Riz. 3. Un outil monobloc à changement rapide, alimenté par gobelet, stocké dans l'armoire de gauche, contrôle l'orientation et la séparation de l'équipement (assure un alignement et un positionnement corrects de l'équipement). L'armoire de droite contient diverses enclumes et navettes.
Ron Boggs, directeur des ventes et du service après-vente pour Haeger Amérique du Nord, continue de recevoir des appels similaires de la part des fabricants pendant la reprise après la pandémie de 2021.
« Ils n'arrêtaient pas de nous dire : "Tiens, il nous manque des attaches" », explique Boggs. « Il s'est avéré que c'était dû à un problème de personnel. » Lorsque les usines embauchaient de nouveaux employés, elles plaçaient souvent des personnes inexpérimentées et non qualifiées devant les machines pour insérer les équipements. Parfois, il leur manquait des attaches, parfois elles les posaient mal. Le client revient et finalise les réglages.
À un niveau élevé, l'insertion de matériel semble être une application mature de la robotique. À terme, une usine pourrait disposer d'une automatisation complète du poinçonnage et du formage, incluant les tourelles, le retrait des pièces et peut-être même le pliage robotisé. Toutes ces technologies servent alors une grande partie du secteur de l'installation manuelle. Dans ce contexte, pourquoi ne pas placer un robot devant une machine pour installer les équipements ?
Au cours des 20 dernières années, Boggs a collaboré avec de nombreuses usines utilisant des équipements d'insertion robotisés. Plus récemment, lui et son équipe, dont Sander van de Bor, ingénieur en chef chez Haeger, ont travaillé à faciliter l'intégration des cobots au processus d'insertion (voir figure 1).
Cependant, Boggs et VanderBose soulignent tous deux que se concentrer uniquement sur la robotique peut parfois négliger le problème plus vaste de l'insertion du matériel. Des opérations d'installation fiables, automatisées et flexibles nécessitent de nombreux éléments de base, notamment la cohérence et la flexibilité des processus.
Le vieil homme est mort dans d'atroces souffrances. Nombreux sont ceux qui appliquent cet adage aux presses poinçonneuses mécaniques, mais il s'applique aussi aux presses à alimentation manuelle, principalement en raison de sa simplicité. L'opérateur positionne les fixations et les pièces sur le support inférieur avant de les insérer manuellement dans la presse. Il appuie sur la pédale. Le perceur descend, entre en contact avec la pièce et crée une pression pour insérer l'équipement. C'est assez simple – jusqu'à ce qu'un problème survienne, bien sûr.
« Si l'opérateur n'est pas attentif, l'outil tombera et touchera la pièce sans exercer de pression », explique van de Bor. Pourquoi ? « L'ancien équipement n'avait pas de retour d'information par erreur et l'opérateur n'en avait pas vraiment conscience. » L'opérateur ne pouvait pas maintenir le pied sur les pédales pendant tout le cycle, ce qui pouvait entraîner le déclenchement du système de sécurité de la presse. « L'outil supérieur est sous six volts, l'outil inférieur est mis à la terre, et la presse doit détecter la conductivité avant de pouvoir accumuler de la pression. »
Les presses à insérer plus anciennes ne disposent pas non plus de la « fenêtre de tonnage », c'est-à-dire la plage de pression dans laquelle l'équipement peut être correctement inséré. Les presses modernes peuvent avoir l'impression que cette pression est trop basse ou trop élevée. Comme les presses plus anciennes ne disposent pas de fenêtre de tonnage, explique Boggs, les opérateurs ajustent parfois la pression en ajustant une vanne pour résoudre le problème. « Certaines presses sont réglées trop haut, d'autres trop bas », précise Boggs. « Le réglage manuel offre une grande polyvalence. Si la pression est trop basse, c'est que le matériel a été mal installé. » « Une pression excessive peut déformer la pièce ou la fixation elle-même. »
« Les machines plus anciennes n'avaient pas non plus de compteurs », ajoute van de Boer, « ce qui pouvait amener les opérateurs à perdre des fixations. »
L'insertion manuelle de quincaillerie peut paraître simple, mais le processus est complexe à corriger. Pire encore, les opérations de quincaillerie interviennent souvent plus tard dans la chaîne de valeur, une fois le vide comblé et formé. Les problèmes d'équipement peuvent perturber le revêtement par poudre et l'assemblage, souvent à cause de petites erreurs commises par un opérateur consciencieux et appliqué, qui se transforment en véritables casse-tête.
