Rijst. 3. Een gereedschap uit één stuk, met een bekertoevoer en snelwisselfunctie, opgeborgen in de linkerkast, regelt de oriëntatie en scheiding van de apparatuur (zorgt voor een correcte uitlijning en positionering). In de rechterkast bevinden zich diverse aambeelden en spoelen.
Ron Boggs, verkoop- en servicemanager bij Haeger North America, ontvangt tijdens het herstel van de pandemie van 2021 nog steeds soortgelijke telefoontjes van fabrikanten.
"Ze bleven maar zeggen: 'Hé, we missen bevestigingsmaterialen'," zei Boggs. "Het bleek dat dit te wijten was aan een personeelsprobleem." Wanneer fabrieken nieuwe werknemers aannemen, zetten ze vaak onervaren, ongeschoolde mensen voor de machines om onderdelen te monteren. Soms missen ze de sluitingen, soms plaatsen ze de verkeerde sluitingen. De klant komt dan terug om de instellingen te perfectioneren.
Op hoofdlijnen lijkt het inbrengen van hardware een volwaardige toepassing van robotica. Uiteindelijk zou een fabriek volledig geautomatiseerd kunnen zijn met ponsen en vormen, inclusief revolverkoppen, het verwijderen van onderdelen en misschien zelfs robotgestuurd buigen. Al deze technologieën zouden dan een groot deel van de handmatige installatiesector kunnen vervangen. Met dit alles in gedachten, waarom zou je dan geen robot voor een machine plaatsen om apparatuur te installeren?
De afgelopen 20 jaar heeft Boggs met veel fabrieken samengewerkt die robotgestuurde inbrengapparatuur gebruiken. De laatste tijd werken hij en zijn team, waaronder Haeger-hoofdingenieur Sander van de Bor, eraan om de integratie van cobots in het inbrengproces te vereenvoudigen (zie Figuur 1).
Boggs en VanderBose benadrukken echter beiden dat een focus op robotica soms het grotere probleem van het installeren van hardware over het hoofd kan zien. Betrouwbare, geautomatiseerde en flexibele installatieprocessen vereisen veel bouwstenen, waaronder procesconsistentie en flexibiliteit.
De oude man stierf een vreselijke dood. Veel mensen passen dit spreekwoord toe op mechanische ponsmachines, maar het geldt ook voor machines met handmatige invoer, vooral vanwege de eenvoud. De operator plaatst de bevestigingsmiddelen en onderdelen op de onderste steun voordat hij ze handmatig in de machine plaatst. Hij drukt op het pedaal. De pons daalt, raakt het werkstuk en oefent druk uit om het onderdeel in te brengen. Het is vrij eenvoudig – totdat er natuurlijk iets misgaat.
“Als de operator niet oplet, valt het gereedschap en raakt het het werkstuk zonder daadwerkelijk druk uit te oefenen”, aldus van de Bor. Waarom, en wat precies? “De oude apparatuur had per ongeluk geen feedback en de operator had daar geen weet van.” De operator kon zijn voet niet gedurende de hele cyclus op de pedalen houden, wat op zijn beurt kon leiden tot het activeren van het veiligheidssysteem van de pers. “Het bovenste gereedschap heeft zes volt, het onderste gereedschap is geaard en de pers moet geleidbaarheid detecteren voordat er druk kan worden opgebouwd.”
Oudere inzetpersen missen ook het zogenaamde "tonnagebereik", oftewel het drukbereik waarbinnen de apparatuur correct kan worden ingebracht. Moderne persen kunnen aangeven dat deze druk te laag of te hoog is. Omdat oudere persen geen tonnagebereik hebben, legt Boggs uit, passen operators de druk soms aan door een ventiel te verstellen om het probleem op te lossen. "Sommigen stellen de druk te hoog in en anderen te laag", aldus Boggs. "Handmatige aanpassing biedt veel flexibiliteit. Als de druk te laag is, is de apparatuur verkeerd gemonteerd." "Te hoge druk kan het onderdeel of de bevestiging zelf vervormen."
"Ook oudere machines hadden geen meters," voegt van de Boer eraan toe, "waardoor operators bevestigingsmiddelen kwijt konden raken."
Het handmatig inbrengen van hardware lijkt misschien eenvoudig, maar het proces is lastig te herstellen. Erger nog, hardware-gerelateerde handelingen vinden vaak later in de waardeketen plaats, nadat de opening al is opgevuld en gevormd. Apparatuurproblemen kunnen grote gevolgen hebben voor poedercoaten en assemblage, vaak omdat een consciëntieuze en ijverige operator kleine foutjes maakt die uitgroeien tot grote problemen.
