Un fabricante de metales encuentra flexibilidad en su departamento de plegado con los cobots

Jun 12, 2023

Kapco Metal Stamping cuenta con ex especialistas en configuración de plegadoras y operadores interesados ​​en aprender sobre nuevas tecnologías para programar sus cobots en el departamento de plegado. Imágenes: Estampado de metales Kapco

Cualquier fabricante de metales con un gran porcentaje de trabajo de bajo volumen y alta mezcla miró la automatización del doblado en la década de 2010 con un poco de escepticismo. La programación de robots llevó tiempo y el tiempo de inactividad excesivo asociado con la programación de nuevos trabajos fue una señal de alerta para algunos talleres. Además, invertir en un sistema de automatización fijo, completo con jaulas, no era barato.

Esas dudas no impidieron que Kapco Metal Stamping, una empresa de fabricación y conformado de metales en Grafton, Wisconsin, investigara la automatización del doblado hace tres años. Descubrió que la tecnología funcionaba para algunos trabajos, pero no era tan flexible como la empresa necesitaba.

El sistema tenía programación fuera de línea, así que ese no era el problema. El problema era que la celda no podía soportar tanto trabajo de flexión como le hubiera gustado al equipo de fabricación. El software limitaba trabajos complejos con múltiples dobleces. Algunas piezas no encajaban dentro de los límites de la protección que rodeaba al robot doblador. Cuando se cargaban piezas nuevas en la celda para doblarlas, el robot se detenía porque había un humano presente en el área de trabajo; Debido a que la carga de piezas era un proceso manual y llevaba algún tiempo, el robot no funcionaba tanto como le hubiera gustado al equipo de producción de Kapco.

La reciente aparición de robots colaborativos, también conocidos como cobots, ofrece a los fabricantes de metales una nueva perspectiva sobre la automatización. El equipo de ingeniería avanzada de Kapco, responsable de implementar la automatización en las instalaciones de la empresa, vio estos cobots de primera generación en una reciente FABTECH y reconoció que representaban una nueva forma de automatizar las tareas del taller. Aunque los cobots eran parte de una célula, el equipo vio el potencial de poder mover los cobots de una parte de la fábrica a otra.

“Con un robot industrial, se desconecta todo ese activo cuando no se está utilizando. Entonces, en la fabricación por contrato, por ejemplo, cuando un trabajo termina después de dos o tres años, el robot que se usó para hacer ese trabajo ahora no se usa, a menos que se haya preparado algo más”, dijo Joe Bassindale, director de Kapco. Ingeniería de Manufactura. "Queríamos usar cobots para permitirnos seguir ejecutando esos activos [como las plegadoras] manualmente si fuera necesario, pero luego, a medida que avanzamos, podemos utilizarlos por completo para brindarnos todos los beneficios de la automatización".

Bassindale dijo que la flexibilidad del cobot hizo que fuera mucho más fácil para el equipo de ingeniería avanzada defender la inversión en esta automatización. El cobot no solo podría usarse frente a una prensa plegadora, sino que también podría implementarse en una celda de soldadura o frente a una prensa de estampado o un centro de mecanizado.

En 2022, el objetivo de la automatización será el departamento de plegado. Kapco tiene 17 plegadoras que varían en tamaño desde 40 a 250 toneladas.

Según Stuart Swanson, gerente de ingeniería de fabricación avanzada de Kapco, dos de las cinco plegadoras de 40 toneladas de la compañía tenían el volumen y la variedad de piezas típicamente formadas en esas máquinas que las convertían en las candidatas perfectas para la actualización de la automatización.

Kapco seleccionó dos cobots de Universal Robots para la nueva celda de automatización. Los efectores finales (la pinza magnética MG10 y la pinza de dedo 2FG7 de OnRobot) y la mesa de pines se personalizaron internamente. El equipo de ingeniería avanzada trabajó con ingenieros de fabricación para redactar trabajos estándar, realizar capacitaciones, programar números de piezas en la celda y realizar pruebas de preparación para la producción.

Después de firmar la orden de compra de los cobots en abril del año pasado, Kapco comenzó a sentar las bases necesarias antes de que los cobots pudieran ponerse en uso. Los primeros pasos fueron estudios de capacidad para ver qué piezas tenía más sentido dedicar a las células de flexión centradas en el cobot. A partir de ahí, Kapco envió formularios de proceso de aprobación de piezas de producción a clientes clave para informarles sobre los cambios tecnológicos en sus procesos de conformado. Siguió la formación de operadores.

Tom Dennison (derecha) habla con Stuart Swanson sobre un nuevo trabajo programado para el cobot.

Cuando los cobots llegaron al taller en agosto, Kapco estaba listo para comenzar.

"Fue realmente un proyecto implementado muy rápidamente", dijo Swanson.

La celda de freno cobot incluye dos plegadoras, cada una equipada con un cobot y una mesa de pasadores para piezas. Cada cobot toma piezas planas de la mesa de pasadores, las lleva a la plegadora para que se formen y luego las coloca en el embalaje designado. Este proceso continúa hasta que todas las piezas se consumen en la mesa de pines. Los operadores pueden volver a apilar piezas planas en la mesa de pasadores mientras se ejecuta el proceso. Todo el ciclo del programa está contenido dentro del cobot.

