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Automatización en la industria 4.0
Resolver los retos industriales a través de la implementación creativa de los robots

La receta correcta para dejar atrás a los demás

Las empresas que fabrican, manipulan y envían productos buscan formas de aumentar la productividad incrementando el rendimiento sin comprometer la precisión. Es la clave para ofrecer el mejor valor posible y el plazo de entrega más rápido para maximizar la satisfacción del cliente y mantener la ventaja competitiva.

La automatización como oportunidad

Se sabe que la introducción de nuevas tecnologías para automatizar los procesos de ensamblaje y manipulación aumenta la producción y la calidad y, al mismo tiempo, ayuda a reducir los costes. Las primeras empresas en conseguir la receta adecuada pueden dejar atrás rápidamente a las demás.

La introducción de robots en las actividades industriales podría ser parte de la solución. Las cifras exactas dependen de la aplicación, pero una estimación es que la introducción de un robot para realizar un único proceso clave en una línea de producción puede aumentar la producción hasta en un 40%. La realidad es que los robots pueden aumentar considerablemente la velocidad, la precisión, la fiabilidad y la repetibilidad. También pueden reducir el espacio necesario para realizar un proceso determinado, lo que permite un uso más eficiente de la superficie de la fábrica.

Los últimos modelos son más asequibles que nunca. Son rápidos y compactos y pueden organizarse para interactuar con la automatización tradicional o para apoyar los procesos realizados por trabajadores humanos. Esto hace que sean fáciles de desplegar y utilizar. Pero, ¿qué pueden hacer realmente? ¿Qué procesos deben robotizarse primero? ¿Cómo debe reorganizarse la distribución de la fábrica para darles cabida? ¿Y qué hay de la escalabilidad?

Los robots actuales están disponibles en tamaños adecuados para manipular artículos desde unos pocos gramos hasta varios kilogramos. Entre los tipos más populares se encuentran los robots Scara, los cartesianos y los de uno o varios ejes que pueden utilizarse en una aplicación independiente dedicada a un proceso o como parte de un grupo o célula de montaje configurada para una secuencia de procesos.

De un proceso a muchos

Las empresas utilizan estos robots para llevar a cabo una gran variedad de proyectos de automatización. Yamaha ha colaborado con clientes y socios tecnológicos para resolver los retos industriales a través de la implementación creativa de los robots, logrando un mayor rendimiento y calidad.

Con su generoso rango de movimiento, su alta velocidad y su gran precisión, los robots Scara son un vehículo ideal para asumir procesos de montaje específicos. Los robots Scara YK-XG de Yamaha se han integrado en máquinas autónomas diseñadas para realizar un proceso específico, como la soldadura (figura 1), el atornillado o el etiquetado.

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Figura 1. El robot YK-XG Scara de Yamaha activa las máquinas de soldadura automatizadas de Reeco.

El Scara se combina con transportadores, interfaces eléctricas Smema y mecanismos asociados para crear una solución llave en mano que las empresas industriales pueden instalar rápidamente en su fábrica. las interfaces Smema estandarizadas simplifican las conexiones con la automatización anterior y posterior, creando una solución totalmente en línea. Como alternativa, las piezas pueden introducirse manualmente o mediante un alimentador. Estas estaciones robotizadas permiten a los fabricantes adoptar un enfoque flexible y escalable para introducir robots en sus fábricas. Uno a uno, los procesos que antes se realizaban a mano, como la soldadura de los cables de conexión o de los componentes con orificios pasantes en las placas de circuitos, el apriete de tornillos a un par específico y la colocación de etiquetas, pueden automatizarse para ofrecer mayor velocidad, repetibilidad y tiempos de manipulación predecibles.

A mayor escala, dos o más robots Scara pueden configurarse para cooperar y, por tanto, automatizar procesos de ensamblaje más complejos combinando sus habilidades de recogida, colocación y posicionamiento. Algunos ejemplos en acción hoy en día incluyen el montaje de pequeñas piezas de automoción en grandes cantidades y con gran precisión. Los dos robots recogen las piezas de diferentes palés, comprueban cada una de ellas con una cámara de visión y garantizan la orientación exacta mediante marcas de referencia, y finalmente mantienen las piezas unidas para soldarlas. A continuación, cada componente ensamblado se paletiza y se retira de la máquina para su embalaje y envío final.

Estos son solo dos ejemplos que muestran cómo la simple automatización de una gama limitada de procesos mediante robots Scara de bajo coste puede ofrecer una rápida rentabilidad. Sin embargo, la combinación de diversos tipos de robots, incluidos los cartesianos y los de uno o dos ejes, ofrece la oportunidad de pasar de uno o dos procesos básicos a un montaje completo de principio a fin que automatiza totalmente la producción de artículos compuestos por múltiples piezas.

Automatización End-to-End

La gama de robots de Yamaha permite a los integradores de sistemas construir una solución de montaje completa que incluya la combinación más adecuada de robots individuales. En un proyecto típico de robots, los integradores de sistemas tienen que resolver cómo mover componentes o piezas de trabajo de una máquina a otra utilizando un transportador de cinta y rodillos. Los exclusivos módulos de transportador lineal de Yamaha, como el LCMR200 (figura 2), lo han cambiado todo al introducir el transporte multiprogramable que permite configurar la velocidad, los topes de posición y la dirección mediante RCX-Studio 2020: el mismo entorno que se utiliza para simular, programar y operar todos los robots de la célula.