Figuur 1. De cobot toont het onderdeel door de apparatuur in de pers te plaatsen. Deze pers heeft vier kommen en vier onafhankelijke shuttles die de apparatuur in de pers voeren. Afbeelding: Hagrid
Door de jaren heen heeft de technologie voor hardware-installatie deze problemen opgelost door de bronnen van variabiliteit te identificeren en te elimineren. Apparatuurinstallateurs zouden niet de oorzaak van zoveel problemen moeten zijn, simpelweg omdat ze aan het einde van hun dienst even hun concentratie verliezen.
De eerste stap in het automatiseren van de montage van fittingen, het aanvoeren van de kom (zie fig. 2), elimineert het meest tijdrovende onderdeel van het proces: het handmatig pakken en plaatsen van de fittingen op het werkstuk. In een traditionele configuratie met bovenaanvoer stuurt een komaanvoerpers de bevestigingsmiddelen naar een shuttle die de fittingen naar het bovenste gereedschap voert. De operator plaatst het werkstuk op het onderste gereedschap (aambeeld) en drukt op het pedaal. De stempel wordt met behulp van vacuümdruk neergelaten om de fittingen uit de shuttle te tillen en dicht bij het werkstuk te brengen. De pers oefent druk uit en de cyclus is voltooid.
Het lijkt eenvoudig, maar als je dieper graaft, kom je een aantal subtiele complexiteiten tegen. Ten eerste moet de apparatuur op een gecontroleerde manier in de werkruimte worden gebracht. Dit is waar de bootstrap-tool in beeld komt. De tool bestaat uit twee componenten. Eén component is bedoeld voor positionering en zorgt ervoor dat de apparatuur die uit de kom komt, correct wordt gepositioneerd. De andere component zorgt voor een juiste segmentatie, uitlijning en plaatsing van de apparatuur. Van daaruit gaat de apparatuur via een buis naar een shuttle die de apparatuur naar de bovenste tool transporteert.
Het probleem is als volgt: automatische aanvoergereedschappen – zoals oriëntatie- en verdeelgereedschappen en shuttles – moeten worden vervangen en in goede werkende staat worden gehouden telkens wanneer de apparatuur wordt vervangen. Verschillende soorten hardware beïnvloeden de stroomvoorziening van de werkruimte, dus hardware-specifieke gereedschappen zijn nu eenmaal een gegeven en kunnen niet worden weggelaten.
Doordat de operator voor de bekerpers geen tijd meer kwijt is aan het oppakken (en eventueel laten zakken) en instellen van de apparatuur, wordt de tijd tussen het wisselen van inzetstukken drastisch verkort. Maar naast al deze hardware-specifieke gereedschappen biedt de aanvoerkom ook conversiemogelijkheden. Gereedschappen voor zelfaandraaiende moeren 832 zijn niet geschikt voor moeren 632.
Om de oude tweedelige komaanvoer te vervangen, moet de operator ervoor zorgen dat het positioneringsgereedschap correct is uitgelijnd met het gesplitste gereedschap. "Ze moesten ook de trillingen van de kom, de luchttiming en de plaatsing van de slang controleren", aldus Boggs. "Ze moeten de uitlijning van de shuttle en het vacuüm controleren. Kortom, de operator moet veel uitlijningen controleren om ervoor te zorgen dat het gereedschap naar behoren werkt."
Bewerkers van plaatmetaal hebben vaak unieke eisen aan hun apparatuur, bijvoorbeeld vanwege toegankelijkheidsproblemen (apparatuur in krappe ruimtes plaatsen), ongebruikelijke apparatuur, of een combinatie hiervan. Voor dit type installatie wordt een speciaal ontworpen gereedschap uit één stuk gebruikt. Op basis hiervan, aldus Boggs, werd uiteindelijk een alles-in-één gereedschap voor een standaard kompers ontwikkeld. Dit gereedschap bevat oriëntatie- en selectie-elementen (zie figuur 3).
“Het is ontworpen voor snelle omschakelingen”, zegt van de Boer. “Alle regelparameters, inclusief lucht en trillingen, tijd en alles daartussenin, worden door de computer aangestuurd, zodat de operator niets hoeft te schakelen of aan te passen.”
Met behulp van deuvels blijft alles op één lijn (zie fig. 4). "De gebruiker hoeft zich geen zorgen te maken over de uitlijning tijdens de ombouw. ​​Alles komt altijd recht te staan ​​omdat het vastklikt", aldus Boggs. "Gereedschap wordt er gewoon op geschroefd."
