A l’entrée d’une ligne de production
automatisée, il est commun de positionner
des pièces pour permettre leur assemblage.
Effectuée manuellement, cette opération
est l’une des plus harassantes et des plus
inintéressantes qui soit… Des briques
technologiques mariant la robotique à la
vision industrielle permettent de créer
des systèmes de dévracage flexibles qui
devraient séduire les industriels dans
nombre de secteurs.
Installée à quelques kilomètres de Lisieux en
Normandie, la société Bernay Automation
est spécialisée dans la distribution de
composants dans une ligne d’assemblage
depuis sa création en 1982. Elle étudie
par exemple, l’installation et la mise en
exploitation de bols vibrants pour nombre
de ses clients, s’adressant ainsi à différents
secteurs de l’industrie manufacturière.
Dans le cadre de cette démarche,
Bernay Automation qui se tourne vers
les technologies de l’Industrie 4.0, s’est
intéressée à la problématique de la
distribution robotisée de pièces disposées
en vrac, aussi nommée communément
dévracage… un mot qui s’il n’est pas encore
dans le dictionnaire, n’en recouvre pas moins
une activité indispensable pour améliorer
l’approvisionnement des lignes de production
en pièces détachées.
Pour résumer de la manière la plus succincte,
il s’agit de prendre des composants en vrac
pour les apporter, les orienter et les déposer
dans une position précise, à une cadence
déterminée afin de procéder à des opérations
d’assemblage ou de conditionnement.
Le dévracage en amont des lignes de
production répond à différentes nécessités
dont les plus déterminantes sont la réduction
des risques de maladies professionnelles,
notamment les troubles musculosquelettiques
(TMS), l’amélioration de la productivité et
l’accroissement de la flexibilité.
Vers le dévracage
robotisé
Dans le cadre d’un plan de transformation
vers l’Industrie du Futur, Bernay Automation
développe une nouvelle offre de produits et
de services autour de solutions de dévracage
robotisées bien sûr, mais aussi connectées.
Pour créer une solution de dévracage flexible
en s’appuyant sur les technologies numériques,
les équipes de l’entreprise ont plus réfléchi à
une philosophie qu’elles ne se sont attachées
aux seules ressources matérielles. Restait un
défi de taille à relever consistant à comprendre
comment satisfaire un client dont on ne
connaît pas encore toutes les exigences.
Bernay Automation a appliqué sa
méthodologie qui repose sur la connaissance
du produit d’une part, mais aussi sur la
maîtrise des technologies et des équipements
utilisables dans un cadre industriel.
L’idée qui s’est rapidement imposée est celle
d’une cellule constituée de plusieurs briques
en assemblant des connaissances issues de
différents métiers comme les automatismes,
l’informatique industrielle et la vision
numérique. Et pour plus de souplesse, la cellule
a été nativement conçue pour fonctionner de
manière autonome mais également pour être
intégrable dans une ligne de production à la
suite d’une simple adaptation de l’automate.
La création d’une cellule adaptable aux attentes
de différents industriels, nécessite d’être en
mesure de prendre en charge des pièces de
différentes formes, différentes tailles et de
différents poids. Dans un tel cas, le bol vibrant
se révèle inadapté puisqu’il convient à un type
d’objets de forme précise. L’entrée dans le
périmètre de la cellule de dévracage robotisée,
est assurée par une trémie vibrante qui dépose
les pièces dans un bac, lui-même placé au
sommet d’une plateforme vibrante pilotée par
un dispositif logiciel. De forme tubulaire, les
pièces présentent une encoche sur l’une de
leurs extrémités, ce qui va nécessiter de les
orienter avec précision avant de les déposer
dans un rack.
Cette solution appelée Asycube : fabriquée
par Asyril, accepte des pièces de géométries
variables qui sont préalablement séparées
les unes des autres par un mécanisme de
vibration douce sur trois axes autorisant des
déplacements dans toutes les directions. En
plus du bac et de la plateforme vibrante, le
système Asycube comporte encore une caméra
2D équipée d’un dispositif d’éclairage qui est
reliée à un PC industriel sans ventilation.
L’intégration de cette première brique digitale
avec les autres éléments qui composent la
cellule de dévracage, est d’autant plus simple
que Asyril propose des connecteurs logiciels
permettant de relier le système Asycube avec
les robots de constructeurs comme Denso,
Fanuc et Stäubli. On notera encore que le PC
industriel intègre aussi une passerelle logicielle
qui lui permet de dialoguer avec les réseaux aux
standards EtherCAT, Ethernet/IP et Profinet.
Deux déclinaisons
complémentaires de
la vision industrielle
La première étape consiste à faire vibrer la
trémie pour approvisionner le plateau de la
solution Asycube. En fonction des résultats
de l’analyse de l‘image, le système SmartSight
fait vibrer la table de manière précise, grâce
à quatre actionneurs indépendants en jouant
sur l’amplitude des mouvements, leurs
fréquences et leurs déphasages. Les pièces
aléatoirement disposées dans le bac, vont
être séparées les unes des autres pour les
rendre préhensibles par le robot qui est au
coeur du dispositif.
