Otimizando a montagem:um estudo comparativo de quatro técnicas de seleção e colocação de robôs industriais

20
Maio

Comparando e contrastando quatro técnicas de seleção e colocação de robôs industriais para montagem

• Por:Brian McMorris
• Seleção de compartimento 3D
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Boletim informativo de soluções simples de maio de 2024

No cenário industrial atual, a automação desempenha um papel fundamental na redução da procura/custo de mão-de-obra, melhorando a produtividade e a eficiência da produção na maioria dos setores e aplicações do mercado. Entre as inúmeras técnicas de automação no arsenal do engenheiro, as operações de coleta e colocação de robôs industriais se destacam como tecnologias cruciais nos processos de fabricação e logística que podem ser automatizadas, reduzindo a demanda de mão de obra. Estas operações envolvem o movimento de objetos ou peças de um local para outro, muitas vezes exigindo precisão e velocidade. Nesta comparação, nos aprofundamos em quatro técnicas proeminentes de seleção e colocação:alimentadores flexíveis, coleta de recipientes 4D, recipientes de alimentação vibratórios e rastreamento de linha transportadora.

1. Alimentadores flexíveis:

Alimentadores flexíveis utilizam vários mecanismos, como sistemas pneumáticos, vibratórios ou robóticos, para apresentar peças a um sistema de visão mecânica para operações robóticas de coleta e posicionamento. Esses alimentadores são adaptáveis ​​a diferentes formatos e tamanhos de componentes, tornando-os versáteis em ambientes de fabricação com diversas linhas de produtos. Uma das principais vantagens dos alimentadores flexíveis é a sua capacidade de lidar com objetos de formato irregular e peças com geometrias complexas. Mas as peças não podem ser maiores que 1/3 da largura da placa de alimentação, para que haja espaço para singularização e localização por visão mecânica. Geralmente, as peças devem ter de 1 mm a 100 mm em sua maior dimensão e devem pesar menos de 1 kg (2,2 lbs) cada.

Além dos limites de tamanho, os alimentadores flexíveis também apresentam outras limitações potenciais. Elas podem ser mais lentas em comparação com outras técnicas de seleção de peças, especialmente ao lidar com peças complexas que exigem orientação precisa. Além disso, a configuração inicial e a calibração de alimentadores flexíveis podem ser demoradas e exigir pessoal qualificado com experiência em robótica e visão. As peças devem ser rígidas e não podem ser moles ou emborrachadas, pois não responderão às vibrações ou oscilações da máquina necessárias para individualizar as peças.

Uma das chaves para uma aplicação de alimentador flexível bem-sucedida é a seleção, calibração e integração adequadas do sistema de visão mecânica que identifica, qualifica e localiza uma peça a ser selecionada, enviando as coordenadas e a rotação da peça para o controlador do robô. Junto com isso está a seleção adequada de iluminação, iluminação superior ou traseira, seleção do design da placa de alimentação e extensão do tempo de funcionamento não supervisionado por meio de opções de alimentação em massa. A partir daí, o robô deve ser programado para se deslocar até a peça e pegá-la com uma pinça apropriada. Depois de escolhida, a peça é colocada em um acessório personalizado ou em um agrupamento para processamento ou montagem posterior. Toda a operação permite a recolha, orientação e colocação de 10 a 30 peças por minuto.

2. Seleção de compartimento 4D:

A recolha de contentores 4D envolve a utilização de sistemas de visão avançados, incluindo Inteligência Artificial (IA) e robótica integrada para identificar e recolher objetos de um contentor ou contentor em todas as três dimensões:largura (X), comprimento (Y) e altura (Z) mais intensidade de iluminação. Esta técnica é altamente eficiente no manuseio de materiais a granel e orientações aleatórias e sobrepostas de peças, mesmo em recipientes profundos. Ao empregar sensores de visão e algoritmos sofisticados, os sistemas de coleta de lixo 4D podem localizar e capturar objetos com precisão, mesmo em ambientes desordenados com iluminação altamente variável.

Um dos principais desafios do bin picking 4D é a complexidade computacional envolvida no processamento de grandes quantidades de dados visuais em tempo real. É aqui que a IA (ensino massivo de orientação de peças e possibilidades de iluminação) entra em ação, juntamente com chips avançados de processamento matemático no servidor de aplicativos. Alcançar o reconhecimento confiável de objetos, em uma variedade de condições de iluminação, e a geração em tempo real de algoritmos de planejamento de compreensão requerem recursos computacionais e experiência significativos. Para sistemas de coleta de lixo 4D, o custo está na computação de GPU de ponta, e não nas câmeras.

O bin picking 4D é uma técnica excelente para taxas de avanço moderadas. Esta abordagem muitas vezes pode resolver peças irregulares ou maiores onde um alimentador flexível será menos eficaz ou nem mesmo possível. Peças mais longas podem se sobrepor no estilo clássico de “pegar palitos”, mas a visão é capaz de discernir o melhor candidato para selecionar e direcionar o robô na posição adequada para selecionar e posicionar a peça a uma taxa rápida de 10 a 30 peças por minuto.

