Automatizace „nemožného“

2023/ 04.05.

Ačkoli je sektor automotive etalonem automatizace, jsou i zde úkoly, které patří mezi technicky unikátní řešení „na hraně možného“. Jedním z nich se může pochlubit výrobce litých kol nadnárodní společnosti Ronal Group v Pardubicích.

Lepení titěrných samolepek na přesně určenou pozici, ač to vypadá zdánlivě jednoduše, není snadný úkol, vzhledem k potřebě konzistentního, především bezchybného výkonu po celou směnu. A zejména v případě, že jde o zákazníka (konkrétně BMW), který je známý svými nekompromisními požadavky na kvalitu a preciznost. Bylo logické, že operaci, kterou zatím prováděla lidská obsluha, by měl ideálně převzít robot.

„Nanášení malé 3D samolepky na disky kol je však věc, která není běžně realizována automatizovaným systémem a zvládnutí kapacitních i kvalitativních parametrů, zejména pokud jde o přesnost, opakovatelnost a výrobní kapacitu zařízení, má svá technická úskalí,“ říká Jan Polášek, Manager Painting Production v pardubické firmě Ronal.

Nejvýhodnější řešení se našlo „doma“

Po rozpracování specifikace a požadavků na příslušné řešení začala fáze hledání dodavatele, který by projekt realizoval. Pardubická továrna se snažila najít podobné projekty (včetně konkurence), ovšem zařízení v takové podobě, jakou potřebovali, nikde v ČR ani v zahraničí nebylo realizováno. Po oslovení koncernových dodavatelů z řad zahraničních firem nebyl žádný schopen realizovat projekt v požadovaných specifikacích, který by splňoval zadávací kritéria a byl ekonomicky akceptovatelný. Nakonec to, co nebyly schopné dodat zahraniční firmy, našel Ronal na domácím trhu – alternativu, v podobě české firmy EPRIN, která se zabývá integrací automatizace, digitalizace a robotizace již 30 let po celém světě. Projekt firma přijala jako výzvu, neboť byl v té době největší, před jakým kdy stála, a navrhla odpovídající řešení. V její prospěch hovořilo i to, že v oblasti tisku a přesné aplikace etiket a všeho, co k tomu patří, je mezi jedničkami na českém trhu a dokáže tento segment komplexně zastřešit.

Po komunikaci všeho potřebného akceptoval Ronal, jako zákazník, že místo preferovaného koncernového dodavatele robotů KUKA bude pro tento účel na základě konkrétní aplikace využito navrhované robotické řešení značky FANUC. Přesvědčivým argumentem byla především spolehlivá a efektivní spolupráce robota s kamerovým systémem, který je v daném případě klíčovou záležitostí, protože FANUC není jen dodavatelem robota, ale i vision systémů, které dokáží velmi úzce kooperovat, a tak nebylo nutné řešit komunikaci mezi jednotlivými prvky včetně složitého nastavování, jako v případě dodavatelů třetích stran.

Skutečná výzva pro zákazníka i dodavatele

Projekt dvojitého robotického aplikačního pracoviště přinesl řadu výzev, zejména v realizační a instalační fázi. Největší byla požadovaná kapacita a přesnost lepení 3D etiket, vzhledem k tomu, že celé řešení aktuálně pokrývá aplikaci etiket na cca 40 druhů kol s různými designy, výškami, průměry, barvami i náklony aplikačních pozic. Po důsledné analýze a ve spolupráci s firmou FANUC byla v realizační fázi věnována velká pozornost hlavně podmínkám na místě a náročnému testování.

„I když simulace a zkoušky ukazovaly, že projekt je realizovatelný, realita ve výrobě je vždy trochu jiná,“ konstatuje Jiří Šindelka, CEO firmy EPRIN s tím, že po odladění kritických míst se nakonec podařilo úspěšně projekt dovést do finále a systém do rutinního provozu. V současném stavu dokáže zvládnout zhruba 740 kol za hodinu a udržet míru správného označení blížící se 98 % a v kombinaci s kontrolním mechanismem tedy 100% spolehlivosti.

Speciální, na míru vyrobený robotický nástroj s kamerou odnímá z blistru 3D etiketu o velikosti 18 x 10 mm a aplikuje ji na kolo. Problémem byly zejména odchylky a nestálost v rozměrech již tak malých etiket, lesklý nestejný povrch a množství laku na daném kole, kde byla požadována přesnost ± 0,5 mm, ale i časový rámec na celý aplikační proces. Ten činí pouhých 6 sekund, během nichž dochází hned k několika úlohám strojového vidění a je pořízeno 6 snímků s velmi rychlým vyhodnocením. Zařízení tak pracuje skutečně na hraně svých možností. Kamery hledají etiketu pro odebrání, aplikační pozici, a nakonec je validována přesnost nanesení etikety, přičemž kolo, které nesplňuje přísné požadavky na přesnost a orientaci aplikované etikety (kontroluje se středová odchylka a rotace), je systémem automaticky vyřazeno tak, aby k zákazníkovi dorazila jen kola v 100% kvalitě.

Stěžejní je zvládnutá spolupráce

Celý projekt včetně sbírání zadávacích dat, návrhu, konstrukce, montáže, instalace a finálního předání trval osmičlennému týmu dodavatele EPRIN, vyčleněnému na tento projekt, zhruba 2,5 roku. Ronal do příprav zapojil svoje odborníky i externí týmy, které zajišťovaly např. přestavbu dopravníků, ale i budoucí obsluhu robotických pracovišť, protože, jak zdůrazňuje Jan Polášek, který byl v rámci firemního týmu koordinátorem projektu, právě seznámit lidi s nově zaváděnými technologiemi i jejich posláním a účelem – zejména s tím, že nejde o krok zaměřený v jejich neprospěch, je kromě technických výzev dalším důležitým faktorem, který rozhoduje o úspěšnosti projektu.

V rámci konstrukčních prací bylo na 3D tiskárnách vytvořeno několik desítek modelů specializovaného nástroje pro robota, a modely, jež vyhověly požadavkům, byly pak vytvořeny z finálních materiálů, tj. z oceli nebo bronzu kvůli tuhosti a robustnosti, kterou si vyžadovala konstrukce zařízení.

Špičková rychlost lineárního pohybu použitých robotů je 4 m/s a sestavená konstrukce pak zabezpečovala zachování požadovaných přesností. Při zpětném hodnocení realizace celého projektu bylo ve finále využití českého integrátora vnímáno velmi pozitivně.

Josef Vališka Foto: Archiv TMP, Ronal

Projekt představuje v referenčním portfoliu dodavatele vůbec nejkomplexnější využití FANUC vision technologií.

Výroba disků z lehkých kovů ve firmě Ronal Group pokrývá celý procesní řetězec od konstrukce přes výrobu nástrojů a forem až po finální výrobek.

Projekt dvojitého robotického aplikačního pracoviště na přesné lepení 3D etiket byl pro EPRIN velkou výzvou vzhledem k různým designům desítek druhů kol.

Hotové disky putují válečkovým dopravníkem přes jedno z aplikačních pracovišť, kde robotický nástroj aplikuje z blistru 3D etiketu na kolo.

Klíčovým prvkem pracoviště je robotické rameno a vision technologie značky FANUC, které spolu dokáží velmi úzce kooperovat při lepení titěrných samolepek na přesně určenou pozici.