de pièces, ce qui fonctionne le mieux pour l'automatisation, ce qui fonctionne le mieux pour le fonctionnement manuel et les travaux qui pourraient bénéficier des deux.

Imaginez que vous êtes un superviseur de presses plieuses gérant un département de pliage avec une collection de presses plieuses manuelles à côté d'une cellule de pliage automatisée avec changement d'outil automatique. Cette cellule automatisée est configurée pour une production mixte, avec une collection de palettes d'entrée et de sortie, chacune étant conçue pour gérer différentes pièces. De plus, cette cellule fonctionne avec le lit au niveau du sol, elle peut donc être utilisée en "mode manuel", avec le robot verrouillé et à l'écart et un opérateur manipulant les pièces tout au long de la séquence de pliage.

Tout cela vous offre une foule d'options, et la prise de décision commence par le poinçonnage et la découpe au laser. Par exemple, disons qu'une pièce avec une découpe intérieure ne peut vraiment pas être pliée automatiquement ; le préhenseur n'a tout simplement pas la surface nécessaire pour saisir et soutenir la pièce, et la pièce est trop grande pour être supportée par les pinces de bord du préhenseur.

Dans ce cas, la solution pourrait être la découpe au laser. Au lieu de découper les géométries intérieures sur chaque profil de pièce, le laser peut découper une saignée avec une série de microjoints. Cela donne au préhenseur du robot de pliage la surface qu'il doit saisir, après quoi cette limace intérieure microtaillée en place pourrait être retirée.

Disons que la même pièce nécessite que les pinces de bord de la pince saisissent la pièce pendant les derniers virages - encore une fois, que se passe-t-il si la pièce n'a pas assez de surface pour que cela se produise ? Ici, l'ajout d'une languette sacrificielle - soit coupée avec des micro-joints, soit perforée avec un outil pour créer un bord amovible - pourrait être une option.

Qu'en est-il d'une pièce trop petite pour être formée par la presse plieuse robotisée de l'entreprise ? Une option consiste à utiliser un frein robotique avec des effecteurs terminaux dotés de ventouses et de pinces à pince conçues pour les pièces minuscules. Ce n'est pas la seule option, cependant.

Imaginez une série de petits supports réunis dans un "mini-nid" sur une poinçonneuse avec déchargement et empilage automatisés des pièces. Ce mini-nid a un double objectif : il donne suffisamment de surface pour que les petites découpes soient automatiquement empilées après le poinçonnage et pour qu'un autre robot saisisse les pièces (toujours dans le mini-nid) pour les plier. Ce n'est qu'après le pliage que les pièces nécessitent une intervention manuelle, car les opérateurs séparent les supports formés avant qu'ils ne soient envoyés à la finition et à l'assemblage.

FIGURE 3. Un préhenseur "décolle" la pièce d'une pile qui, présentée sous un angle, précentre les pièces, de sorte que le robot n'a pas besoin de visiter une station de centrage avant d'amener la pièce dans l'enveloppe de travail. La pièce est ensuite amenée à un dispositif de mesure d'épaisseur, qui vérifie le double crochetage.

C'est là qu'intervient la réflexion globale à l'échelle de l'entreprise. Supposons que le service d'assemblage dispose d'une grande zone de montage où une demi-douzaine d'employés trient les lots et assemblent les pièces dont les assembleurs ont besoin. Avec une coupe et un pliage flexibles en amont, le flux de pièces pourrait-il être modifié pour simplifier ou même éliminer le besoin de cette zone de kitting ?

Au niveau de la cellule de pliage, plusieurs palettes d'entrée et de sortie peuvent être séquencées pour une mise en kit plus efficace directement après le formage, tout en tenant compte des changements d'outils (voir Figure 6). Le logiciel peut séquencer différentes pièces dans un kit qui partagent un outillage commun ou permettre des changements d'outils automatiques rapides.