Los cobots son expertos incluso en las secuencias de curvas más desafiantes, algunas de las cuales llegan a cinco o seis curvas. Cada uno tiene un sensor de fuerza que le permite colocar la pieza justo contra el tope trasero antes de que se inicie el proceso de doblado. También se puede encontrar una estación de re-agarre cerca de la plegadora en caso de que ciertas piezas requieran un cambio en la forma en que el cobot las presenta a la plegadora.

“Podemos cargar las mesas de pines mientras los cobots están en funcionamiento y también podemos retirar y reemplazar los contenedores de piezas. Así que nunca se detienen”, añadió Swanson.

Kapco ha aprovechado su actual personal de configuración de plegadoras y operadores curiosos por la tecnología como programadores de cobots. Al programar, literalmente agarran la muñeca del cobot y lo arrastran a través del proceso de flexión, y cada movimiento se registra como un "punto de enseñanza", según Swanson. Debido a que las personas que solían configurar y operar los frenos manuales saben cómo hacer el trabajo, solo necesitan unos minutos para enseñar a los cobots cómo realizar trabajos similares.

En cuanto a la programación, Bassindale dijo que las dos células cobot se tratan como cualquier otra prensa plegadora. Se asignan ciertos trabajos a los cobots y se programan cambios cuando son necesarios.

“Lo único realmente diferente es que, antes de los cobots, teníamos una persona en cada uno de estos frenos ejecutando los trabajos, pero ahora no tenemos a esas dos personas allí. Tenemos a alguien que se dedica a monitorear las celdas mientras opera otro activo, lo que ha sido útil para mantener ambas celdas en funcionamiento para maximizar la eficiencia y el tiempo de actividad”, dijo Bassindale.

En una típica célula de robot industrial, una jaula puede oscurecer parcialmente la línea de visión de una persona en el área de producción, pero estos dos cobots operan en un espacio abierto. Se instalan escáneres de seguridad alrededor de cada una de las áreas de la plegadora, por lo que si alguien entra, la velocidad de los cobots se reduce considerablemente. De hecho, si un cobot hace contacto, los sensores de fuerza incorporados lo detendrán.

"Hemos estado funcionando durante un año", dijo Bassindale. "No hemos tenido ningún problema de seguridad ni lesiones".

Durante ese año, los empleados de Kapco también tuvieron la oportunidad de ver de qué es capaz la nueva automatización de plegado. Reconocen que los cobots pueden hacer el trabajo, pero también notan que no son necesariamente tan rápidos como los operadores humanos. Si bien esa observación es precisa, esa tampoco es la historia completa.

Bassindale dijo que los cobots ayudan a maximizar la capacidad de plegado al formar piezas durante toda la semana, tanto durante el turno como entre turnos. Por ejemplo, una mesa de clavijas que está completamente cargada al final del turno puede formar piezas para las siguientes horas. Por eso, cuando todo el mundo vuelve a casa un viernes por la tarde, los cobots siguen doblando piezas.

Bassindale añadió que los cobots, incluso a una velocidad más lenta, ofrecen una repetibilidad que es difícil de igualar para un operador humano. Incluso los operadores de frenos más experimentados son propensos a colocar una pieza contra el tope trasero al revés de vez en cuando, especialmente si tienen que realizar varios trabajos diferentes durante un turno. Por otro lado, un robot fabricará esa pieza de la misma manera siempre, incluso si esas piezas se fabrican con siete días de diferencia.

Swanson dijo que la plegadora también está ayudando a mejorar la seguridad en el departamento de plegado. Las piezas que se consideran “críticas para la seguridad”, dijo, se envían a las plegadoras automáticas. Podrían ser piezas con puntos evidentes de pellizco, por ejemplo.

"Mantenemos a la gente fuera de esos trabajos críticos para la seguridad", dijo Swanson.

Con esta exitosa implementación en su haber, el equipo de ingeniería avanzada ahora se centra en implementar cobots y automatización en otras áreas de la empresa. Swanson dijo que la próxima aplicación podría ser el estampado, y el equipo está analizando una tecnología de escaneo de piezas que eliminará la necesidad de una disposición de mesa específica para la presentación de piezas al cobot. Un cobot debería poder escanear un contenedor lleno de piezas, recogerlas, sin importar la orientación, e introducirlas en la prensa de estampado.

Bassindale dijo que los cobots representan una gran ventaja para cualquier empresa que busque automatizar procesos porque pueden reutilizarse y utilizarse en muchas áreas del negocio. Una empresa podría comenzar usando un cobot en una aplicación de recogida y colocación y luego colocar ese mismo cobot en una aplicación de plegadora.

"Si no funciona aquí, siempre puedes ponerlo en otro lugar", dijo. “Eleva el nivel de confianza para un taller como nosotros [invertir en automatización]. Hay muchas aplicaciones en las que se pueden implementar cobots”.