Automatiseer Nachtdiensten met een Universal Robots Cobot

Nadat Rapid Design Solutions' Troy Ojalehto (links) de initiële applicatie ontwikkelde, was Toolcraft's automatisering engineer Brian Laulainen in staat om de dagelijkse operatie te hanteren naast het ontwikkelen van een deelen spoel- en droogstation als applicatietoevoeging voor de UR5e, een cobot van Universal Robots. De heer Laulainen deed de training via UR Academy, aangevuld met een paar uur hands-on training met de heer Ojalehto.

Toolcraft, een klein machinebedrijf in Seattle, moest een uitdagende, drie-operatie machinebeladingstaak binnen zijn CNC-machine automatiseren. Onder de indruk van Universal Robots' (UR) nieuwe flagship cobot, de UR5e, en zijn 30-micron herhaalbaarheid en kracht/moment capaciteiten, nam de winkel de taak aan en bespaarde 23% op productiekosten en verhoogde de doorvoertijd 43%.

De Kreetmoment

Het cruciale moment dat deze stap aanleiding gaf kwam toen een grote order Toolcraft dwingde om een derde dienst toe te voegen voor 24/7 productie. "Niemand wil hier op derde dienst draaien," zegt Steve Wittenberg, directeur operaties. In een gebied met 3% werkloosheid kreeg de winkel niet veel reactie op zijn vacature. Hij keek naar verschillende automatiseringsopties, initieel overwegend traditionele industriële robots.

Alleen kijkend naar hardware, leek het alsof traditionele robots de meer kosteneffectieve oplossing zouden zijn, zegt de heer Wittenberg. "Maar zodra we begonnen te tellen met de besparingen op het niet hoeven opbouwen van een veiligheidskooi - en de tijd bespaard op het gemak van gebruik, het vermijden van veel complexe programmering - eindigde Universal Robots als de juiste oplossing."

Cobot Werkt de Nachtdienst

De order die deze investering aanleiding gaf was voor een multi-gewind deeltje voor een medisch apparaat. Dit deel moest geladen worden in een drie-stap CNC bewerkingsoperatie die zou draaien tijdens een derde dienst. Toolcraft besprak de uitdaging met Rapid Design Solutions, een gecertificeerd systeemintegrator van Universal Robots.

"Wanneer je multi-operatie precisie bewerking doet, gaan de nauwkeurigheidsvereisten heel hoog op," zegt Rapid Designs Solutions eigenaar Troy Ojalehto. "Toen we hoorden dat de herhaalbaarheid van de UR5e tot 30 micron was, waren we heel enthousiast. Dat concurrentieert echt in dezelfde ruimte als traditionele industriële robots, dus dat was enorm voor ons. Ik heb geen andere cobots gezien die dit niveau van precisie aan kunnen met multi-operatie delen zoals dit, met rauwe voorraad erin en voltooide precisie delen eruit."

Zes maanden na implementatie zegt de heer Wittenberg dat de winkel direct een productietoename zag. "We waren in staat om die derde dienst te bemannen en gingen van 255 delen per week produceren naar 370 delen per week. Samen met dat, waren we in staat om ons jaarproductie zeven weken vroeger af te ronden, wat die machine vrijmaakte om delen voor andere jobs te produceren."

Hij voegt toe dat Toolcraft kijkt naar een ROI van ongeveer 12 maanden.

Een Robot met een Menselijke Aanraking

Een nieuwe functie in Universal Robots' flagship lijn is krachtterugkoppeling in alle gewrichten, wat cruciaal is om ervoor te zorgen dat het deel strak past in de machine's spanningsmiddel. "Gebruikend de krachtbeweging met vrijheid in de X, Y en rotatie Z assen, kunnen we het deel erin duwen, wiggelen, en die compliantie heel gemakkelijk programmeren om eigenlijk een menselijke aanraking met de robot te ermöglichen," zegt de heer Ojalehto. Terwijl hij spreekt, stopt Toolcraft eigenaar Karl Niemela bij en rapporteert dat zijn bedrijf besloten heeft de robot Clarence te noemen. "Het is een sophistieke naam voor een sophistieke robot," zegt hij met een glimlach.

"De UR's free-drive functie vermindert de tijd om robot punten te leren enorm," zegt de heer Ojalehto. UR cobots kunnen gemakkelijk geprogrammeerd worden via de leer methode door simpelweg de arm door de gewenste waypoints te bewegen die aan het programma op de teach pendant worden toegevoegd. Toen de cobot in gebruik was, gebruikte Toolcraft de UR simulator om het hele programma voor het spoel- en droogstation offline te maken, de waypoints invoegend toen ze het programma naar de teach pendant overbrachten.