Wanneer een operator een plaat op een persmachine plaatst, lijnt hij de gaten uit met een aambeeld dat is ontworpen voor bevestigingsmiddelen met een bepaalde diameter. Het feit dat nieuwe diameters nieuwe aambeelden vereisen, heeft in de loop der jaren tot problemen bij massaproductie geleid.
Stel je een fabriek voor met de nieuwste snij- en buigtechnologie, snelle automatische gereedschapswisseling, kleine series of zelfs complete productie. Het onderdeel wordt vervolgens in een matrijs geplaatst en als het onderdeel een ander type bevestigingsmateriaal vereist, schakelt de operator over op massaproductie. Zo kan de operator bijvoorbeeld een batch van 50 stuks in de matrijs plaatsen, de matrijs wisselen en vervolgens het nieuwe bevestigingsmateriaal in de juiste gaten plaatsen.
Een hardwarepers met een revolverkop verandert de situatie volledig. Operators kunnen nu één type apparatuur plaatsen, de revolverkop draaien en een kleurgecodeerde container openen om een ​​ander type apparatuur te plaatsen, allemaal in één opstelling (zie afbeelding 5).
"Afhankelijk van het aantal onderdelen dat je hebt, is de kans kleiner dat je een hardwareverbinding mist", aldus van de Bor. "Je doet het hele gedeelte in één keer, zodat je aan het eind geen stap overslaat."
De combinatie van komtoevoer en revolverkop op een inzetpers kan het verwerken van kits in de hardwareafdeling een stuk eenvoudiger maken. In een typische installatie zorgt de fabrikant ervoor dat de komtoevoer uitsluitend bestemd is voor de normale, grote apparatuur, en plaatst minder vaak gebruikte apparatuur in kleurgecodeerde containers in de buurt van de werkplek. Wanneer operators een onderdeel oppakken dat meerdere onderdelen vereist, beginnen ze met het aansluiten ervan door te luisteren naar de pieptoon van de machine (die aangeeft dat het tijd is voor nieuwe onderdelen), de aambeelddraaitafel te draaien, een 3D-afbeelding van het onderdeel op de controller te bekijken en vervolgens het volgende onderdeel te plaatsen.
Stel je een scenario voor waarin een operator één voor één gereedschap inbrengt, gebruikmakend van de automatische aanvoer en de aambeelddraaitafel naar behoefte draaiend. Het proces stopt wanneer het bovenste gereedschap de zelfaanvoerende bevestiging van de shuttle pakt en op het werkstuk op het aambeeld laat vallen. De besturingseenheid waarschuwt de operator dan dat de bevestigingen de verkeerde lengte hebben.
Zoals Boggs uitlegt: "In de instelmodus laat de pers de schuif langzaam zakken en registreert de positie. Wanneer de pers op volle snelheid draait en de opspaninrichting het gereedschap raakt, zorgt het systeem ervoor dat de lengte van de opspaninrichting overeenkomt met de gespecificeerde tolerantie. Metingen buiten het bereik, te lang of te kort, leiden tot een fout in de lengte van de bevestigingsmiddelen. Dit komt door de detectie van bevestigingsmiddelen (geen vacuüm in het bovenste gereedschap, meestal veroorzaakt door fouten in de aanvoer van het bevestigingsmateriaal) en de bewaking en het onderhoud van het tonnagebereik (in plaats van dat de operator handmatig een klep moet afstellen). Dit zorgt voor een bewezen betrouwbaar automatiseringssysteem."
"Hardwarematige drukpersen met zelfdiagnose kunnen een enorm voordeel zijn voor robotmodules", aldus Boggs. "In een geautomatiseerde opstelling verplaatst de robot het papier naar de juiste positie en stuurt een signaal naar de drukpers, waarmee hij in feite zegt: 'Ik ben op de juiste positie, start de drukpers maar.'"
De hardwarepers houdt de aambeeldpennen (die in gaten in het plaatwerkstuk zijn geplaatst) schoon. Het vacuüm in de bovenste pons is normaal, wat betekent dat er bevestigingsmiddelen aanwezig zijn. De pers wist dit alles en stuurde een signaal naar de robot.
Zoals Boggs zegt: "De persmachine controleert in principe alles en zegt tegen de robot: 'Oké, alles is in orde.' Hij start de stempelcyclus en controleert op de aanwezigheid van bevestigingsmiddelen en hun juiste lengte. Als de cyclus voltooid is, controleert hij of de druk die gebruikt is om de bevestigingsmiddelen in te brengen correct is, en stuurt vervolgens een signaal naar de robot dat de perscyclus voltooid is. De robot ontvangt dit signaal en weet dat alles in orde is en kan het werkstuk naar het volgende gat verplaatsen."
