小型装配机器人自动化竞争力

国际金属加工网 2016年11月03日

中小型企业的小零件装配

和生命科学行业一样,中小型企业开始认识到机器人自动化的竞争优势。对于许多这样的公司来说,小零件装配是他们特长,他们需要另一个能够理解他们需求的机器人企业。

“我们真正地专注于小型自动化,”位于伊利诺伊州Elk Grove Village 的TM Robotics 公司执行副总裁Ryan Guthrie。“我们最大的机器人臂长只有1.2米。”

TM Robotics是东芝机械的合作伙伴。该公司推广和销售东芝机器人,并与亚洲之外的系统集成商合作。

“我们专注于小零件、活塞和按钮,”Guthrie解释说。“我们专注于所有聚在一起形成更大配件的所有小元素。小零件装配就是当地的制造业,也就是你的小型家庭店铺。正是这些中小型企业在使用中小型机器人。”

Guthrie描述了用于领先的欧洲汽车电器配件制造商的小零件装配应用。正在进行的应用包括汽车内饰按钮的装配。

“无论是调整你的宝马车的温度或者调整你的法拉利车的镜子,如果它是你在车中按下的按钮,那么他们可能就在装配它。”

更灵活、占地面积更小

这些客户也就几年前才开始使用机器人,之前一直使用硬性自动化设备装配车用按钮,Guthrie解释说。

“在传统汽车生产中,装配生产线可能有15或20个工位,每个工位完成一个特定的任务。工位1放置按钮,工位2把按钮按下去,工位3把贴花放上,工位4把第二个按钮放上,这就是多步骤工艺。

“与用这些不同的线性执行器、气动元件和液压元件来试图打造定制机器不同,” Guthrie继续说到,“我们的客户将我们的一台微型SCARA机器人标准化,然后在每个工位只改变臂端工具。他们能够用一台机器人实现多任务。他们没用14或15个工位,只用了围成一圈的8个工位(每个工位一台机器人),而非直线排列,因此占地面积更小。

“整体上来工位更少,但仍然可以应对不同按钮控制台的复杂性,”他补充道。 “一旦他们完成了特定的产品线,他们重新装备机械臂,准备好生产下一批产品。”

TM Robotics的客户正使用东芝TH180四轴机器人处理该应用。

“我们称之为具有180mm臂长和2kg有效载荷的微SCARA机器人,”Guthrie解释说。“它被选中是因为其整体尺寸小。他们正试图在非常紧凑的空间内进行很多装配工作,没有足够的空间放置装配中常用的传统小SCARA机器人。他们在车间有个角落。因此,这样的小尺寸机器人以及小尺寸控制器,使得整体尺寸非常小。能够在约6英尺长、6英尺宽和6英尺高的空间中放下8台机器人。”

多功能爪手

臂端的智能工具有助于以较少的资源完成更多的工作。设备少,占地面积小,每个机器人完成更多的任务。在汽车按钮应用中,TM Robotics充分利用双任务爪手,或本案例中的三任务爪手。

“一个工位可能涉及插入按钮后面的小橡胶膜,然后把塑料按钮安在上面,他们必须对三个按钮做同样的处理,” Guthrie解释说。“他们可以用一台机器人做多个拾放操作,因为可在机器人上放置多个爪手。它能够到三种不同杯式给料器中拾取零件A、零件B和零件C,并把它们一起拿到工位上。”

这个汽车装配演示单元有一台配有多功能工具的机器人,该工具包括能够执行多个任务的三个不同工具组件。Guthrie说,在硬性自动化中可能需要三或四台单独的机器。

重新整备和复用

灵活的机器人装配的关键优势是能够重新整备你的机器人,成本只是硬性自动化中更换整个机器成本的一小部分。再次引用汽车按钮应用例子,Guthrie解释了自己的客户如何跟上汽车行业中车型的快速变化。

“通过用机器人更换硬性自动化设备,一旦项目完成,可以对机器人进行完整的重新整备,而不必重新设计所有移动部件。所要做的可能是改变一个爪手的手指,或者在改变机器人的程序。因此,机器人不是从左边来的话,也许会从右边来,或者拾取两个而不是一个零件来进行装配。

“机器人自动化使他们能够灵活地处理所有不同的零件,无论是处理一些高档车的特殊材料,或标准的福特福克斯音响控制,以及两者之间的一切。机器人为他们提供了这种灵活性。”

他说,产品生命周期的转换大约是18个月。他的客户通常也是按这个时间间隔重新整备他们的机械臂。

“他们能够利用来自首个产品线的相同资金投入实现全新的产品线。因此,从整体上降低了成本。”