Cobot Maakt Schoon

Terwijl de cobot de winkel succesvol hielp 24/7 productie te implementeren, werkte de cobot nog niet aan zijn volle potentieel. De bewerkingscyclus duurt in totaal 56 minuten, maar de UR5e is slechts zes minuten bezig met het tenderen van delen. "De rest van de tijd hing de cobot gewoon af te wachten op de volgende cyclus. We wilden het bezig houden," zegt de heer Wittenberg. Om meer van de cobot's tijd te bezetten, voegde de winkel een deelen spoel- en reinigingsstation toe.

Met 30-micron herhaalbaarheid was de UR5e in staat om het multi-gewind deel precies in het spanningsmiddel te plaatsen. De CNC cyclus omvat drie operaties in een verticaal bewerkingscentrum: twee in schroefspanklemmen en één in een vierde-as rotatie-eenheid.

Terwijl de UR5e het bewerkte deel uit de CNC haalt, dompelt het het deel in een spoeloplossing, laat het door een luchtstraal gaan, en plaatst het gewassen en gedroogde deel op een rek voor verzending. Het machinebedrijf was ook in staat om de pneumatische spanning en deuropener via de UR5e I/O interfaces te controleren. "Dit vermindert de behoefte aan CNC-bedrading enorm en behoudt alle standaard veiligheidsfuncties van de CNC," legt de heer Ojalehto uit.

Leren Programmeren

Terwijl Toolcraft de hulp van een systeemintegrator inriep om de initiële applicatie draaiende te krijgen, was het machinebedrijf in staat om het spoel- en droogstation zelf te programmeren en te installeren. "Wat ons dit echt mogelijk maakte was al de gratis online ondersteuning die Universal Robots je geeft," zegt de heer Wittenberg. "Nadat onze automatisering engineer de online UR Academy cursus had gedaan, besteedde hij een paar uur aan de integrator en was in staat om dat station aan de cobot cyclus toe te voegen."

Toolcraft koos de PneuConnect greper van PHD als end-of-arm-tooling voor de UR5e. UR+ gecertificeerd betekent dat de greper gecertificeerd is om naadloos met UR cobots te werken, met alle programmeersoftware geïntegreerd direct op de UR cobot's teach pendant.

"We hadden nul ervaring met robots bij Toolcraft," zegt Brian Laulainen, Toolcraft's automatisering engineer. "UR Academy was een heel intuïtieve, interactieve en leuke cursus om te doen. Het maakte leren veel interessanter dan alleen een boek lezen."

Initiëel vreesde de heer Wittenberg dat de productie zou dalen tijdens de programmeringsfase van het spoelstation aangezien de cobot afgezogen zou worden van zijn reguliere machine-tending taken. Het team ontdekte echter dat ze Universal Robots' simulator konden gebruiken en bijna de hele toevoeging aan de cyclus offline konden programmeren terwijl de cobot doorging met werken. Het offline programma wordt simpelweg via USB direct in de UR5e's teach pendant geladen. "In het programma dat ik in mijn kantoor deed, zou ik lege waypoints instellen. Eenmaal naast de cobot, kon ik snel de free-drive beweging gebruiken en de robot in de juiste posities bewegen en de nieuwe waypoints leren," zegt de heer Laulainen.

Met de UR5e was Toolcraft in staat om zijn jaarproductie zeven weken eerder af te ronden dan met handmatige arbeid.

Nog een Jaar, Nog een Cobot

Met de eerste succesvolle cobot installatie onder de riem, plant Toolcraft nu om elk jaar één extra cobot te installeren. "Het feit dat onze eigen automatisering engineer nu in staat is om in te gaan en alles op te lossen wat er opduikt, gaat de sleutel zijn tot het bereiken van deze doel," zegt de heer Wittenberg. De volgende taak die hij verwacht te automatiseren op de shopvloer is het tenderen van een horizontaal bewerkingscentrum. "Dat is een potentiële uitdaging, want de freesbank gebruikt rotatie tombstones die in en uit de freesbank worden gewisseld, wat enige moeilijkheden creëert met spannen. Maar we zijn ervan overtuigd dat we die issues kunnen oplossen met een Universal Robot en wat innovatie in spannen."