Al deze machinecontroles, oorspronkelijk bedoeld voor handmatige bediening, vormen een goede basis voor verdere automatisering. Boggs en van de Boor beschrijven verdere verbeteringen, zoals bepaalde ontwerpen die voorkomen dat platen aan het aambeeld blijven plakken. "Soms blijven bevestigingsmiddelen vastzitten na een stempelcyclus", aldus Boggs. "Het is een inherent probleem bij het comprimeren van materiaal. Als het vast komt te zitten in het onderste gereedschap, kan de operator het werkstuk meestal een beetje draaien om het eruit te krijgen."
Afbeelding 4. Shuttlebout met centreerpen. Na de installatie voert de shuttle de apparatuur naar het bovenste gereedschap, dat met behulp van vacuümdruk de apparatuur vastzet en naar het werkstuk transporteert. Het aambeeld (onder links) bevindt zich op een van de vier revolverkoppen.
Helaas beschikken robots niet over de vaardigheden van een menselijke operator. "Daarom zijn er nu persen ontworpen die helpen bij het verwijderen van werkstukken en het uitduwen van bevestigingsmiddelen uit het gereedschap, zodat er na de perscyclus niets blijft plakken."
Sommige machines hebben verschillende keeldieptes om de robot te helpen het werkstuk in en uit de werkruimte te manoeuvreren. Persmachines kunnen ook steunen bevatten die robots (en handmatige operators) helpen hun werkstukken stevig te positioneren.
Uiteindelijk is betrouwbaarheid cruciaal. Robots en cobots kunnen een deel van de oplossing zijn, doordat ze gemakkelijker te integreren zijn. "Op het gebied van collaboratieve robots hebben leveranciers grote vooruitgang geboekt om de integratie met machines zo eenvoudig mogelijk te maken", aldus Boggs, "en fabrikanten van persen hebben veel ontwikkelingswerk verricht om ervoor te zorgen dat het juiste communicatieprotocol aanwezig is."
Maar ook stempeltechnieken en werkplaatstechnieken, waaronder werkstukondersteuning, duidelijke (en gedocumenteerde) werkinstructies en een goede training, spelen een rol. Boggs voegde eraan toe dat hij nog steeds telefoontjes krijgt over ontbrekende bevestigingsmiddelen en andere problemen op de afdeling hardware, waarvan veel met betrouwbare maar zeer oude machines werken.
Deze machines zijn wellicht betrouwbaar, maar de installatie ervan is niet geschikt voor ongeschoolde en onprofessionele personen. Denk terug aan de machine die de verkeerde lengte heeft gemeten. Deze eenvoudige controle voorkomt dat een kleine fout uitgroeit tot een groot probleem.
Afbeelding 5. Deze hardwarepers heeft een draaitafel met aanslag en vier stations. Het systeem beschikt ook over een speciaal aambeeldgereedschap waarmee de operator moeilijk bereikbare plaatsen kan bereiken. Hier worden de fittingen net onder de achterste flens ingebracht.
Tim Heston, hoofdredacteur van The FABRICATOR, is al sinds 1998 werkzaam in de metaalbewerkingsindustrie. Hij begon zijn carrière bij Welding Magazine van de American Welding Society, een tijdschrift dat sindsdien alle metaalbewerkingsprocessen behandelt, van stempelen, buigen en snijden tot slijpen en polijsten. Hij trad in oktober 2007 in dienst bij The FABRICATOR.
FABRICATOR is het toonaangevende tijdschrift voor staalconstructie en -vorming in Noord-Amerika. Het tijdschrift publiceert nieuws, technische artikelen en succesverhalen die fabrikanten in staat stellen hun werk efficiënter uit te voeren. FABRICATOR is al sinds 1970 actief in de branche.
Nu met volledige toegang tot de digitale editie van The FABRICATOR, heeft u eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.
De digitale editie van The Tube & Pipe Journal is nu volledig toegankelijk en biedt gemakkelijke toegang tot waardevolle branchebronnen.
Krijg volledige digitale toegang tot het STAMPING Journal, met de nieuwste technologie, beste praktijken en branchenieuws voor de metaalstempelmarkt.
Nu u volledig digitaal toegang hebt tot The Fabricator en Español, hebt u eenvoudig toegang tot waardevolle branchebronnen.