Communiqué de presse

Technologie de vissage

 

(Communiqué de presse, mars 2010) Recherche : alternatives au montage du réseau de câblage de bord

Les voitures légères épargnent aussi bien l'environnement que le portefeuille

 

Une pose automatique des câbles plats pour réduire les coûts et le poids

Dans l'industrie automobile, tous les indicateurs sont au changement. Politiciens et automobilistes déclarent la guerre au changement climatique en favorisant des voitures consommant moins et émettant ainsi sensiblement moins de CO 2 . Parallèlement à la recherche de nouveaux systèmes d'entraînement convaincants pour remplacer les traditionnels moteurs à combustion interne, il s'agit désormais de trouver des moyens de réaliser des économies. L'une des approches consiste à réduire le poids des véhicules. De nos jours, la majeure partie des équipements favoris d'une voiture neuve repose sur les fonctions faisant appel à l'électronique. Or ce sont précisément ces instruments électroniques qui entraînent une augmentation du poids et du coût des véhicules : l'alourdissement provient des traditionnels faisceaux de câbles toujours plus massifs et volumineux, et les coûts, dus à la confection et au montage, pour lesquels aucune automatisation ou presque n'est possible avec les technologies existantes. Partant du principe que le remplacement des faisceaux de câbles traditionnels par des conducteurs plats pouvait réduire le coût et le poids des véhicules, les scientifiques de la chaire d'automatismes industriels et de systématique de production (Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik, FAPS) de l'université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg se sont penchés sur la question : afin de réaliser une application et un montage automatisés de conducteurs plats flexibles, ils ont mis au point un prototype d'installation adéquat. Le dispositif de recherche de la FAPS permet, à l'aide de robots, de poser des conducteurs plats multifilaires sur des modules tridimensionnels de surface (par ex. sur une portière de véhicule), et de les assembler à l'aide d'une colle thermofusible ou par soudage laser. L'étude s'est concentrée sur le problème du raccordement entre le câble et les éléments fonctionnels, puisqu'après la pose les gaines ne sont accessible que d'un seul côté. Il fallait mettre au point un nouveau mode de connexion, pouvoir l'automatiser et rendre superflue l'étape supplémentaire du dénudage. Succès de l'opération : un brevet déposé pour un système de connexion directe par bride. Ce concept permet de commencer par mettre en place le conducteur plat de connexion sur un petit "îlot de contact". Au cours de l'application linéaire des éléments fonctionnels à connecter, les lames des deux pattes de contact d'une bride séparent la couche isolante du conducteur plat, glissent sur le fil de cuivre et s'immiscent sous la couche isolante. Jusqu'au vissage définitif des éléments fonctionnels (par ex. un haut-parleur) sur le support (module de portière), une force doit alors être appliquée vers le bas afin de contrer l'effet de ressort de la bride. Le vissage permet ensuite d'obtenir l'assemblage électrique forcé et redondant souhaité entre le conducteur plat et l'élément fonctionnel. La faisabilité de la connexion directe par bride a été démontrée et évaluée dans différentes cellules d'assemblage de la FAPS. On étudia alors entre autre la pose automatique et le raccordement des conducteurs plats, ainsi que le montage entièrement automatisé de modules de voitures équipés de ces mêmes conducteurs. Dans une des cellules d'assemblage, deux robots utilisent de manière exemplaire le raccordement direct par brides pour monter les conducteurs plats et les systèmes électriques, ici un haut-parleur, sur une portière. Deux robots linéaires de type Reis Robotics RL16 sont disposés de manière à partager un espace de travail commun. Afin d'élargir l'espace de travail des robots linéaires, la pièce est amenée sur un hexapode autorisant davantage de changements de position. L'acheminement des pièces au sein de la cellule est assuré par un système de double bande. Différents outils sont à la disposition des robots dans les stations de l'outil préhenseur de la cellule d'assemblage. Le raccordement électrique du haut-parleur avec le conducteur méplat de la portière du véhicule fait appel à un système de vissage complexe nécessitant une unité d'alimentation de vis et un système de préhension des connexions sophistiqués. Tandis que le préhenseur était mis spécialement au point pour cette application par les scientifiques de la chaire, l'équipe du professeur Markus Michl confiait l'outil de vissage, l'approvisionnement en vis et le système de guidage des vis au spécialiste bavarois du vissage et de l'automation DEPRAG SCHULZ GMBH & CO. KG. Le composant principal du système de vissage est constitué d'une visseuse DEPRAG de type MINIMAT®-EC 320E27-0042 avec un couple de vissage de 0,7 à 4,2 Nm adapté à la présente utilisation. Selon le Dr Markus Michl : "Grâce à ses dimensions réduites et à son poids minime, cet appareil s'avère être le mieux adapté comme outil de vissage sur l'effecteur final du robot. " Pour que la visseuse MINIMAT®-EC puisse visser automatiquement les quatre vis M4 x 12 mm du haut-parleur, la FAPS a eu recours à une unité d'alimentation en vis du programme de produits standard de DEPRAG. Basé sur une technologie d'alimentation par vibrations, le chargement des vis se distingue par sa cadence et sa grande fiabilité. Il est composé d'un bol vibrant, d'une cuve d'alimentation hélicoïdale simple et d'un séparateur de vis. Avant chaque processus de vissage, les vis sont automatiquement envoyées dans un tuyau d'alimentation. La vis est parfaitement guidée par le bec et l'embout à pinces, puis précisément positionnée pour le vissage. Le robot place la visseuse, le bec et l'embout à pinces au niveau du point de fixation. Une unité linéaire aide la visseuse à descendre (sa lame plonge à travers le bec et l'embout à pinces) jusqu'à la tête de vis. Au signal de départ envoyé par la commande principale, la vis envoyée à travers