Preencha o turno da noite com um cobot de manutenção de máquinas

Depois que Troy Ojalehto da Rapid Design Solutions (à esquerda) desenvolveu a aplicação inicial, o engenheiro de automação da Toolcraft, Brian Laulainen, foi capaz de lidar com a operação diária, além de desenvolver uma estação de lavagem e secagem de peças como um complemento de aplicação para o UR5e, um cobot da Robôs Universais. O Sr. Laulainen fez o treinamento através da UR Academy, depois complementado com algumas horas de treinamento prático com o Sr. Ojalehto.

A Toolcraft, uma pequena oficina mecânica em Seattle, precisava automatizar uma tarefa desafiadora de três operações em sua máquina CNC. Impressionado com o novo cobot principal da Universal Robots (UR), o UR5e, e sua repetibilidade de 30 mícrons e recursos de detecção de força/torque, a fábrica assumiu a tarefa e economizou 23% nos custos de produção e aumentou o rendimento em 43%.

O momento crítico que levou a essa mudança ocorreu quando um grande pedido levou a Toolcraft a adicionar um terceiro turno para produção 24 horas por dia, 7 dias por semana. “Ninguém quer trabalhar no terceiro turno por aqui”, diz Steve Wittenberg, diretor de operações. Em uma área com 3% de desemprego, a loja não estava recebendo muita resposta ao seu anúncio de ajuda. Ele começou a olhar para diferentes opções de automação, inicialmente considerando robôs industriais tradicionais.

Olhando apenas para o hardware, parecia que os robôs tradicionais seriam a solução mais econômica, diz Wittenberg. “Mas uma vez que começamos a considerar a economia por não ter que montar uma gaiola de segurança – e o tempo economizado na facilidade de uso, evitando muita programação complexa – a Universal Robots acabou sendo a solução certa.”

Este componente de dispositivo médico multitarefa exigia alta precisão e manuseio em três etapas dentro da máquina-ferramenta, necessitando da adição de um terceiro turno. A solução da Toolcraft foi entregar a máquina de atendimento a um robô colaborativo, o UR5e.

Cobot trabalha no turno da noite

O pedido que impulsionou este investimento foi para uma peça multi-thread para um dispositivo médico. Esta peça precisava ser carregada em uma operação de usinagem CNC de três etapas que seria executada durante um terceiro turno. A Toolcraft discutiu o desafio com a Rapid Design Solutions, um integrador de sistemas certificado da Universal Robots.

“Quando você está fazendo usinagem de precisão em várias operações, os requisitos de precisão aumentam”, diz Troy Ojalehto, proprietário da Rapid Designs Solutions. “Quando ouvimos que a repetibilidade do UR5e caiu para 30 mícrons, ficamos muito animados. Isso realmente compete no mesmo espaço que os robôs industriais tradicionais, então isso foi enorme para nós. Eu não vi outros cobots lidando com esse nível de precisão com peças de várias operações como essa, com estoque bruto entrando e peças de precisão concluídas saindo.”

Seis meses após a implementação, o Sr. Wittenberg diz que a loja viu um aumento de produção imediatamente. “Conseguimos contratar esse terceiro turno e passamos de produzir 255 peças por semana para 370 peças por semana. Junto com isso, conseguimos terminar a produção do ano com sete semanas de antecedência, liberando a máquina para produzir peças para outros trabalhos.”

Ele acrescenta que a Toolcraft está olhando para um ROI de cerca de 12 meses.

Um robô com toque humano

Um novo recurso na linha principal da Universal Robots é o feedback de força em todas as juntas, o que é fundamental para garantir que a peça se encaixe perfeitamente na fixação da máquina-ferramenta. “Usando o movimento de força com liberdade nos eixos X, Y e Z de rotação, podemos forçar a peça, agitá-la e programar essa conformidade com muita facilidade para permitir basicamente um toque humano com o robô”, diz Ojalehto. Enquanto ele fala, o proprietário da Toolcraft, Karl Niemela, para e relata que sua empresa decidiu nomear o robô Clarence. “É um nome sofisticado para um robô sofisticado”, diz ele com um sorriso.

