Case study: Robotyzacja montażu dźwigienek w głowicy silnika

 
Automatyzacja procesów montażowych w branży automotive nie polega dziś wyłącznie na „zastąpieniu operatora robotem". W praktyce to złożona integracja: roboty przemysłowe, system wizyjny, automatyczne podawanie komponentów, sterowanie ruchem, bezpieczeństwo maszynowe oraz ergonomia obsługi.
W tym case study pokazujemy projekt Automatech, w którym wdrożono automatyczną stację montażu dźwigienek w głowicy silnika na linii montażowej. Projekt objął pełną robotyzację montażu, kontrolę wizyjną na dwóch etapach oraz architekturę sterowania opartą o Siemens SIMATIC S7-1500F Fail-Safe.

Wyzwanie: precyzyjny montaż i 100% kontrola jakości
Montaż dźwigienek w głowicy silnika to proces, w którym kluczowe są:
• powtarzalność montażu,
• stabilny czas cyklu,
• eliminacja błędów (pomyłki komponentu, niewłaściwe położenie, brak elementu),
• możliwość bieżącej kontroli jakości bez spowalniania procesu,
• bezpieczeństwo pracy w środowisku zrobotyzowanym.
Celem projektu było stworzenie stanowiska, które zapewni automatyczny montaż komponentów w głowicy, przy jednoczesnej minimalizacji ryzyka przestojów i braków jakościowych.

Koncepcja rozwiązania: roboty + wizja + automatyczne podawanie
Zaprojektowana stacja została zbudowana jako kompletne, autonomiczne gniazdo, które łączyło:
• robotyzację montażu,
• automatyczny transport paletek,
• magazyn paletek,
• system wizyjny Cognex,
• sterowanie PLC z komunikacją przemysłową,
• układ bezpieczeństwa (safety),
• konstrukcję wygrodzeń i drzwi serwisowych.

Robotyzacja montażu: 2 roboty KUKA pracujące po obu stronach linii
Za operacje montażowe odpowiadały dwa roboty przemysłowe:
• KUKA KR 6 R900-2 (2 szt.)
• udźwig: 6 kg
• liczba osi: 6
• zasięg: 901 mm
• stopień ochrony: IP65
• kontroler: KR C4 compact
• panel operatorski: KUKA smartPAD
Roboty zostały rozmieszczone symetrycznie po obu stronach linii – każdy montował po 8 dźwigienek na swojej stronie głowicy. Taki podział procesu pozwolił utrzymać stabilny takt, a jednocześnie zapewnić ergonomiczne i bezpieczne rozmieszczenie stref roboczych.

Chwytak i przezbrojenia: elastyczność w praktyce
W projekcie zastosowano chwytak elektryczny z wymiennymi szczękami. Przygotowano kilka wariantów szczęk umożliwiających przezbrajanie przez operatora.
To rozwiązanie ma duże znaczenie w realiach produkcji automotive, gdzie wymagania procesowe zmieniają się, a elastyczność stanowiska jest równie ważna jak wydajność.

Automatyczny transport paletek: stabilne zasilanie stanowiska
Jednym z najważniejszych elementów stanowiska był automatyczny system transportu paletek z komponentami.
Rozwiązanie obejmowało:
• magazyn paletek o pojemności 16 szt.
• automatyczną windę pobierającą paletkę z półki i przekazującą ją na jedną z dwóch tras transportowych,
• transportery paskowe z pełnym osprzętem:
o popychacze,
o blokady,
o czujniki,
o bandy i elementy zabezpieczające,
• dwie niezależne trasy transportowe zasilające dwa roboty,
• automatyczne odkładanie pustych paletek poza obszar roboczy stacji.
W praktyce takie podejście stabilizuje proces: roboty nie czekają na komponenty, a operator ma jasno określone miejsce załadunku i odbioru.

System podnoszenia silnika: stabilna pozycja robocza
Aby zapewnić powtarzalność procesu montażu, zintegrowano pneumatyczny podnośnik silnika, który zabezpieczał detal w pozycji roboczej.
Stabilizacja detalu ma krytyczne znaczenie dla:
• powtarzalności trajektorii robota,
• poprawności montażu,
• skuteczności inspekcji wizyjnej.

