Projet de recherche conjoint avec le Fraunhofer IPA
2 juin 2021
Montage sur rail automatisé avec robots

Des robots intelligemment programmés au lieu d'un système coûteux pour l'assemblage automatisé de rails de montage : le logiciel "pitasc" de Fraunhofer IPA rend cela possible. Grâce à lui, les robots peuvent être programmés avec un contrôle de la force à l'aide de modules de programme individuels. Un projet de recherche conjoint entre l'institut et WAGO montre comment une application pour le montage sur rail DIN est possible.

Un robot léger saisit un composant en plastique avec sa pince à deux doigts, le guide vers le composant sur lequel il doit être fixé et peut l'encliqueter fermement à l'aide d'un mouvement d'inclinaison contrôlé. Si jamais l'application d'assemblage devait être réorganisée, il n'est pas nécessaire de reprogrammer les mouvements. La programmation est liée à la pièce et le contrôle de la force peut compenser intelligemment les tolérances de composant et de position. L'application décrite a été mise en œuvre par des chercheurs du Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA. L'institut travaille depuis de nombreuses années sur des solutions d'assemblage totalement ou partiellement automatisé. Comme on le sait, cette étape de production est celle qui est encore largement manuelle : en 2020, environ un sur dix des robots vendus dans le monde travaillait en assemblage. Des défis tels que de petites tailles de lots, une grande diversité de variantes et de nombreux processus individuels rendent souvent difficile la mise en œuvre d'une automatisation d'assemblage économique.

Vos avantages :

Innovant : assemblage de rails de montage automatisé avec des robots en pratique
Unique : les bornes sur rail TOPJOB^® S utilisées dans le montage automatisé des armoires de commande
Simple : les étapes de travail manuelles sont complètement éliminées ce qui permet de gagner du temps
Polyvalent : grâce à la variété des bornes sur rail, l'assemblage avec un robot peut être réalisé de manière structurée

Les robots standards peuvent équiper des rails DIN, même avec des bornes aux conceptions complexes.

Michael Dörbaum, chef d'équipe Product Management Control Cabinet Components chez WAGO

L'automatisation complète comme solution ?

De nombreux constructeurs d'armoires électriques sont confrontés à des défis similaires. En tant que partenaire de solutions dans la construction d'armoires de commande, les experts WAGO connaissent ces problèmes grâce à de nombreuses discussions avec les clients. Un exemple en est l'assemblage d'armoires de commande avec des rails, des composants et des câbles, car ce processus se caractérise par de nombreuses étapes de travail manuelles. Les processus sont souvent longs, coûteux et sources d'erreurs. Une armoire électrique moyenne pour la technologie de contrôle compte à elle seule 500 connexions, de couleurs, de sections et d'assemblages différents.

Afin d'optimiser les processus existants, l'automatisation complète n'est pas toujours la bonne solution pour chaque exigence. Il y a plusieurs points à considérer ici.
Bien que l'automatisation implique des processus clairs et soulage la charge de travail des spécialistes, elle est associé à des coûts plus élevés et n'est rentable que sur de grandes quantités. De plus, les machines de placement spécialisées ne correspondent pas toujours aux exigences individuelles. Cependant, comme WAGO le sait par expérience, il suffit souvent de simplifier ou de numériser les processus pour soulager les spécialistes.

Si l'automatisation est encore nécessaire, l'utilisation de bras robotiques disponibles dans le commerce peut être une solution. Les avantages des bras de robot standard sont évidents : ils sont relativement bon marché et peuvent être utilisés de manière flexible. Une question à laquelle il faut répondre avec certitude : les robots standard peuvent-ils être équipés de rails de montage ? "Ma réponse à cela : oui, ils le peuvent, même avec des bornes aux conceptions complexes", déclare Michael Dörbaum, chef d'équipe pour la gestion des produits pour les composants d'armoire de commande chez WAGO.

Afin de déterminer dans quelle mesure un tel assemblage automatisé de rails de montage avec des bornes sur rail est possible avec un matériel robotisé standard et un logiciel sophistiqué, l'entreprise et l'IPA Fraunhofer ont mis en place un scénario de test pour l'assemblage de rails de montage dans un projet commun : le robot doit encliqueter les différentes bornes sur rail WAGO TOPJOB^® S sur les rails de montage. Des bornes sur rail TOPJOB^® S de différentes tailles ont été utilisées (plage de sections nominales de 1 mm² à 16 mm²) et avec des formes de construction parfois complexes lorsqu'il s'agissait de bornes à plusieurs étages ou de bornes d'installation pour bâtiments. Des bornes avec des contacts de rail de montage conducteurs ont également été testées, qui sont un peu plus difficiles à encliqueter en raison de leur pied de mise à la terre. Un autre critère du test était la densité d'emballage des bornes montées, car celle-ci doit être aussi serrée pour un repérage ultérieur, par exemple avec les bandes de repérage sans fin WAGO, qu'en cas de montage manuel.

