Obr. Kompaktná skrutkovacia jednotka MTS umiestnená na kolaboratívnom robote UR5

Iniciatíva zapojiť do procesov skrutkovania robota vyšla priamo od spoločnosti MTS. Jedným z dôvodov bola skutočnosť, že od 1. 1. 2018 zastupuje na slovenskom trhu jedného z celosvetových lídrov v oblasti kolaboratívnej robotiky – spoločnosť Universal Robots (UR). „Hľadali sme typy aplikácií, ktoré doteraz vykonávali ručne operátori a kde by nasadenie kolaboratívneho robota prinieslo novú pridanú hodnotu pre celý proces a podnik,“ konštatuje D. Gurčík. Aplikácia skrutkovania sa javila ako vhodný kandidát, pretože počas jednej pracovnej zmeny dochádza k únave operátora a záťaži jeho zápästia, čo môže ovplyvňovať kvalitu aj kvantitu skrutkových spojov. MTS sa v roku 2018 podarilo vyvinúť vlastnú kompaktnú skrutkovaciu jednotku pre všetky pohyby sústredené v jednom bloku, ktorú možno umiestniť na rameno kolaboratívneho robota UR.

Kritériá výberu vhodného typu robota a súvisiacich technológií

Aplikáciu skrutkovania pomocou robota možno využiť na nových aj existujúcich pracoviskách, kde sa to vykonáva ručne. Výhodou je to, že pri použití kolaboratívneho robota UR nie je väčšinou potrebné robiť žiadne zásadné zmeny do existujúcich pracovísk či buniek. Na rozdiel od priemyselných robotov nepotrebuje na svoje upevnenie veľké zvarence, ale vďaka svojej nízkej hmotnosti ho možno umiestniť na konštrukciu z hliníkových profilov. Rozsah pohybov v kĺboch robota je ±360°, čo mu umožňuje vykonávať presné pohyby v stiesnenom priestore. „Zákazníci zároveň ocenili aj jednoduché a intuitívne ovládanie robota,“ uvádza D. Gurčík. Operátori sú schopní zvládnuť úpravy určitej časti programu, ktorá im pomáha pri zmene či už z hľadiska veľkosti skrutiek, alebo polohy ich umiestnenia. V niektorých prípadoch možno, samozrejme, použiť aj priemyselný robot, avšak treba vziať do úvahy, že jeho hmotnosť a dynamika je niekoľkokrát vyššia a vyžaduje inštaláciu bezpečnostného oplotenia a prvkov, čo predstavuje zásadnejšie konštrukčné úpravy celého pracoviska a tiež väčšiu časovú a finančnú náročnosť.

Spoločnosť MTS vyvinula vlastnú kompaktnú skrutkovaciu jednotku v dvoch vyhotoveniach – s vákuovou hubicou alebo bez nej. Úlohou robota je napolohovať skrutkovačku do predpísanej polohy, pričom vysunutie skrutky a príslušného bitu a vyvinutie prítlaku a správneho uťahovacieho momentu zabezpečí samotná skrutkovačka. Verzia bez vákuovej hubice sa používa v prípade uťahovania skrutiek na rovnom povrchu. Ak je potrebné skrutkovanie v dutinách, použije sa namiesto klieštin držiacich skrutku vákuová hubica. Tá spolu so skrutkou vojde do dutiny a po kontakte skrutky s materiálom ju začne bit zakrúcať. Na vrchnej časti skrutkovacej jednotky sa nachádza skrutkovacie vreteno zabezpečujúce točivý pohyb bitu. Vreteno je spojené s riadiacim modulom, v ktorom sú definované predpísané hodnoty týchto veličín podľa konštrukčnej dokumentácie daného komponentu. Skrutkovacia jednotka je flexibilne prispôsobiteľná požiadavkám zákazníka a danej aplikácie či už z hľadiska veľkosti skrutiek, ktoré sa majú skrutkovať, alebo veľkosti uťahovacích momentov.