“A função de movimentação livre do UR reduz muito o tempo para ensinar os pontos do robô”, diz Ojalehto. Os cobots UR podem ser facilmente programados através do método de ensino, simplesmente movendo o braço pelos waypoints desejados que são adicionados ao programa no pingente de ensino. Quando o cobot estava em uso, a Toolcraft usou o simulador UR para criar todo o programa para a estação de lavagem e secagem de peças offline, inserindo os waypoints à medida que transferiam o programa para o teach pendant.

Cobot limpa

Embora o cobot tenha ajudado com sucesso a loja a implementar a produção 24 horas por dia, 7 dias por semana, o cobot ainda não estava trabalhando em todo o seu potencial. O ciclo de usinagem dura um total de 56 minutos, mas o UR5e está ocupado apenas cuidando das peças por seis minutos. “No resto do tempo, o cobot estava apenas esperando o próximo ciclo. Queríamos mantê-lo ocupado”, diz Wittenberg. Para ocupar mais tempo do cobot, a loja adicionou uma estação de enxágue e limpeza de peças.

Apresentando repetibilidade de 30 mícrons, o UR5e foi capaz de inserir com precisão a peça multi-rosca na fixação. O ciclo CNC inclui três operações em um centro de usinagem vertical:duas em dispositivos de morsa e uma em uma unidade rotativa de quarto eixo.

À medida que o UR5e retira a peça usinada do CNC, ele mergulha a peça em uma solução de enxágue, passa por um jato de ar e coloca a peça lavada e seca em um rack para envio. A oficina também foi capaz de controlar a fixação pneumática e os atuadores da porta através das interfaces de E/S UR5e. “Isso reduz muito a necessidade de fiação do CNC e preserva todas as funções de segurança padrão do CNC”, explica Ojalehto.

Aprendendo a programar

Enquanto a Toolcraft recrutou a assistência de um integrador de sistemas para colocar o aplicativo inicial em funcionamento, a oficina foi capaz de programar e instalar a estação de enxágue e secagem por conta própria. “O que realmente nos permitiu fazer isso foi todo o suporte online gratuito que a Universal Robots oferece a você”, diz Wittenberg. “Depois que nosso engenheiro de automação fez o curso online da UR Academy, ele passou algumas horas com o integrador e conseguiu adicionar essa estação ao ciclo do cobot.”

A Toolcraft escolheu a pinça PneuConnect da PHD como ferramenta de extremidade do braço para o UR5e. Ser certificado UR+ significa que a garra é certificada para funcionar perfeitamente com os cobots UR, com todo o software de programação integrado diretamente no pingente de instrução do cobot UR.

“Não tínhamos experiência com robôs na Toolcraft”, diz Brian Laulainen, engenheiro de automação da Toolcraft. “UR Academy foi um curso muito intuitivo, interativo e divertido. Isso tornou o aprendizado muito mais interessante do que apenas ler um livro.”

A princípio, Wittenberg temeu que a produção caísse durante a fase de programação da estação de enxágue, já que o cobot seria afastado de suas tarefas regulares de manutenção de máquinas. A equipe descobriu, no entanto, que eles poderiam usar o simulador da Universal Robots e programar quase toda a adição ao ciclo offline enquanto o cobot continuava trabalhando. O programa offline é simplesmente carregado via USB diretamente no pingente de instrução do UR5e. “No programa que fiz no meu escritório, eu apenas definia pontos de passagem em branco. Quando estava ao lado do cobot, pude usar rapidamente o movimento de movimentação livre e mover o robô para as posições corretas e ensinar os novos waypoints”, diz Laulainen.

Com o UR5e, a Toolcraft conseguiu terminar sua produção anual sete semanas mais cedo do que com trabalho manual.

Mais um ano, outro cobot

Com a primeira instalação de cobot bem-sucedida, a Toolcraft agora planeja instalar um cobot adicional a cada ano daqui para frente. “O fato de que nosso próprio engenheiro de automação agora pode entrar e solucionar qualquer problema que surja será a chave para atingir esse objetivo”, diz Wittenberg. A próxima tarefa que ele espera que seja automatizada no chão de fábrica é cuidar de um centro de usinagem horizontal. “Esse é um desafio potencial, porque a fábrica usa lápides rotativas que são trocadas dentro e fora da fresadora, o que cria algumas dificuldades na fixação. Mas estamos confiantes de que podemos resolver esses problemas usando um robô universal e alguma inovação em acessórios.”