System monitorowania położenia i mocowania części nadwozia na produkcji

Mniej czujników, prostsza konstrukcja instalacji, brak zakłóceń spowodowanych odpryskami spawalniczymi przy produkcji nadwozia. Zalet wykorzystania elementów Przemysłu 4.0. w branży automotive może być naprawdę wiele. Nawet jeden czujnik wizyjny może zapewnić wiele korzyści jako kompleksowy system monitorujący, znacznie obniżający koszty instalacji. Tego typu optymalizacje wdrażane są wzorem zachodnich zakładów produkcyjnych również w polskich fabrykach przemysłu motoryzacyjnego.

– Od stycznia do marca 2021 roku w Polsce zarejestrowano 117,9 tys. samochodów osobowych, o 9,5 procent więcej w porównaniu z rezultatem pierwszego kwartału 2020 roku. Osiągnięty wzrost był możliwy dzięki dużemu popytowi wśród klientów instytucjonalnych, którzy w tym czasie kupili 84,2 tys. nowych pojazdów, co oznacza poziom wyższy o 16,2 procent rok do roku – komentuje Mirosław Michna w najnowszym raporcie kwartalnym Polskiego Związku Przemysłu Motoryzacyjnego i KPMG w Polsce pod tytułem „Branża motoryzacyjna. Edycja Q2/2021”.

A więc wychodząca z kryzysu po pandemii koronawirusa branża motoryzacyjna znowu się rozpędza. Coraz więcej polskich fabryk implementuje urządzenia smart factory w ramach Industry 4.0, decydując się na montaż nowoczesnych rozwiązań. Takie z powodzeniem wykorzystywane są od wielu lat w zachodniej części Europy.

Fabryka Opla w Rüsselsheim koło Frankfurtu nad Menem bardzo często stawia na innowacyjną technologię w produkcji. Robot przemysłowy łączy różne głęboko tłoczone blachy, które tworzą element nośny nadwozia. Aby praca została wykonana precyzyjnie, wystarczyło dodać czujnik wizyjny i system monitoringu w postaci kamery 3D.

Laserowa analiza za pomocą kamery 3D

Wykorzystane narzędzie to w rzeczywistości ultraczuła kamera 3D ze zintegrowaną analizą obrazu od firmy ifm. Zastosowana tutaj rozdzielczość przetwornika obrazu PMD to 176 na 132 piksele. Dla każdego z 23232 pikseli czujnik podaje dokładną wartość odległości, nawet do 25 razy na sekundę. W przeciwieństwie do skanerów laserowych, czujnik 3D nie zawiera ruchomych części.

– Charakteryzuje go dodatkowo szczególna wytrzymałość, niewielki rozmiar i gwarancja oszczędności w ograniczaniu strat powodowanych na przykład przestojami w parku maszyn. Obraz jest oceniany bezpośrednio w czujniku, dlatego jego dodatkowa ocena przez operatora nie jest już potrzebna. Przestrzeń i dokładna odległość między zaciskiem a czujnikiem jest diagnozowana za pomocą definiowalnych pozycji na obrazie z kamery z tak zwanego ROI, czyli obszaru zainteresowania. Czujnik 3D monitoruje jednocześnie kilka pozycji. Wizualizacja finalnie zapewnia przejrzystość i precyzyjnie wskazuje operatorowi poszczególne etapy obsługi – mówi Krzysztof Smaga, Inżynier ds. Aplikacji / Branża motoryzacyjna z polskiego oddziału ifm electronic.

W praktyce czujnik wykrywa na przykład czy dźwignia napinacza jest otwarta lub zamknięta. Wszystkie zarejestrowane przez taki system monitorowania zdarzenia są przesyłane do sterownika za pomocą zintegrowanego interfejsu. Obraz z kamery może być także pokazywany na żywo. Z kolei przy wykorzystaniu opcji asystenta wizyjnego użytkownik może łatwo ustawić parametry czujnika i zdefiniować ROI czujnika. 

Czujnik wizyjny O3D

W tradycyjnych zastosowaniach najczęściej to dwa czujniki instalowane są nad systemem spawalniczym. Pierwszy w obszarze umieszczania komponentu, a drugi w miejscu spawania. Oba z góry nadzorują spawaną blachę i zaciski w osprzęcie instalacyjnym. Zaletą systemu O3D jest to, że wystarczy tylko jeden czujnik ze definiowanym ROI. Rejony monitorowania dopasowane są do położeń końcowych zacisków i przedmiotów obrabianych. Sam pomiar sygnalizuje zaś odpowiednie odległości do wykrywania, dając konkretną diagnozę, na przykład zgłaszając, czy element jest obecny lub czy zacisk osiągnął swoją pozycję końcową.

Gwarantuje to oszczędność kosztów, ponieważ tylko jeden czujnik wizyjny O3D zastępuje wiele przyrządów, wykrywając pozycję w kilku punktach montażu nadwozia jednocześnie. W niemieckim zakładzie Opla w ten sposób można było zastąpić około 80 procent konwencjonalnych czujników. A to nie koniec, bo jak przekonują inżynierowie, istnieje jeszcze większy potencjał oszczędności dzięki ograniczeniu okablowania, akcesoriów instalacyjnych i punktów wejścia oraz wyjścia w sterowniku.

– Zastosowanie czujnika O3D daje nam zupełnie nowe możliwości. Mamy więcej przestrzeni konstrukcyjnej i więcej miejsca na dostęp do punktów zgrzewalniczych. Ponadto możemy wyeliminować podatność na awarie czujników konwencjonalnych. Ponieważ czujnik jest zamontowany wysoko nad obszarem zgrzewania. Odpryski zgrzewalnicze nie mogą do niego dotrzeć, co z czasem mogłoby go uszkodzić, jak to jest możliwe w przypadku konwencjonalnych czujników zainstalowanych w pobliżu miejsc zgrzewalniczych – wyjaśnia Claus Moog, inżynier i kierownik projektu, odpowiadający za nadzorowanie operacji, planowania i elektryki w zakładach Opla.

Wizualizacja procesów na linii produkcyjnej

Aby zapewnić i wzmocnić przejrzystość funkcjonowania linii produkcyjnej, Opel zainstalował w swoim zakładzie dodatkowo monitor do wizualizacji. Oprócz graficznej interpretacji procesu trójwymiarowy czujnik może w ten sposób dostarczać również obraz na żywo. Dzięki temu możliwe jest na przykład oznaczenie końcowych pozycji komponentów i zacisków, a następnie ich wizualizowanie na obrazie. Zmieniający się kolor czerwony lub zielony komunikuje operatorowi, czy przedmiot został umieszczony i czy zacisk jest otwarty, czy zamknięty.

W rzeczywistości parametry czujnika są ustawione, a obraz jest dostarczany na żywo. Konstrukcja instalacji to znaczna oszczędność przestrzeni w parku maszyn. Zamiast kilku czujników do wykrywania wielu pozycji potrzebny jest tylko jeden – zainstalowany na dużej i jednocześnie bezpiecznej wysokości.