Funciona hasta 20 veces más rápido

Innovador sistema de medición 3D completamente automático para componentes soldados

Markus Urban, Ziemann & Urban GmbH03/02/2015

Antes, los componentes recién soldados para sistemas de escape para un importante proveedor de automoción se medían en una máquina de medición táctil y la prueba de fugas se realizaba por separado en un medidor de inspección manual. Ahora, un sistema totalmente automático de Ziemann & Urban realiza esta tarea durante el tiempo de ciclo del robot de soldadura, y por lo tanto, más de 20 veces más rápido que antes. Esto es posible gracias a un robot Motoman de Yaskawa, equipado con un cabezal de cámara doble.

Los componentes soldados para los sistemas de escape de vehículos deben cumplir estrictos requisitos en cuanto a la precisión dimensional y la estanqueidad del gas. La garantía de calidad en este campo es importante y a menudo conlleva mucho tiempo. La medición de todos los parámetros requeridos exige un laboratorio de medición con una máquina de medición táctil y tarda alrededor de 15 minutos.

La solución de inspección completamente automática desarrollada e implementada por el proveedor de sistemas Ziemann & Urban para un proveedor de uno de los fabricantes de automóviles más grandes del mundo, trabaja con el mismo grado de precisión, pero mucho más rápido. En cuestión de segundos, se identifica el componente por medio de un código de matriz de datos escaneado por láser, realiza una medición 3D de las características geométricas en el sistema de coordenadas del vehículo y lleva a cabo una prueba de fugas, incluso para los componentes con formas complejas. De este modo, la inspección se puede completar dentro del tiempo de ciclo del robot de soldadura.

El sistema es una máquina especial de inspección totalmente integrada y autónoma.

El sistema es una máquina especial de inspección totalmente integrada y autónoma. Realiza la medición del 100% de los componentes para que se corresponda exactamente con el ciclo de producción del equipo de soldadura robótica, es decir, con un tiempo de ciclo de aproximadamente 40 segundos por componente. La cabina de inspección está diseñada con un sólido marco de acero soldado con puertas de servicio y por lo tanto adecuado para su uso en las duras condiciones de un taller de soldadura automatizada que funciona 24h. Los componentes a inspeccionar pasan a través de esta célula de inspección en un sistema de transporte con un total de diez portadores de piezas de componentes específicos. Para los fines de trazabilidad, éstos están equipados con etiquetas de RFID que pueden ser leídas en cada puesto de inspección. Los transportadores de piezas se elevan de una manera definida en las dos posiciones de inspección.

Medición 3D con cabezal de cámara guiado por robot

La medición 3D se lleva a cabo en la primera posición por un cabezal de cámara doble. El sistema combina dos cámaras GigE de alta resolución con luces LED que pueden ser flasheadas por separado para iluminación de incidentes y un láser de línea cruzada clase 2M. Cada una de las dos cámaras -calibradas entre sí- toma una foto de la misma característica.

Un robot Motoman MH5 LF de Yaskawa de 6 ejes asegura que las cámaras pueden alcanzar de forma fiable todos los puntos en el componente: instalado en una posición invertida, el robot de brazo articulado, extremadamente flexible, gira completamente alrededor del componente. Se acerca a un total de más de 20 elementos específicos del componente, como enchufes, bridas y placas de soporte, por movimientos de punto a punto para permitir que los puntos de medición correspondientes sean registrados por las cámaras. La resolución de medida es de 0,05 mm (50 micras).

Una medición de referencia se lleva a cabo antes de cada operación de medición para garantizar la absoluta precisión de posicionamiento del robot. Además, el operador puede verificar de forma rápida y fácilmente en cualquier momento que el sistema está completamente operativo, por ejemplo después de un cambio de turno o mantenimiento. Un útil firmemente atornillado a un soporte de piezas sirve como punto de referencia. Este último debe ser cargado manualmente y el robot lo detecta de forma automática. Para fines de calibración, el componente de referencia tiene una tabla separada de valores con tolerancias más estrictas.