Figure 1. Le cobot montre la pièce en insérant l'équipement dans la presse, qui comporte quatre bols et quatre navettes indépendantes alimentant l'équipement. Image : Hagrid
Au fil des ans, la technologie d'insertion de matériel a résolu ces problèmes en identifiant et en éliminant ces sources de variabilité. Les installateurs d'équipement ne devraient pas être la source de tant de problèmes simplement parce qu'ils perdent un peu leur concentration à la fin de leur service.
La première étape de l'automatisation de l'installation des raccords, l'alimentation par bol (voir fig. 2), élimine la partie la plus fastidieuse du processus : la saisie et la mise en place manuelles des raccords sur la pièce. Dans une configuration traditionnelle à alimentation par le haut, une presse à bol envoie les fixations vers une navette qui achemine la quincaillerie vers l'outil supérieur. L'opérateur place la pièce sur l'outil inférieur (enclume) et appuie sur la pédale. Le poinçon est abaissé grâce à la dépression pour soulever la quincaillerie hors de la navette, la rapprochant ainsi de la pièce. La presse applique la pression et le cycle est terminé.
Cela paraît simple, mais en creusant un peu plus, on découvre des complexités subtiles. Tout d'abord, l'équipement doit être introduit dans l'espace de travail de manière contrôlée. C'est là qu'intervient l'outil d'amorçage. Cet outil se compose de deux éléments. L'un, dédié au positionnement, garantit le bon positionnement de l'équipement sortant du bol. L'autre assure la segmentation, l'alignement et le positionnement corrects de l'équipement. De là, l'équipement est acheminé par un tuyau jusqu'à une navette qui l'alimente jusqu'à l'outil supérieur.
La complexité réside dans le fait que les outils à alimentation automatique (outils d'orientation et de division, navettes) doivent être remplacés et maintenus en état de fonctionnement à chaque changement d'équipement. Différents types de matériel influencent l'alimentation électrique de la zone de travail ; les outils spécifiques à chaque matériel sont donc une réalité et ne peuvent être exclus de la conception.
L'opérateur devant la presse à gobelets ne perdant plus de temps à soulever (voire à abaisser) et à installer l'équipement, le temps entre les insertions est considérablement réduit. Grâce à tous ces outils spécifiques, le bol d'alimentation offre également des possibilités de conversion. Les outils pour écrous auto-serrants 832 ne sont pas adaptés aux écrous 632.
Pour remplacer l'ancien bol d'alimentation en deux parties, l'opérateur doit s'assurer que l'outil d'orientation est correctement aligné avec l'outil divisé. « Il a également dû vérifier les vibrations du bol, la distribution d'air et le positionnement des flexibles », a expliqué Boggs. « Il a également dû vérifier l'alignement de la navette et de l'aspirateur. En bref, l'opérateur doit vérifier de nombreux alignements pour s'assurer que l'outil fonctionne correctement. »
Les opérateurs de tôlerie ont souvent des besoins spécifiques en matière d'équipement, qui peuvent être dus à des difficultés d'accès (insertion d'équipements dans des espaces restreints), à un équipement inhabituel, ou aux deux. Ce type d'installation utilise un outil monobloc spécialement conçu. C'est sur cette base, explique Boggs, qu'un outil tout-en-un pour presse à gobelets standard a finalement été développé. Cet outil comprend des éléments d'orientation et de sélection (voir figure 3).