Chaque palette à l'intérieur de la cellule automatisée transporte toujours des piles d'une pièce, et non un kit de différentes pièces, ce qui donne au système une flexibilité si le flux de pièces provenant de l'amont varie de manière inattendue. (Et si seulement quatre pièces sur un kit de cinq pièces sont disponibles pour que le robot se plie ?) Cela dit, le système peut fonctionner avec plusieurs palettes. Au fur et à mesure que les palettes sont retirées de la cellule, elles s'écoulent en aval en petits lots qui peuvent être rapidement assemblés.

Et si une pièce pouvait être formée presque entièrement par le robot, à l'exception des derniers virages ? Le robot peut avoir des difficultés à saisir ou la géométrie pliée finale peut être difficile à empiler. Dans ce cas, le robot pourrait effectuer la partie la plus longue du travail de formage sans surveillance pendant la nuit. Lorsque les opérateurs arrivent le matin, ils récupèrent la pile et effectuent les derniers plis manuellement, soit sur un frein manuel, soit avec la cellule de pliage robotisée en mode manuel. (Lequel choisir dépend des capacités et de la capacité disponible des machines du service de pliage.)

Cela peut sembler étrange de n'automatiser qu'une partie d'un travail : pourquoi ne pas simplement créer le travail manuellement dans son intégralité ? Le travail de formage peut être difficile et difficile à gérer, du moins jusqu'aux derniers virages. De plus, le plus souvent, le personnel de pliage n'est probablement pas disponible, de sorte que l'atelier doit simplement s'automatiser pour répondre à la demande.

Tout le monde connaît la triste réalité : les opérateurs de presses plieuses expérimentés sont difficiles à trouver. L'idée derrière l'automatisation flexible du pliage est de tirer le meilleur parti des talents de pliage dont disposent les fabricants.

Les presses plieuses robotisées peuvent traiter une large gamme de pièces, des simples boîtiers aux travaux nécessitant un pliage incrémentiel complexe (bosse), les effecteurs terminaux du robot guidant en toute sécurité le travail à travers chaque bosse. Mais le formage de la tôle est un processus extraordinairement complexe, et toutes les pièces ne conviennent pas au robot. Certaines pièces peuvent nécessiter un outillage spécial. La technologie robotique et de préhension a parcouru un long chemin, mais elle ne peut pas résoudre tous les défis de formage. Manipuler ou enlever une pièce après le virage final peut être difficile. Les pièces qui sortent d'une poinçonneuse avec des trous extrudés ou d'autres formes peuvent rendre l'empilage difficile et peu fiable. Certains formulaires fabriqués sur le poinçon sont facilement empilables, mais d'autres ne le sont pas, en fonction de leur taille, de leur nombre et de leur emplacement sur le profil vierge.

La formation manuelle de ces emplois pourrait toujours être la meilleure option, et ils peuvent toujours offrir une formation et une expérience aux débutants comme aux vétérans de l'atelier. Après tout, une pièce difficile à saisir et à empiler pour un robot n'est pas nécessairement difficile à former manuellement pour une personne.

Dans le même temps, l'automatisation du pliage donne au personnel la possibilité de penser stratégiquement. De quelles pièces les assembleurs ont-ils besoin et quand ? Quelle est la meilleure façon de le leur présenter ? Où le kitting se produit-il et où pourrait-il se produire ? Est-il logique que les petites pièces soient séparées après le pliage, surtout si ces bords ne sont pas exposés et ne nécessitent pas d'ébavurage ?

Plus important encore, le pliage automatisé sur la presse plieuse n'est plus limité aux travaux de grande quantité, à quelques exceptions près. Une opération peut choisir d'automatiser un travail difficile avec des outils spéciaux, une préhension et un empilement "imbriqué" de formes inhabituelles. Ces travaux nécessitent encore un certain temps de programmation, de sorte que la quantité restera un facteur dans la décision d'automatiser ou non.

En dehors de ces cas particuliers, cependant, la programmation peut se faire en quelques minutes, les préhenseurs sont flexibles et les changements d'outils sont automatisés. Rassemblez toutes ces avancées et vous créez une opération de presse plieuse robotisée où le volume de la pièce n'est plus le facteur décisif.