La caméra CCD d’une résolution de
5 mégapixels secondée par un dispositif
d’éclairage en lumière visible, reliée à la
solution logicielle SmartSight, assure la
détection visuelle des pièces dans le bac afin
d’ajuster les mouvements de la plateforme
à trois axes. La résolution élevée permet
d’acquérir des images dont la finesse
va garantir la réalisation des opérations
attendues avec une grande précision.
Le logiciel s’exécutant sur le PC industriel,
analyse l’image pour en extraire des jeux
de coordonnées euclidiennes en X et Y permettant le repérage des pièces disposées dans le bac, auxquelles
s’ajoute un radian rZ qui indique leur angle en rotation par rapport à
un référentiel. Chaque jeu de coordonnées recense donc la position
de chaque pièce, le système SmartSight ayant préalablement écarté
celles qui sont trop proches les unes des autres ou situées en dehors
de l’espace adressable par le système de préhension.
Pour montrer que cette solution de dévracage robotisé peut
s’intégrer dans une ligne de production déjà en fonctionnement,
l’équipe technique de Bernay Automation a installé un automate
Simatic S7-1200 de Siemens au centre de sa cellule de démonstration.
Il coordonne les différentes fonctions de cette dernière, gère le
séquencement des étapes et active les sous-ensembles au gré des
actions à réaliser. Cet automate programmable qui joue le rôle de
point central dans la cellule de démonstration, peut aussi être vu
comme une passerelle permettant d’intégrer cette solution dans une
ligne de production automatisée complète. Dans une application
réelle, il pourrait être remplacé par l’un des automates de la ligne de
production ciblée, afin de réduire le coût de la solution. Le choix d’un
automate Siemens permet à Bernay Automation de coordonner les
échanges de données déterministes au travers d’un réseau Profinet.
D’un point de vue opérationnel, l’automate récupère le premier jeu
de coordonnées X, Y, rZ, qu’il met à la disposition d’un robot Fanuc
LR Mate 200iD, au moyen de la liaison Profinet. En se basant, sur ces
informations, le robot se déplace, oriente son préhenseur et saisit la
pièce correspondante.
Avant de déposer la pièce dans un rack, le robot présente cette
dernière à une caméra In-Sight 7802 conçue par Cognex. Cette caméra
équipée d’un flash externe, est bien plus qu’un banal équipement
de capture d’images puisqu’elle intègre une unité de traitement
numérique autonome – un mini PC en quelque sorte – capable
d’analyser les images et de communiquer avec l’automate Simatic
S7-1200. Ce dispositif numérique contrôle tout d’abord, la qualité de
la pièce qui lui est présentée afin de déterminer si l’encoche n’est
pas tordue ou cassée. Cette fonction qui peut sembler facultative,
présente une forte valeur ajoutée puisque, en fonction du cahier des
charges du client, le capteur de vision permet de garantir que seules
des pièces conformes aux attentes vont être déposées dans le rack de
sortie. L’unité de traitement de la caméra in-Sight va ensuite traduire
la position de l’encoche en coordonnées radiales, ce qui permet de
définir l’orientation de la pièce par rapport au préhenseur.
La caméra délivre donc un résultat rZ directement exploitable par
l’automate qui peut alors commander intelligemment la dépose de la
pièce par le robot dans le rack de sortie avec l’orientation attendue. On
peut au passage signaler que la caméra Cognex pourrait communiquer
directement avec le contrôleur Fanuc R-30iB qui pilote le robot pour
arriver au même résultat. Le passage par un automate industriel vise à
démontrer que la cellule a vocation à s’intégrer à des ressources déjà
existantes en apportant un système de dévracage intelligent qui va
décharger les opérateurs d’une activité ne présentant aucun intérêt.
Dès que la première pièce est déposée, l’automate récupère le
deuxième jeu de coordonnées qu’il communique au contrôleur du
robot Fanuc et le cycle se reproduit jusqu’à ce que tous les jeux de
coordonnées aient été exploités. La trémie fera alors chuter d’autres
pièces dans la plateforme vibrante Asycube et le système SmartSight
créera un nouveau groupe de jeux de coordonnées spatiales qu’il
mettra à la disposition de l’automate Simatic S7-1200.
La souplesse d’une conception
modulaire
Pour créer cette cellule qui démontre toute la flexibilité et
l’adaptabilité d’une solution de dévracage digitale, l’équipe de Bernay
Automation s’est mobilisée pendant environ trois semaines.
A la lecture de ce qui précède, on comprend sans difficulté que la
cellule se compose de briques élémentaires : la plateforme Asycube
et son système SmartSight, l’automate Siemens qui en quelque sorte,
simule la présence de l’infrastructure d’automatisation industrielle
constituant l’environnement de travail de la cellule, le robot Fanuc,
son contrôleur et la caméra intelligente Cognex qui permettent un
premier niveau de contrôle de la qualité et le bon déroulement des
mouvements.
Cette cellule qui démontre à la fois l’intérêt et l’efficacité d’une
distribution de pièces automatisée, rendue intelligente en s’appuyant
notamment, sur la vision industrielle, dépasse l’image que donne
habituellement Bernay Automation. L’entreprise normande veut par ce
moyen, créer un standard de cellules de distribution flexibles qu’elle va
désormais s’efforcer de faire accepter par ses clients.