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Figura 2. El módulo de transporte lineal LCMR200 aporta flexibilidad programable al transporte de piezas.

Capaz de realizar movimientos bidireccionales de alta velocidad y aceleración rápida, así como pequeños movimientos incrementales, el LCMR cuenta con un accionamiento directo servocontrolado que elimina los topes mecánicos y los sensores de posición que suelen ser necesarios para controlar un transportador convencional. Cada deslizador puede programarse y controlarse de forma independiente, transformando el “flujo pasivo” de un transportador ordinario en un transporte controlable activamente. Con los accionamientos individuales incorporados, y controlados a través del controlador universal de la serie YHX de Yamaha, el transporte que utiliza los módulos LCMR puede ahorrar un 65% de espacio detrás del panel de control y reducir el tiempo de cableado hasta en un 50%.

Utilizando RCX-Studio 2020, el transporte de las piezas puede diseñarse como parte integral de la solución robótica, aportando una valiosa flexibilidad adicional. Los módulos pueden especificarse en varias longitudes, lo que ofrece la oportunidad de optimizar la disposición de la célula de montaje para maximizarla y garantizar unas dimensiones totales lo más reducidas posible. El LCMR200 proporciona una comodidad adicional al permitir que se realicen procesos como el montaje mecánico o las pruebas eléctricas en los componentes mientras éstos permanecen en el módulo de transporte.

Selección y programación del robot

Desde el exterior, e incluso después de una demostración preliminar, un robot puede parecerse mucho a otro. A la hora de elegir, es importante evaluar no solo la capacidad de carga, que es fácil de comparar utilizando las hojas de datos, sino también otros aspectos del diseño, como la velocidad y el tiempo de ciclo, el consumo de energía y la fiabilidad. El sistema de detección de posición de Yamaha que incorporan los robots Scara de la serie YK-X utiliza resolvers en lugar de los típicos encoders que pueden verse afectados por la contaminación, como la grasa o el polvo, así como por los campos magnéticos o eléctricos. Además, el accionamiento sin correa que incorporan algunos modelos garantiza una precisión constante a largo plazo sin que se deteriore con el paso del tiempo. También hay modelos especiales, como las variantes a prueba de polvo y de salpicaduras, para su uso en entornos como salas limpias y áreas de preparación de alimentos.

Visión robótica, simplificada

Un robot sencillo, sin visión, puede realizar una gran variedad de procesos industriales de forma satisfactoria. Sin embargo, la introducción de la visión en la solución (figura 3) amplía las oportunidades de abordar procesos más complejos, verificar la precisión de la posición y aumentar la calidad. A menudo, se trata de un reto complicado que requiere conocimientos especiales de visión artificial para hacer que el sistema de visión se comunique con el controlador del robot. Yamaha introduce la visión en el entorno de programación y control del robot con el sistema de visión iVY2+. El sistema incluye módulos de cámara de hasta 5 Mpixel y tarjetas de interfaz de cámara que son compatibles con los controladores de robots de la serie RCX3. También hay instrucciones especiales de visión que simplifican la programación mediante RCX-Studio 2020 y permiten la búsqueda y el seguimiento de componentes a alta velocidad.

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Figura 3. La introducción de la visión aumenta el rendimiento y hace posibles nuevas aplicaciones.

La simplificación de la introducción de la visión artificial en el robot permite a los usuarios aprovechar funciones avanzadas como la detección de manchas, que permite la recogida, el reconocimiento de presencia y el recuento de alta velocidad cuando se trabaja con objetos de forma irregular, como alimentos y ropa. El sistema iVY2+ también contiene un motor de búsqueda de bordes de imágenes que mejora la detección de piezas en condiciones de iluminación difíciles. Un asistente que ayuda a calibrar el sistema y un proceso simplificado de tres pasos para el registro de la pieza que requiere que el usuario seleccione solo los ajustes de captura de imágenes, contorno y posición de detección, eliminan las tareas laboriosas y ayudan a los usuarios a completar sus configuraciones hasta un 80% más rápido que los sistemas de visión de uso general.

Conclusión

Los robots industriales son ahora más asequibles y más fáciles de implantar en actividades de fabricación, embalaje y logística que nunca. Existe una gran variedad de tipos de robots, como los Scara, los cartesianos y los de uno o varios ejes, en tamaños pequeños adecuados para trabajos ligeros, aunque pocos fabricantes de robots son capaces de ofrecer todos los tipos en una amplia gama de tamaños.

Al considerar la introducción de robots para automatizar uno o más procesos, deben tenerse en cuenta las características de diseño que afectan a la fiabilidad junto con los parámetros clave de rendimiento, como la capacidad de carga útil, la velocidad y el consumo de energía.

Garantizar la escalabilidad también es fundamental. La integración de la visión robótica puede ser más compleja de lo que parece, la programación puede ser difícil y las interacciones entre el robot y la cámara pueden ser lentas. Una solución que promete una integración más fácil de las capacidades más avanzadas puede ofrecer un coste de propiedad superior a largo plazo.

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Yamaha Motor Europe N.V. Niederlassung Deutschland, Geschäftsbereich IM

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