Návrh pracoviska

Z hľadiska konštrukčného návrhu celého pracoviska je prioritná veľkosť skrutiek, s ktorými sa pracuje, momenty potrebné na ich správne utiahnutie a vytvorenie prostriedku na upnutie materiálu, do ktorého sa bude skrutkovať. Nezanedbateľné je aj správne nastaveniu času cyklu skrutkovania tak, aby sa dosahovali požadované výkonové parametre pracoviska pri zachovaní predpísanej kvality. „Vzhľadom na to, že naša kompaktná skrutkovacia jednotka je odľahčená, možno ju použiť s typom UR10 aj s menším modelom kolaboratívneho robota UR5,“ vysvetľuje D. Gurčík. V závislosti od typu aplikácie môže byť pracovisko s robotom a uťahovačkou doplnené napr. o čítačku 2D kódov a nadradené PLC. Vďaka takémuto riešeniu možno následne archivovať a prepojiť konkrétny diel s vykonanými operáciami a so všetkými údajmi, ako sú prítlačné sily a uťahovacie momenty. V rámci návrhu celého pracoviska treba vykonať aj analýzu rizík a na základe jej výsledku nastaviť pracovnú rýchlosť a dynamiku robota.

Uvedenie do prevádzky a správne nastavenie

Operátor si požadovanú polohu koncového bodu uťahovačky môže nahrubo nastaviť pomocou ručného navádzania ramena kolaboratívneho robota rukou (so zapnutou funkciou FreeDrive na uvoľnenie kĺbov robota) a finálnu pozíciu doladiť pomocou ovládačov na ovládacom paneli robota. Väčšinou ide o skrutkovanie do komponentu nachádzajúceho sa stále v rovnakej pozícii. Ak sa vyskytne aplikácia, kde z nejakých dôvodov nemožno dosiahnuť konštantne rovnakú pozíciu materiálu, do ktorého sa má skrutkovať, použije sa na presné polohovanie koncového bodu uťahovačky údaj z kamerového systému. Po príchode materiálu do pracovného priestoru robota systém na spracovanie obrazu vyhodnotí presnú polohu otvoru, resp. pozíciu, kde má byť umiestnená skrutka, a navedie rameno robota s uťahovačkou na túto pozíciu.

Aj po nasadení robota je stále priestor na zotrvanie operátora na tomto pracovisku. Ak komponent, do ktorého sa bude skrutkovať, neprichádza na dopravníku, umiestňuje operátor tento kus zo zásobníka do upínacieho nástroja. Po vykonaní operácie zase komponent odoberá a umiestňuje napr. do prepravky na ďalšie spracovanie. Operátor môže zároveň dopĺňať skrutky do vibračných zásobníkov, riešiť prípadné kolízne stavy, dohliadať na správnosť chodu procesu a dodržiavanie kvality vykonávaných činností robota náhodným výberom komponentov a kontrolou niektorých parametrov, či už vizuálne, alebo pomocou doplnkových nástrojov.

Prínosy nasadenia robotického riešenia

„U zákazníkov, ktorí využívajú nami realizovanú robotickú aplikáciu skrutkovania, sa už toto pracovisko prestalo kategorizovať ako operátorské pracovisko, ale je brané ako kompletne zautomatizovaný proces,“ vysvetľuje D. Gurčík. Okrem odbremenenia človeka od monotónnej práce so záťažou na jeho ruky patrí medzi významné prínosy aj zvýšenie kvality skrutkových spojov vďaka presnejšiemu polohovaniu skrutky a dodržaniu uťahovacích momentov, menší počet chybných spojov či vyššia efektivita celého procesu vďaka rovnomernému taktu činnosti robota. Vzhľadom na to, že kolaboratívne roboty UR sú bezúdržbové, aj z hľadiska celkových nákladov na vlastníctvo vychádza celá aplikácia veľmi atraktívne. Zákazníci podnikajúci na území Slovenska môžu očakávať návratnosť investície do robotického riešenia skrutkovania od MTS do dvoch rokov.

To, či sa vôbec oplatí nasadiť robot v aplikácii skrutkovania, dokážu odborníci z MTS posúdiť veľmi komplexne. „Po prvotnej návšteve u zákazníka spojenej s prehliadkou pracoviska prebieha zvyšok posúdenia už v priestoroch našej spoločnosti. Testujeme možnosti skrutkovania s reálnymi dielmi zákazníka, spracúvame softvérové simulácie celého pracoviska, navrhujeme vhodný typ robota a vytvárame video, aby mal zákazník o navrhnutom riešení čo najlepšiu predstavu,“ uvádza D. Gurčík. Obidve strany tak získajú istotu, že pracovisko možno týmto spôsobom zautomatizovať a zvýšiť jeho efektivitu či kvalitu.

MTS, spol. s r. o.
Krivá 53
027 55 Krivá
mts@mts.sk
www.mts.sk