3. Tigelas Alimentadoras Vibratórias:

Os recipientes de alimentação vibratórios utilizam vibrações em um recipiente fabricado com precisão com uma trilha para as peças seguirem para orientar e alimentar as peças a um robô para operações de coleta e posicionamento. Esses recipientes são particularmente eficazes para componentes pequenos e médios que podem ser facilmente manipulados usando forças de vibração. Os comedouros vibratórios são conhecidos por sua operação em alta velocidade e confiabilidade na manutenção da orientação das peças durante o processo de alimentação. Fotossensores e jatos de ar são usados ​​para detectar peças que estão rastreando incorretamente e “expulsá-las” da pista ou purgá-las por meio de aberturas estratégicas na pista.

Apesar de sua eficiência, os comedouros vibratórios apresentam limitações, principalmente quando se trata de peças delicadas ou sensíveis que podem ser suscetíveis a danos por vibração excessiva. Além disso, o projeto e a personalização de recipientes de alimentação para diferentes geometrias de peças podem ser desafiadores e exigir conhecimentos especializados de engenharia e artesãos. Se houver trocas frequentes de produtos finais que exijam peças diferentes para montagem, então um recipiente de alimentação exclusivo deverá ser projetado para essas peças e todos os recipientes deverão ser trocados e recalibrados. Esta é uma operação cara e oportuna, tornando os recipientes vibratórios mais adequados para altas taxas de produção de produtos finais fixos com volumes de centenas de milhares ou milhões de peças por ano. Os recipientes vibratórios são capazes de colocar peças para coleta a uma taxa de 60 a 200 peças por minuto, sendo a coleta geralmente feita por “automação rígida” dedicada, já que essa taxa excede as capacidades da maioria dos braços robóticos.

4. Rastreamento da linha transportadora:

O rastreamento da linha transportadora envolve a sincronização do movimento de um robô com uma correia transportadora em movimento para selecionar e posicionar objetos à medida que eles viajam ao longo da linha de produção. Essa técnica é comumente usada em ambientes de fabricação de alto volume, onde a operação contínua e o rápido rendimento são essenciais. Ao rastrear a linha de transporte, os robôs, geralmente projetos de robôs “delta” de empresas como Fanuc e ABB, podem se posicionar com precisão para selecionar as peças assim que estiverem disponíveis.

Uma das principais vantagens do rastreamento da linha transportadora é sua escalabilidade e eficiência no manuseio de grandes volumes de peças com tempo de inatividade mínimo. Esta técnica é popular em embalagens de produtos alimentícios, como produtos de panificação, salgadinhos embalados ou roupas embaladas. Taxas de até 120 por minuto podem ser alcançadas com um robô delta. No entanto, esta técnica pode não ser adequada para aplicações que exigem orientação precisa de peças ou que lidam com objetos de formato irregular. O típico delta de 4 eixos opera apenas em um plano, não tem muito “Z” ou movimento vertical e, portanto, é melhor para coletar objetos planos e transferi-los para uma linha de embalagem. Mas existem híbridos disponíveis com punho de 3 eixos e pinça adicionada ao delta de 4 eixos, como o Fanuc M-1iA

Resumo

Cada técnica de seleção e colocação de robô industrial oferece vantagens e limitações distintas, dependendo dos requisitos específicos da aplicação. Os alimentadores flexíveis destacam-se pela versatilidade, mas podem carecer de velocidade e precisão para determinadas tarefas. A coleta de recipientes 4D é ideal para o manuseio de materiais a granel, mas requer recursos computacionais significativos. Os comedouros vibratórios oferecem operação em alta velocidade, mas podem não ser adequados para peças delicadas. O rastreamento da linha transportadora garante operação contínua, mas pode faltar precisão para determinadas aplicações. Em última análise, os fabricantes devem avaliar cuidadosamente as suas necessidades e escolher a técnica de seleção e colocação que melhor se alinha com os seus objetivos e restrições de produção.

A Futura Automation fornece componentes ou soluções completas em cada categoria de picking e colocação para aplicações de montagem. A Futura Automation é representante nos EUA para alimentadores flexíveis Flexfactory e é revendedora autorizada de robôs pela Fanuc e Brooks Automation para sistemas completos. Para componentes de visão Cognex com nosso software proprietário Feedware CX para facilitar a integração, os sistemas de visão Fanuc IR Vision ou Keyence estão disponíveis e integrados aos sistemas existentes.

Para a coleta de recipientes 4D, a Futura trabalha com o Apera.ai, que possui um sistema altamente avançado com visão rápida e sem erros e processamento de trajetória do robô. Vibromatic é uma boa fonte de comedouros vibratórios quando essa é a técnica apropriada. Para aplicações de rastreamento de linha novamente, a Futura Automation pode trabalhar com Apera.AI, Cognex ou Keyence para resolver o problema de visão e Fanuc para os robôs delta. Entre em contato com a Futura Automation com seus problemas mais difíceis de pick and place e nós entregaremos uma excelente solução para você. tech@futura-automation.com