Není šroubování jako šroubování

Vzhledem k tomu, že šroubování bývá pro člověka nudným, opakujícím se úkolem (takže je náchylné k chybám), jak konstatuje časopis Assembly magazine v článku Šroubujeme s koboty, je tato operace ideálním kandidátem pro automatizaci nabízející flexibilitu a opakovatelnost. Výrobci, kteří čelí nedostatku pracovních sil tak investují do kolaborativních šroubovacích systémů, jež umožňují lidem a robotům pracovat v těsné blízkosti.

Robotické šroubování se od tradičních aplikací, jako je pevné nebo ruční šroubování, liší. Roboty mohou šroubovat ze všech směrů bez obav o ergonomii a s různým stupněm točivého momentu. Mají také schopnost šroubovat různé velikosti šroubů pomocí různých podavačů pro každý typ spojovacího prvku. To umožňuje dosáhnout lepších cyklů a zároveň zlepšit kvalitu.

Je nespočet firem, které nabízí šroubovací systémy pro spolupracující roboty. Například firma Robotiq má v nabídce systémy dostupné pro každého výrobce. Jsou snadno instalovatelné a lze je lehce přizpůsobit změnám ve výrobě. Příkladem může být jejich systém SD-100 s podavačem šroubů SF-300, jež jsou kompatibilní se stroji Universal Robots. Tento výrobce kobotů spolupracuje s 12 dodavateli šroubováků, kteří jsou součástí jejího ekosystému UR+, zahrnujícího softwarová rozhraní pro hladkou integraci.

Další firmou, která vyvíjí vřetena šroubováků speciálně pro koboty, je OnRobot. Její šroubovací systém s podavačem šroubů lze použít s robotickými rameny ABB, Doosan, Fanuc, UR i Yaskawa. Malým výrobcům umožňuje snadno automatizovat širokou škálu montážních procesů. Programování je stejně snadné jako zadání vhodné délky šroubu a hodnoty točivého momentu do uživatelského rozhraní, které je integrováno do ovládacího panelu. S přesným řízením točivého momentu a nastavenou osou šroubováku automaticky vypočítá rychlost i sílu potřebnou pro konzistentní a přesné šroubování. Zařízení zvládne širokou škálu velikostí i délek šroubů a systém vyměnitelných bitů umožňuje šroubovák během krátké doby upravit pro jinou velikost šroubu, délku nebo produktovou řadu, což minimalizuje prostoje a zvyšuje produktivitu.

Bezpečnost především

Šroubování s kolaborativním ramenem se používá v mnoha odvětvích. Většina sice nemá úroveň přesnosti a opakovatelnosti jako SCARA nebo průmyslové šestiosé roboty, dokážou ale zvládnout většinu aplikací jako standardní robot. Při navrhování automatizovaného robotického systému je nutné provést posouzení rizik, které zajistí nasazení správného zabezpečení, aby byla zajištěna bezpečnost lidí pracujících kolem kobota nebo s ním.

Instalace šroubovací jednotky na kobota vytváří možné tělesné nebezpečí pro operátora pracujícího v jeho pohybovém půdorysu, proto musí být proveden bezpečnostní audit, jehož výsledky mohou změnit rychlost, kterou se kobot pohybuje, dráhu pohybu, nebo vyžadovat fyzickou ochranu pracovní oblasti, jako jsou světelné závěsy.

Zájem o kolaborativní technologie roste, ale většina aplikací stále používá tradiční ochranné prvky, upozorňují odborníci ze společnosti Deprag, jejíž šroubovák SFM spárovaný se sekvenčním ovladačem Plus AST12 se používá pro aplikace zahrnující lehké koboty. Proto by se měla věnovat pozornost typu používaných koncových nástrojů. Šroubování je ze své podstaty nebezpečné, a i při použití robotického ramena je nutné respektovat bezpečnostní rizika a požadavky OSHA.

Kobotické šroubování vyžaduje pomalejší pohyby, nižší průchodnost a lehčí nástroje na konci ramena. Obecně je pro použití s koboty možná jakákoli aplikace vyžadující točivý moment 5,65 Nm nebo méně.

„Populární jsou systémy pro práci s menšími šrouby velikosti od M1 do M3 a obvykle nejlépe fungují pro šrouby s délkou do 20 mm, říká výrobce modulů pro aplikace automatického šroubování s koboty firma Visumatic Industrial Products. Její kobotový modul VCM-3X.2 obsahuje automatický šnekový podavač, hnací systém a koncový efektor, montovaný přímo na zápěstí kobota. Lehké nástroje EOT zmírňují setrvačný efekt na senzory robota a umožňují mu pohybovat se maximální rychlostí, aniž by byly obětovány jeho kolaborativní schopnosti.

V leteckém a automobilovém sektoru je šroubování pomocí kobotů využíváno plnohodnotně. Například montáž anténního pole zahrnovala více než 2000 šroubů, což vyžadovalo při ručním procesu dva operátory a pět dní. Šroubovací systém s kobotem to zkrátil na 30 minut. Podle analytiků budou v blízké budoucnosti rostoucím trhem pro kolaborativní automatizaci automobilové finální montážní linky, na něž bude nasazováno více kobotů, které mohou řešit různé ergonomické problémy související s ohýbáním, dosahováním a nevhodnými pozicemi.

Koboty vs. tradiční roboty

V automatizovaném šroubování hraje důležitou roli mnoho typů průmyslových robotů, záleží hlavně na typu aplikace. Vzhledem ke stále kratším životním cyklům produktů, i měnicím se výrobním linkám kvůli rozšiřujícímu se portfoliu produktů, je klíčová flexibilita zařízení. Co se týče typů aplikací, kolaborativní roboty mohou poskytovat totéž, co tradiční SCARA a šestiosé roboty, snad s výjimkou aplikací s velmi vysokým točivým momentem nad 150 Nm.

SCARA a další typy průmyslových robotů mají obvykle ve srovnání s koboty výhodu rychlosti a přesnosti, další významné faktory představují užitečné zatížení a reakční síly. Obecně platí, že pro šroubování kobotem jsou nejvhodnější aplikace s velkou rozmanitostí a malým objemem, které vyžadují menší propustnost, ale jsou schopny zvládnout změny ve výrobě. A také případy, kdy je omezený zástavbový prostor a potřeba obsluhy pracovat v těsné blízkosti automatizované buňky.

Šroubování s koboty také vyžaduje, aby inženýři uvažovali jinak. Místo navrhování plně automatizovaného montážního procesu v bezpečnostní kleci, který je obvykle komplikovaný a náročný na údržbu, mohou nyní zvolit hybridní přístup a zvážit, které montážní procesy jsou lepší pro operátora a jaké by mohly být provedeny s momentovým nástrojem integrovaným do kobota pracujícího vedle člověka. Tedy, jaké aplikace může operátor dělat lépe než robot, a stroji pak přidělit úkoly, které člověku usnadní práci. To umožňuje, aby byly doby cyklu pro lidi rychlejší.

V České republice se lze setkat s kolaborativními šroubovacími systémy např. na montážních linkách brandýské továrny Continental, nebo v trutnovském závodě Siemens při výrobě softstartérů.

Kamil Pittner Foto: Techman, Reco Automation, OnRobot, Robotiq