Programmation structurée des tâches de montage/logiciel en tant que système modulaire

Le Fraunhofer IPA propose son kit logiciel « pitasc » pour les tâches d'assemblage difficiles de ce type, tant en ce qui concerne la variété des bornes que le processus de connexion exigeant. Il permet une programmation structurée des applications d'assemblage. "Jusqu'à présent, il était nécessaire de reconfigurer en grande partie un système robotique pour chaque application. Grâce à notre logiciel, les tâches qui ont été modélisées peuvent être rapidement transférées vers de nouvelles variantes de produits, dans ce cas les bornes, vers de nouveaux produits et même vers des robots d'autres fabricants", explique Lorenz Halt, scientifique chez Fraunhofer IPA et co-développeur de pitasc. Le logiciel est structuré sous la forme d'un système modulaire : il contient de nombreux modules de programme prêts à l'emploi et réutilisables qui peuvent être assemblés, paramétrés et utilisés individuellement lors de la configuration d'un système de robot.

pitasc utilise également des capteurs pour contrôler activement les forces du processus. Le robot UR10e avec des capteurs de force déjà intégrés a été utilisé pour le test WAGO. « De cette façon, le système robotique peut compenser les tolérances de composants et de position et n'utilise pas trop de force », explique Halt. "Cela protège les composants sensibles". Le processus étant programmé du point de vue des pièces, une fois le programme créé, il peut être facilement adapté aux variantes car seuls certains paramètres tels que les forces de processus et les positions de préhension doivent être modifiés. Enfin, le logiciel est indépendant du fabricant du robot.

Avec notre logiciel, les tâches qui ont été modélisées une fois peuvent être rapidement transférées vers de nouvelles variantes de produits, dans ce cas les bornes, vers de nouveaux produits et même vers des robots d'autres fabricants.

Lorenz Halt, scientifique chez Fraunhofer IPA et co-développeur de pitasc

Assemblage réussi avec des robots

Les tests effectués avec les bornes sur rail WAGO ont été concluants. Le robot utilisé a pu insérer avec succès toutes les bornes avec pitasc. Les partenaires du projet ont pu facilement adapter le logiciel aux différentes variantes de bornes, y compris les conceptions plus complexes telles que les bornes à deux étage ou PE, en utilisant les paramètres du programme. Aucune reprogrammation complexe n'a été nécessaire. Même avec des bornes PE, une densité d'emballage élevée peut également être obtenue en appuyant le robot contre l'emballage déjà assemblé avec une force contrôlée.

Ces résultats d'essais montrent que l'assemblage automatisé pour des rails de montage est également techniquement possible à l'aide de robots et de bornes "prêtes à l'emploi", à condition que le logiciel utilisé puisse maîtriser les enjeux de l'application. « Nos expériences avec les clients montrent clairement que de nombreuses exigences individuelles doivent être prises en compte lors de l'automatisation de la production d'armoires de commande. Les résultats montrent que la solution peut être simple si du matériel standard peut être utilisé », explique Dörbaum.

L'avantage d'une telle solution est que les coûts d'investissement pour l'application restent gérables et qu'elle est en même temps flexible. La diversité des variantes peut également être gérée judicieusement à l'aide du logiciel. Néanmoins, des travaux supplémentaires sont nécessaires pour l'utilisation industrielle d'une telle application, car l'expérience a montré que les exigences diffèrent considérablement selon le fabricant d'armoires de commande en ce qui concerne le nombre de composants différents, les temps de traitement et l'intégration des différentes étapes de processus.

Les explications montrent qu'il n'y a pas qu'une seule façon d'automatiser la production d'armoires de commande. Sur la base de l'approche présentée ici avec des "robots et bornes standard", il y a beaucoup d'autres questions auxquelles il faut répondre. Par exemple, peut-elle aussi être montée directement dans de petits distributeurs puis câblée ? Comment les bornes sont-elles alimentées de manière optimale ? "L'assemblage robotisé de rails de montage testé avec succès avec le logiciel IPA est un bon point de départ pour une coopération future dans ce domaine de la recherche liée à l'industrie et de nouveaux développements vers une utilisation productive", déclare Dörbaum.

Informations sur l'auteur :

Frank Nagele est responsable du groupe de programmation et de contrôle des robots à l'Institut Fraunhofer pour l'ingénierie de fabrication et l'automatisation IPA ; frank.naegele@ipa.fraunhofer.de ; +49 711 9701063

Contacts WAGO :
Burkhard Niemann est chef de produit pour les composants d'armoire de commande et Lena Wilkening est responsable de la communication

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