“在大多数情况下,他们使用标准的现成气动执行器,无论是平行爪手或三爪卡盘风格的爪手,”Guthrie说。“因为他们有自行设计能力,能够为他们的每个产品定制设计的爪手。当一组产品完成后,对重新整备应用进行审视,你谈论的是选择价值几百美元的材料还是选择花费成千上万的美元(以取代过时的硬性自动化设备)。

“往往只是去掉两三个螺丝和手指,换上新的就行。”

用于精度的视觉

Guthrie说,检查是在装配过程中的关键一步。小隔室采用机器视觉保证零件质量和公差得到满足。

“这些都是人们在车上看到的闪亮旋钮和按钮,所以他们希望确保没有任何瑕疵。每个零件在离开装配机之前都经过全面的检查。”

他说,在公差特别紧的情况下,客户也使用视觉来验证零件的放置。即使一个零件在夹具中被略微弯曲,机器人也可以实时调整其坐标。Guthrie的机器人可以达到亚毫米精度,完胜任何人类。

“以车里可在晴天降下车窗玻璃的按钮为例。你触摸到的按钮实际并不接触车窗的升降机电路。通常之间有一个保护电路的柱塞。该柱塞约为铅笔笔尖大小。在这种特定的应用中,机器人将在5秒内到6-8个这样的柱塞放进一个配件中。

“一个训练有素的装配技术人员也许能够在短时间内跟上机器人,但在整个转换过程中都跟上这样的速度,在本例中是贯穿三个转换,对人来说是不可能的,”Guthrie说。“在很多情况下,机器人在每个工位工作不到5秒,所以它们推出成吨的零件。机器人24/7运行,要做到这样,你必须是一个机器人(双关语意)。”

快速投资回报率

Guthrie说,在安装第一台机器人之前,应用的投资回报是显而易见的。

“每隔18个月,只要有新产品面世,他们基本上就必须重新设计一个完整的机器。硬性自动化的组件真的很难回收。

“凡是有机器人自动化的地方,他们就可以把机器人从1号底座上拿下来,然后放到2号底座上,这就完成了,”Guthrie继续说。“直接成本可能会比较多,但它是一次性成本。当一种产品改变后,这些机器人为自己买单。然后,它们能够继续生产零部件,以达到进一步降低成本的目的。

“如今你的工程设计时间也少了很多,也没有为每个产品设计全部的定制元素,所以它有助于降低生产的总成本。“

Guthrie说他的客户很惊讶地发现机器人编程没有他们所担心的那样复杂。

“他们实际上已经在非常短的时间内令人难以置信地熟练掌握了机器,使得他们能够真正使用机器人的全部功能。我认为我们的两天培训课程就可以让他们立即开始工作。

“他们对无需维护即可保持机器人运行也很开心,”Guthrie补充说。 “与硬性自动化相比,采用机器人后,他们的预防性维护计划变得更加简单了。”

洁净一致的装配

机器人装配在容易发生污染的工艺中呈现出新的重要性,例如在个人护理耗材市场。在另一个TM机器人应用中,机器人代替了化妆品行业中的手工组装。

TM Robotics一位法国客户睫毛膏产品的多个装配工艺,使用SCARA机器人和智能传输系统在各工位组装管子、刷子和盖子并码垛/卸垛。Guthrie说,机器人自动化在该应用中的一个最大优点是可重复性。

“这是一个以前由手动完成的工艺。在这种情况下,总会有出现人为错误的机会,无论是把一件产品放反了或上下颠倒,或注意力不集中导致缺了一件。当他们试图每小时处理这么多的零件时,人出现分心是不可避免。但机器人不会分心。”

清洁是是个人护理行业的另一重要优势。

“人类不一定是地球上最卫生的生物,”Guthrie说。“我们打喷嚏、咳嗽。随着电子技术的进步以及内部元件的卓越品质,机器人是非常干净的机器。它们非常适用于食品、药品和医疗行业,在这些行业中,清洁是必须的。”

在任何小零件装配应用中,机器人无法独自做到这一点。视觉和其他多种传感器、软件和臂端工具使其成为可能。甚至硬性自动化也在整体解决方案中发挥作用。

“机器人是多个子系统中的一员,这些子系统结合在一起构成自动化系统,”Guthrie说。“就它们自身来说,每个单独的组件无法完成这么多的工作,但当一起工作并与机器人和杯式给料器、爪手系统、输送系统和分度器配对时,你就能够组装起这部可以完成令人惊叹工作的复杂机器。”

视觉与机器人自动化相结合,通常用于检查。在这段视频中,看看灵活的装配机器人、先进的视觉能力和专业的集成是如何改善机器周期时间的。


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