Prosinac • 21 (4/2012) • Godina 634

Proizvodnja i logistika

je odgovarajuće nadomjestilo triangulacijsko prepoznavanje mrlja, jer je s laserom ne možemo izvoditi. Pobrinuli smo se za proces dodatne edukacije kadrova. Najveći izazov za nas bila je izrada konačnih proizvoda u uskim tolerancijama, kako ih je zahtijevala navedena proizvodnja na najvišoj tehnološkoj razini.

Tijekom 2011. godine smo koncept nadogradili i u tvrtki Cimos pokrenuli drugu namjensku robotsku zavarivačku će-liju za zavarivanje pedala kočnice za pedalne sklopove BMW PL7, koji se ugrađuju u sve modele serije 1, serije 3 (standard i hybrid) te u model X1.

U doba recesije, za koju su znakovite visoke oscilacije na-rudžbi, takvo rješenje znači mogućnost iznimne prilagodljivo-sti proizvodnih mogućnosti pri istodobnom nadzoru nad fik-snim troškovima, jer čitav posao u jednoj smjeni može obaviti samo jedan operator!

Prije razvoja robotske ćelije smo precizno proučili zahtjeve kupca glede robotizacije zavarivanja pedala kočnice za pedal-ne sklopove BMW PL7, koji su obuhvaćali zavarivanje četiri različita tipa pedala kočnica. Sastavni dijelovi su četiri kom-ponente: tijelo pedale, pedala, sigurnosni kavez i os odnosno kolčak, a količine, radi neometane proizvodnje, morali smo definirati još detaljnije:

• lijeva mehanička pedala (s osi): 1.610 komada/dan• lijeva automatska pedala (s osi): 1.260 komada/dan• desna mehanička pedala (s vitkom/kolčakom):

385 komada/dan• desna automatska pedala (s osi): 245 komada/dan

Za sastavljanje svih tipova pedala trebamo osam različitih sastavnih elemenata (tri različita tipa pedale i dva različita tipa tijela stopala).

S tvrtkom Cimos već godinama surađujemo kao dobavljač standardnih robotskih zavarivačkih ćelija, koje omogućuju iz-mjenu steznih naprava i s time brzi prijelaz između pojedinih proizvoda iz palete.

Prvu nestandardnu, odnosno namjensku robotsku ćeliju smo u tvrtki Cimos pokrenuli tijekom 2007. godine, a bila je namijenjena zavarivanju šarki vrata prtljažnika automobila Audi B8 i Q5. Operator, koji upravlja ćelijom, brine za dozi-ranje sastavnih dijelova na dva ulazna vibro dozatora i na pa-letu za pozicioniranje rotacijskog RVE modula. Također brine o preuzimanje konačno zavarenih dijelova i za odlaganje na izlaznu EuroBox paletu. Posluživanje uređaja za zavarivanje obavljaju dva šestosna robota. Robotizacija uključuje i 100-po-stotni pregled svih zavara s laserskim triangulacijskim susta-vom.

Uspješno pokretanje prve visoko-produktivne robotske zavarivačke ćelije je kako nama, tako i korisniku potvrdilo, da smo donijeli ispravnu odluku. Prepoznali smo prednosti potpuno automatiziranih robotskih zavarivačkih ćelija i defi-nirali smjernice pri planiranju sličnih projekata za zavarivanje velikih količina jednakih ili sličnih dijelova.

Kao glavne prednosti smo utvrdili: smanjen utjecaj čovjeka na kvalitetu proizvoda, bolje iskorištavanje radne snage, nad-zor nad fiksnim troškovima neovisno o opsegu proizvodnje, bitno rasterećenje operatora, jer njegov rad više nije umara-jući, i mogućnost brze izmjene proizvodnje, što omogućuje trenutni prijelaz na proizvodnju sličnih dijelova.

Proizvodni proces je od nas zahtijevao izvedbu sastavnih dijelova u vrlo uskim tolerancijama te traženje rješenja, koje

Robotizacija zavarivanja pedala kočnica za pedalne sklopove BMW PL7

Visoko-produktivne namjenske robotske zavarivačke ćelije bitno sma-njuju utjecaj čovjeka na kvalitetu proizvoda, omogućuju brzu izmjenu proizvodnje i s time prijelaz na proizvodnju sličnih proizvoda, omo-gućuju bolje iskorištavanje radne snage te bitno rasterećuju operatora, pa njihov rad više nije umarajući. Poznavanje prednosti potpune auto-matizacije zavarivačkih ćelija od ključne je važnosti, kako pri planiranju novih projekata, tako i u fazi konstruiranja robotske zavarivačke ćelije za zavarivanje velikih količina jednakih ili sličnih dijelova.

››

Hubert KoslerAljoša Zupanc

Damian Širaj Simon NovakIztok ČešarekMatej Merkač

Hubert Kosler, Aljoša Zupanc, Damian Širaj, Simon Novak, Iztok Češarek, Matej Merkač • Yaskawa Slovenija d.o.o.››

Prosinac • 21 (4/2012) • Godina 6 35

Proizvodnja i logistika

Kako bi dosegli tako visoku produktivnost, u robotsku ćeliju smo uključili četiri zavarivačka robota, koji istodobno zavaruju po dvije pedale. Izlazili smo izvan uporabe standar-dnih Yaskawinih rotacijskih pozicionera za ponovljivo okreta-nje zavarivačkih naprava.