Kontrola wizyjna Cognex: inspekcja przed pobraniem i po montażu
W projekcie wdrożono system wizyjny oparty o:
• Cognex In-Sight 7802 (4 szt.)
• rozdzielczość: 2 MP (monochromatyczna)
• maks. prędkość akwizycji: 76 FPS
• komunikacja Ethernet (w tym możliwość integracji w środowiskach przemysłowych)
• stopień ochrony: IP67
• obiektyw z autofocusem
• zintegrowane oświetlenie
System wizyjny został zaprojektowany jako narzędzie wspierające proces, a nie jedynie kontrola końcowa.
1) Kontrola położenia elementów przed pobraniem
Dwie kamery monitorowały pozycję dźwigienek na automatycznym podajniku tacek. Na tej podstawie system przekazywał robotom współrzędne pobrania.
Korzyść: robot pobiera element pewnie i precyzyjnie, nawet jeśli komponent nie jest idealnie ustawiony.
2) Kontrola po montażu w głowicy
Dwie kolejne kamery sprawdzały pozycję dźwigienek po montażu w głowicy silnika.
Korzyść: natychmiastowa informacja o błędzie montażowym i możliwość reakcji procesu bez generowania braków jakościowych w kolejnych operacjach.

Panele operatorskie Cognex VisionView: szybka obsługa i diagnostyka
Do obsługi systemu wizyjnego zastosowano:
• Cognex VisionView 900 (2 szt.)
• ekran dotykowy 9"
• podgląd obrazu z kamer
• możliwość zmiany wybranych parametrów
Każda para kamer miała przypisany dedykowany panel, co ułatwiało operatorowi szybką diagnostykę i skracało czas reakcji w przypadku alarmów.

Sterowanie i bezpieczeństwo: Siemens S7-1500F Fail-Safe jako fundament
Rdzeń sterowania stanowił:
• Siemens SIMATIC S7-1500 Fail-Safe CPU 1515F
• moduły standardowe i bezpieczne
• rozproszone I/O ET200SP (standard + safety)
• panel operatorski Siemens TP1200 Comfort
• infrastruktura sieciowa Siemens Scalance XC208
• zasilanie Sitop
• falowniki Sinamics G120 (dla napędów pomocniczych)
Synchronizacja i zapobieganie kolizjom
Roboty pracowały po dwóch stronach linii, dlatego jednym z kluczowych aspektów była synchronizacja ruchów oraz logika antykolizyjna. Rozwiązano to poprzez komunikację w sieci przemysłowej oraz koordynację sekwencji przez sterownik PLC.

Bezpieczeństwo maszynowe: architektura safety + analiza ryzyka
Stanowisko zostało wyposażone w kompletne elementy bezpieczeństwa:
• rygle drzwiowe,
• czujniki RFID,
• przyciski STOP AWARIA,
• elementy zabezpieczające dostęp do strefy roboczej.
W ramach projektu wykonano również analizę ryzyka, a finalnie przygotowano dokumentację umożliwiającą formalne wdrożenie stanowiska jako zespołu maszyn.

Konstrukcja mechaniczna: wygrodzenie, drzwi serwisowe i ramy robotów
Projekt obejmował również kompletną mechanikę stacji:
• wygrodzenie strefy roboczej kotwione do posadzki,
• drzwi serwisowe po obu stronach transportera,
• ramy robotów (spawana konstrukcja stalowa, kotwiona do posadzki),
• rama transportu paletek na profilach aluminiowych.
To element często niedoceniany, ale w praktyce decydujący o tym, czy stanowisko będzie wygodne w utrzymaniu ruchu i bezpieczne w eksploatacji.

Zakres prac Automatech: od projektu do uruchomienia
Automatech zrealizował projekt w formule „end-to-end", obejmując:
• projekt mechaniczny,
• projekt elektryczny,
• projekt pneumatyczny,
• programowanie PLC standard,
• programowanie PLC Fail-Safe (bezpieczeństwo),
• programowanie panelu HMI,
• integrację systemu wizyjnego Cognex,
• integrację robotów przemysłowych,
• montaż i uruchomienie,
• instalację i rozruch na obiekcie,
• szkolenia operatorów i utrzymania ruchu,
• dokumentację powykonawczą.

Efekty wdrożenia: stabilność procesu i redukcja ryzyka błędów
Najważniejsze korzyści uzyskane dzięki wdrożeniu:
• automatyzacja precyzyjnego montażu dźwigienek w głowicy,
• stabilne zasilanie robotów komponentami dzięki automatycznemu magazynowi i transporterom,
• 100% kontrola jakości na dwóch etapach:
o przed pobraniem,
o po montażu,
• redukcja ryzyka błędów montażowych,
• spójna integracja robotyki, wizji i bezpieczeństwa w jednej logice sterowania,
• poprawa bezpieczeństwa pracy w środowisku zrobotyzowanym.

Podsumowanie
Ten projekt jest dobrym przykładem nowoczesnej robotyzacji w automotive: nie tylko montaż realizowany przez roboty, ale cały ekosystem obejmujący logistykę komponentów, weryfikację wizyjną, synchronizację ruchów i pełne bezpieczeństwo maszynowe.
Jeśli planujesz robotyzację stanowiska montażowego, modernizację istniejącej linii lub wdrożenie kontroli wizyjnej – Automatech może przygotować kompletną koncepcję, projekt i wdrożenie.