« Il est conçu pour des changements rapides », explique van de Boer. « Tous les paramètres de contrôle, y compris l'air, les vibrations, le temps et tout le reste, sont contrôlés par ordinateur, de sorte que l'opérateur n'a besoin d'effectuer aucun changement ni réglage. »
Grâce aux goujons, tout reste aligné (voir fig. 4). « L'opérateur n'a pas à se soucier de l'alignement lors de la conversion. L'alignement est toujours parfait, car tout se verrouille », explique Boggs. « Les outils sont simplement vissés. »
Lorsqu'un opérateur place une tôle sur une presse à quincaillerie, il aligne les trous avec une enclume conçue pour les fixations d'un diamètre donné. L'ajout de nouveaux diamètres nécessitant de nouveaux outils d'enclume a rendu la production de masse difficile au fil des ans.
Imaginez une usine dotée des dernières technologies de découpe et de pliage, d'un changement d'outils automatique et rapide, de petites séries, voire d'une production complète. La pièce est ensuite insérée dans un insert de quincaillerie, et si elle nécessite un autre type de quincaillerie, l'opérateur passe à la production en série. Par exemple, il peut insérer un lot de 50 pièces, changer les enclumes, puis insérer la nouvelle quincaillerie dans les trous appropriés.
Une presse à quincaillerie équipée d'une tourelle change la donne. Les opérateurs peuvent désormais insérer un type d'équipement, faire pivoter la tourelle et ouvrir un conteneur à code couleur pour accueillir un autre type d'équipement, le tout dans une seule configuration (voir figure 5).
« Selon le nombre de pièces dont vous disposez, vous risquez moins de manquer une connexion matérielle », a expliqué van de Bor. « Vous réalisez toute la section en une seule fois pour ne manquer aucune étape à la fin. »
La combinaison d'une alimentation par coupelles et d'une tourelle sur une presse à insérer permet de gérer facilement les kits dans le département quincaillerie. Dans une installation classique, le fabricant s'assure que l'alimentation en coupelles est réservée aux équipements de grande taille, puis place les équipements moins fréquemment utilisés dans des conteneurs à code couleur à proximité de la zone de travail. Lorsque les opérateurs saisissent une pièce nécessitant plusieurs pièces, ils commencent à la brancher en écoutant le bip de la machine (indiquant qu'il est temps d'installer une nouvelle pièce), en faisant tourner le plateau tournant de l'enclume, en visualisant une image 3D de la pièce sur le contrôleur, puis en insérant la pièce suivante.
Imaginez un scénario où un opérateur insère une pièce d'équipement une par une, en utilisant l'avance automatique et en tournant le plateau tournant de l'enclume selon les besoins. L'opération s'arrête ensuite lorsque l'outil supérieur saisit l'attache à avance automatique de la navette et la dépose sur la pièce à usiner sur l'enclume. Le contrôleur avertit l'opérateur que les attaches ne sont pas de la bonne longueur.
Comme l'explique Boggs : « En mode configuration, la presse abaisse lentement le curseur et enregistre sa position. Ainsi, lorsqu'elle tourne à pleine vitesse et que le dispositif de serrage touche l'outil, le système garantit que la longueur du dispositif correspond à la [[Tolérance] spécifiée. Des mesures hors plage, trop longues ou trop courtes entraîneront une erreur de longueur de fixation. Cela est dû à la détection des fixations (absence de vide dans l'outil supérieur, généralement causée par des erreurs d'alimentation du matériel) et à la surveillance et à la maintenance de la fenêtre de tonnage (au lieu du réglage manuel d'une vanne par l'opérateur), ce qui crée un système d'automatisation fiable et éprouvé. »
« Les presses matérielles avec autodiagnostic peuvent constituer un atout majeur pour les modules robotisés », a déclaré Boggs. « Dans une configuration automatisée, le robot déplace le papier à la bonne position et envoie un signal à la presse, indiquant en substance : "Je suis dans la bonne position, démarrez la presse." »
La presse à quincaillerie maintient propres les broches d'enclume (installées dans les trous de la tôle). Le vide dans le poinçon supérieur est normal, ce qui signifie qu'il y a des fixations. Consciente de tout cela, la presse a envoyé un signal au robot.