Pri traženju odgovarajućeg koncepta robotske ćelije morali smo konstrukciju zavarivačkog dijela vremenski i prostorno uskladiti s robotskim dijelom za posluživanje. Upravo taj dio je predstavljao najveći izazov. Pri konstruiranju zavarivačkih naprava, morali smo pored visokih zahtjeva glede preciznosti i fleksibilnosti (primjerice 3D podesivi stezni elementi zavari-vačke naprave za sastavne dijelove) voditi računa i o dostu-pnosti sa robotima za posluživanje.

Za ocjenu koncepata smo si pomogli s off-line simulacij-skim alatom MotosimEG. Zavarivačke naprave smo razvijali modularno. Zavarivačka naprava obuhvaća četiri zavarivačka gnijezda (dva za lijevi i dva za desni tip pedale). Gnijezda su opremljena s ručnim, brzo izmjenjivim sklopovima:

• izmjena tipa pedale na gnijezdima za lijevi tip pedala• izmjena tipa pedale i izmjena vitke odnosno kolčaka. Takav koncept zavarivačkih naprava omogućuje iznimno

kompaktnu konstrukciju robotske ćelije i znači robotizaci-ju posluživanja samo s dva robota za posluživanje – svaki je opremljen s dvostrukim robotskim prihvatom – te povezi-vanje s postojećom linijom za preoblikovanje tijela s manjim robotom za posluživanje. Tijekom prijelaza sa zavarivanja jednog tipa pedale na drugi, poslužitelj robotske ćelije mora

Glavni zahtjevi za robotizaciju, koje nam je postavio naru-čitelj, bili su:

a) Ukupni kapacitet robotske ćelije za zavarivanje četiri tipa pedala u tri smjene treba biti 3.500 komada na dan;

b) Zavarivanje se treba provoditi s jednim stezanjem svih sastavnih elemenata pedala (tijelo pedala, pedala, sigur-nosni kavez, os odnosno kolčak), a automatske naprave za zavarivanje moraju biti prilagođene izvedbi svih četi-riju tipova pedala;

c) Laserski triangulacijski sustav mora izvoditi 100-postot-nu kontrolu dvaju zavara na pedali;

d) Robotska ćelija mora autonomno djelovati 30 minuta;e) Robotska ćelija mora biti konstruirana tako, da s njom

može upravljati samo jedan operator u smjeni;f) Povezivanje robotske zavarivačke ćelije s automatskom

linijom za preoblikovanje tijela pedala treba biti na sli-jedeći način: preuzimanje konačno zavarenog tijela, pregled kvalitete zavara s pomoću laserskog triangula-cijskog sustava, priprema tijela pedala za preuzimanje s robotom za posluživanje;

g) Doziranje ostalih sastavnih elemenata pedala (tri tipa pedale, sigurnosni kavez, os, kolčak) mora se odvijati u rasutom obliku;

h) Prije ulaganja u napravu za zavarivanje mora se izvesti spajanje odnosno robotsko namještanje osi odnosno kol-čaka u tijelo pedale;

i) Zavarivanje pedala mora se odvijati bez mrlja postop-kom CMT (eng. Cold Metal Transfer) – s uporabom 100-postotnog zaštitnoga plina CO2.

Prirpema koncepta i razvoj robotske ćelije

Razvoj robotske ćelije se temeljio na usklađivanju robot-skog zavarivanja s robotskim posluživanjem steznih naprava. Cilj je bio jasan: osigurati glavni zahtjev naručitelja za tro-smjenskom produktivnošću robotske ćelije u količini 3.500 komada na dan.

Pri vremenskoj analizi zavarivanja smo uzeli u obzir slje-deće granične uvjete:

• zavarivanje u tri različita položaja zavarivačke naprave samo s jednim stezanjem

• ukupna dužina zavara na pedali: 332 mm• brzina zavarivanja 40 cm/minutu• vrijeme okretanja zavarivačke naprave i vrijeme čišćenja

gorionika moraju biti primjereno kratki radi postizanja dnevne količine proizvoda; proračun je pokazao kako je pri prosječnom vremenu za proizvodnju pojedinačne pedale od 23,1 sekunde, moguće proizvesti 3.505 pedala dnevno.

› Slika 1: Četiri različita tipa pedale za kočenje za pedalni sklop BMW PL7

› Slika 2: Offline simulacija robotskog zavarivanja

› Slika 3: Offline simulacija robotskog posluživanja

Prosinac • 21 (4/2012) • Godina 636

Proizvodnja i logistika

zavarivačke jedinice. Za doziranje sastavnih elemenata pedala (tri tipa pedale,

sigurnosni kavez, os pedale i vitka pedale) se brinu vibro dozatori, koji osiguravaju odgovarajuće položaje dijelova za daljnji robotski prihvat pojedinih sastavnih dijelova pedale.