El software de procesamiento de imágenes ZU-Vision de Ziemann & Urban utiliza el sistema del cliente de coordenadas 3D del vehículo como base para cada punto de medición. Los puntos específicos de los componentes del sistema, el llamado sistema de punto de referencia (RPS), son virtualmente calculados de nuevo a la posición nominal. El sistema utiliza los resultados de esta transformación para la corrección automática de los puntos de medición restantes. Esto significa que los componentes pueden ser posicionados de forma relativamente imprecisa sobre los portadores de piezas de trabajo sin afectar a la precisión de la medición. Ello simplifica en gran medida la carga del sistema, que se lleva a cabo actualmente de forma manual.

Instalado en una posición invertida, el robot de brazo articulado extremadamente flexible se mueve por completo alrededor del componente.

Verificación de fugas y visualización

La verificación de fugas de los componentes de gran volumen se lleva a cabo en la segunda posición de inspección. En el primer paso, todas las bridas y las conexiones se sellan con cilindros. Cada componente requiere diez de ellos (un número inusualmente alto). A continuación, un medidor de flujo laminar calibrado comprueba el componente de posibles fugas utilizando aire comprimido. Las piezas defectuosas se marcan automáticamente con una etiqueta impresa que indica “Retrabajar” especificando la naturaleza del fallo. Estas piezas no validadas son expulsadas posteriormente por separado en una posición definida. Las partes validadas son transportadas automáticamente en los transportadores de piezas de trabajo a la posición de descarga y transferidas a la siguiente etapa de procesamiento.

Para la evaluación estadística y la trazabilidad completa de las piezas individuales, los resultados de medición de todos los componentes se almacenan como archivos independientes en el sistema CAQ del cliente. Además del número de componente y el ID de la portadora de la pieza de trabajo en el que se inspeccionó el componente, el archivo también contiene todas las dimensiones nominales, dimensiones reales y las tolerancias de los valores medidos.

La medición 3D se lleva a cabo a través de un cabezal de cámara doble montada en el robot.

Como equipo de medición, el sistema de inspección se somete a un análisis del sistema de medición (MSA) de capacidad de máquina (medición del índice de capacidad del sistema CG / CGK) y repetibilidad (% RR / GRR). Todas las operaciones de calibración están completamente automatizadas. Al igual que otros pasos de configuración sensibles y con función crítica, están protegidos contra el acceso no autorizado a través de la gestión de usuarios de varios niveles.

Durante la monitorización de las pruebas de equipos y de la medición cíclica, después de cada componente el sistema realiza una medición de referencia en la posición inicial del robot. Esto asegura la auto-monitorización del sistema. Así, se verifican los resultados suministrados de las mediciones. Las desviaciones, por ejemplo, como resultado de un incidente del robot, aflojamiento de una cámara/lente u otras desviaciones mecánicas, se detectan inmediatamente. El sistema emite un aviso y se detiene automáticamente.

Las funciones de control y visualización desde el PC se llevan a cabo mediante el software ZU-control en un PC industrial de 19 “con un sistema de alimentación ininterrumpida (UPS). El sistema se maneja a través de un panel de control basculante con pantalla táctil de 23”. Además de la visualización del sistema, un historial de valores de medición puede ser recuperado en la pantalla táctil. Las partes individuales del sistema se comunican entre sí utilizando EtherCAT y TCP / IP.

Los componentes a inspeccionar pasan a través de esta célula de inspección en un sistema de transporte con un total de diez transportadores de piezas de componentes específicos.

Resumen y perspectivas

Con un sistema de inspección de componentes soldados totalmente automático, Ziemann & Urban ofrece una alternativa mucho más rápida a la inspección de componentes táctil y convencionales. Un robot de manipulación flexible Yaskawa Motoman forma una parte integral de la solución. Se asegura de que el cabezal de la cámara puede alcanzar de forma fiable los más de 20 puntos de medición. El sistema ya ha sido diseñado para dar cabida a las modificaciones y ampliaciones futuras: con sus simples transportadores de piezas y el robot versátil, el concepto ofrece una gran flexibilidad para las variantes de componentes futuros. Para características nuevas o modificadas, nuevos puntos se pueden añadir o modificar fácilmente en el programa del robot y el sistema de procesamiento de imagen. Además, el sistema también está ya equipado para la carga automática por robots en el caso de aumento de producción.