Comme le dit Boggs : « La presse examine tout et indique au robot : "OK, tout va bien." Elle lance le cycle d'emboutissage, vérifiant la présence des fixations et leur longueur. Si le cycle est terminé, elle vérifie que la pression d'insertion est correcte, puis envoie un signal au robot. Le robot reçoit ce signal et sait que tout est propre et peut déplacer la pièce vers le trou suivant. »
Tous ces contrôles machines, initialement destinés aux opérateurs manuels, constituent une base solide pour une automatisation plus poussée. Boggs et van de Boor décrivent d'autres améliorations, comme certaines conceptions qui empêchent les feuilles de coller à l'enclume. « Il arrive que les fixations se coincent après un cycle d'emboutissage », explique Boggs. « C'est un problème inhérent à la compression de la matière. Lorsqu'elle se coince dans l'outil inférieur, l'opérateur peut généralement tourner légèrement la pièce pour la dégager. »
Figure 4. Boulon de navette avec goupille de centrage. Une fois installé, le chariot alimente l'équipement jusqu'à l'outil supérieur, qui utilise la pression du vide pour fixer l'équipement et le transporter jusqu'à la pièce. L'enclume (en bas à gauche) est située sur l'une des quatre tourelles.
Malheureusement, les robots ne possèdent pas les compétences d'un opérateur humain. « C'est pourquoi il existe désormais des presses qui facilitent le retrait des pièces et l'extraction des fixations, évitant ainsi tout blocage après le cycle de pressage. »
Certaines machines ont des profondeurs de gorge différentes pour aider le robot à manœuvrer la pièce dans et hors de la zone de travail. Les presses peuvent également inclure des supports qui aident les robots (et les opérateurs manuels, d'ailleurs) à positionner leurs pièces en toute sécurité.
En fin de compte, la fiabilité est essentielle. Les robots et les cobots peuvent contribuer à la solution, en facilitant leur intégration. « Dans le domaine des robots collaboratifs, les fournisseurs ont fait de grands progrès pour simplifier au maximum leur intégration aux machines », a déclaré Boggs, « et les fabricants de presses ont déployé d'importants efforts de développement pour garantir la mise en place du protocole de communication adéquat. »
Mais les techniques d'emboutissage et les techniques d'atelier, notamment le support des pièces, des instructions de travail claires (et documentées) et une formation adéquate, jouent également un rôle. Boggs a ajouté qu'il recevait encore des appels concernant des fixations manquantes et d'autres problèmes au service quincaillerie, dont beaucoup utilisent des machines fiables mais très anciennes.
Ces machines sont peut-être fiables, mais leur installation est déconseillée aux personnes non qualifiées et non professionnelles. Rappelez la machine qui a détecté une longueur incorrecte. Cette simple vérification permet d'éviter qu'une petite erreur ne se transforme en gros problème.
Figure 5. Cette presse à quincaillerie est équipée d'un plateau tournant avec butée et de quatre postes. Le système est également équipé d'une enclume spéciale qui permet à l'opérateur d'atteindre les endroits difficiles d'accès. Ici, les raccords sont insérés juste sous la bride arrière.
Tim Heston, rédacteur en chef de The FABRICATOR, travaille dans le secteur de la fabrication métallique depuis 1998. Il a débuté sa carrière au sein du magazine Welding de l'American Welding Society. Depuis, il couvre tous les procédés de fabrication des métaux, de l'emboutissage, du pliage et de la découpe au meulage et au polissage. Il a rejoint The FABRICATOR en octobre 2007.
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