Raspored operacija između oba robota za posluživanje osi-gurava neometan rad pri preuzimanju i ulaganju dijelova u dva gnijezda zavarivačke naprave. Oba robota za posluživa-nje su opremljeni z dvostrukim robotskim prihvatom.

Prvi robot za posluživanje iz dozatora uzima kavez. Iz za-varivačkog gnijezda uzme zavarenu pedalu i u nju uloži ka-vez. Zavarenu pedalu prenese na pregled s triangulacijom te je nakon potvrđivanja odloži na izlaznu traku. Ukoliko proi-zvod ne odgovara strogim zahtjevima, robot ga izdvaja u po-seban otpadni spremnik.

Drugi robot za posluživanje sakuplja pedale (jednu od tri tipa) iz vibro dozatora, a iz ulaznog transportera uzima tijelo pedale, s kojim se pomakne do dozatora s vitkom odnosno do kolčaka, gdje s pomoću pomičnog cilindra umetne vitku/kolčak u otvor na pedali. Zatim oba dijela ulaže u gnijezdo na zavarivačkoj napravi, u koju je već uložen kavez.

Ispred robotske ćelije stoji operatorski pult za upravljanje, koji je opremljen sa zaslonom industrijskog računala i sadrži sustav za optičku kontrolu zavara, a drugi IPC je opremljen s programom weld seam inspection system. Zaslon omogućuje vizualni prikaz zavarivačke naprave te položaj senzora na za-varivačkoj napravi. Obzirom na fazu stezanja, na ekranu se za svaki senzor prikazuje stanje, a također se ispisuju informacije o mogućim greškama.

Zaključak

Robotsku ćeliju smo u tvrtki Cimos pokrenuli u pet mjeseci nakon zaprimanja narudžbe. S pomoću produbljenog anali-tičkog pristupa za vrednovanje koncepata, izdvojili smo pra-vu ideju i uspjeli zadovoljiti sve zahtjeve kupca za visoko-pro-duktivnom robotskom zavarivačkom ćelijom sa smanjenim utjecajem čovjeka na kvalitetu proizvoda, s boljom iskoristi-vošću radne snage, s nadzorom nad fiksnim troškovima neo-visno o opsegu proizvodnje, mogućnošću brze izmjene proi-zvodnje i trenutnom prijelazu na proizvodnju sličnih dijelova.

obaviti samo izmjenu brzo izmjenjivih sklopova na zavari-vačkim gnijezdima i izbrati odgovarajući robotski zavarivački program.

Koncept rada robotske ćelije smo uskladili s kupcem Ci-mos, te smo morali za realizaciju potpuno automatskog rada robotske ćelije izvesti još manje izmjene na kavezu (ugradni dio pedale) i sudjelovati pri izmjenama na postojećoj liniji za preoblikovanje tijela stopala.

Rad robotske ćelije

U robotskoj ćeliji se istodobno zavaruju dvije pedale za ko-čenje pedalnog sklopa PL7 na dvije zavarivačke naprave i to Lijevu+Lijevu odnosno Desnu+Desnu pedalu. Zavarivanje se odvija s pomoću četiri industrijska zavarivačka robota Moto-man tip MA1400, koji su opremljeni s pulsnom zavarivačkom opremom s vodenim hlađenjem za zavarivanje prema CMT (eng. Cold Metal Transfer) postupku. Pri tom projektu smo robote po prvi puta nadogradili s CMT zavarivačkom opre-mom, a povezujući paket smo integrirali kroz šuplje B i T ro-botske grede. Sva četiri robota su upravljana sa zajedničkom robotskom upravljačkom jedinicom DX100, izvedba quatro. Dva zavarivačka robota su pričvršćena na sredini H stola, a ostala dva ispred njih sa druge strane zavarivačkih naprava.

Isto tako je dio robotske zavarivačke ćelije i rotacijski pozi-cioner RWV2-M2-1000, odnosno H stol s tri unutrašnje robot-ske osi i nosivošću pri simetričnom opterećenju 1.000 kg po postaji. Na svaku postaju je učvršćena po jedna modularna zavarivačka naprava. Pozicioner je za automatski rad opre-mljen s dovodom zraka za upinjanje na zavarivačke naprave i s elektro kontaktima, koji omogućuju upravljanje razvodnici-ma i prepoznavanje pravilnih položaja steznih cilindara.

Robot Motoman tip MH6 preuzima tijela iz manipulatora na kraju linije za preoblikovanje. Tijela preuzima i obavi kon-trolu kvalitete zavara s laserskim triangulacijskim sustavom. Dobra tijela odlaže u dvije paralelne linije na koračnom tran-sporteru te ih slaže u univerzalne palete za oba tipa tijela. Na čitavoj dužini ulaznog transportera ima mjesta za 80 tijela pe-dala, što ujedno predstavlja 30-minutnu autonomiju robotske

› Slika 4: Robotski dio za posluživanje

› Slika 5: Robotski zavarivački dio