le tuyau d'alimentation est alors vissée. Les vis sont fixées par un procédé en deux temps : la vis est d'abord introduite à vitesse réduite, puis serrée une fois à un couple prédéfini (1,2 Nm mini. / 1,8 Nm maxi.). Dès que le couple de vissage est atteint, la visseuse s'arrête automatiquement. La vis est fermement vissée dans la pièce, avec un couple de vissage toujours identique et sans jamais dépasser un écart-type maximal de 3 %. La vis est vissée en moins de 1,3 s. Ce processus est surveillé par la commande séquentielle AST10 de DEPRAG , qui est intégrée dans le système de contrôle centralisé de la cellule d'assemblage. Bernd März, responsable du centre de développement mécatronique de DEPRAG, décrit les multiples possibilités d'utilisations de l'AST10 : "Notre commande séquentielle AST10 sert autant dans les dispositifs d'assemblage entièrement automatisés que sur les postes de travail manuels." Elle est utilisée comme commande de vissage dans les moteurs EC sans balais pour le pilotage, le contrôle et la surveillance à distance des opérations de vissage, la collecte et la centralisation des données, la comparaison des données avec des bases de données externes, et pour permettre un accès aux données depuis n'importe quel endroit. Ses avantages résident dans sa grande précision, l'ergonomie de son logiciel, son interface http et son serveur Web intégré. Le Dr Markus Michl a opté pour la commande de vissage AST10 de DEPRAG "parce que la facilité d'intégration dans notre système de pilotage nous a convaincus". Principal élément de pilotage du prototype de montage de la FAPS : un PC, raccordé via différentes interfaces à chaque commande de l'appareil, comme par exemple l'AST10, peut les piloter selon les besoins. Le calculateur de pilotage est relié par Ethernet aux deux commandes de la machine du robot industriel, qui peuvent recevoir de l'extérieur des indications de fonctionnement par paquets de données au format XML. De la même manière, une communication peut également être établie par Ethernet avec l'hexapode. En outre, deux IO-Warrior (microcontrôleurs de surveillance du processus) sont raccordés par USB, permettant de lire des données de commandes logicielles comme la mise à disposition et la lecture d'entrées et de sorties numériques. L'IO-Warrior permet d'interconnecter des acteurs (électrovannes pour le pilotage de l'air comprimé) et des capteurs (contrôle de l'envoi des vis, détection de l'avance de l'unité linéaire) avec le calculateur de pilotage, permettant ainsi de coordonner le travail du convoyeur hélicoïdal vibrant comme celui des éléments d'alimentation. La commande de vissage séquentielle AST10 de DEPRAG est connectée à l'IO-Warrior par l'intermédiaire du port PLC. Cette interface de communication permet de transmettre à la commande de vissage le programme de vissage choisi, de déclencher le début du vissage et de recevoir les retours d'informations provenant de la commande de vissage (système conforme/non conforme, et vissage conforme/non conforme). Des connexions séquentielles et Ethernet vers la commande de vissage permettent en outre, dans le cadre de la surveillance du processus, de collecter des informations détaillées sur le déroulement du processus de vissage. Des chaînes de données peuvent être transmises, comme par ex. des informations concernant le couple final du vissage ou les codes d'erreurs. Le contenu de ces chaînes de données peut être configuré à l'avance via l'interface de configuration en ligne de la commande AST10. Une requête http peut être effectuée pour accéder à l'analyse du processus et à la documentation d'un enregistrement de données détaillé du processus de vissage. Pour analyser les erreurs et surveiller le processus, il est par exemple possible d'obtenir le couple de vissage, le tracé de l'angle de rotation et le numéro de l'étape de vissage en à peine quelques millisecondes. Selon le Dr Markus Michl, ces interconnexions de données techniques permettent de réunir les conditions idéales pour une coordination centrale conviviale de l'ensemble de la cellule d'assemblage. Pour rendre cela le plus simple possible pour l'opérateur, les fonctions élémentaires comme les mouvements du robot ou de l'hexapode, l'alimentation en vis ou l'exécution des programmes de vissage sont résumées dans une commande de déroulement, implémentée dans le langage de script orienté objets Python. L'opérateur se voit ainsi grandement soulagé : plus besoin de perdre du temps et de risquer de commettre des erreurs pour créer un programme séquentiel. Il n'a plus qu'à spécifier les instructions à l'appareil dans un format de données prédéfini. Le schéma de données choisi contient toujours cinq éléments selon le modèle "nom de la commande/condition préalable/nom de la machine/ordre/paramètre". Et voilà le montage du module de portière qui se déroule automatiquement : le module de portière avec les conducteurs plats déjà appliqués ainsi que le haut-parleur à installer sont acheminés dans le système de transfert interne. La portière nue est fixée sur une palette, laquelle est bridée sur l'hexapode. Le robot équipé du préhenseur de connexion saisit ensuite le haut-parleur et le place dans la position de montage prédéfinie. La connexion entre le conducteur plat et le haut-parleur est alors réalisée. Difficulté majeure : le robot doit rester dans cette position jusqu'à ce que le haut-parleur soit vissé. Ceci est la tâche du deuxième robot, qui manipule l'outil de vissage. Il se met en marche à chaque point de fixation, où une vis lui est fournie. Ceci active le processus de vissage, et la vis est vissée selon le couple de vissage prédéfini. Ce processus est renouvelé pour chaque point de fixation. Les robots reviennent ensuite en position de départ, puis le module de portière monté est extrait de la cellule. Le Dr Markus Michl souligne le potentiel du dispositif de recherche : "Grâce à la flexibilité des outils logiciels mis au point, des processus bien plus complexes comptant un plus grand nombre de composants à connecter sur le module de portière pourront être testés de la même manière et à moindres frais." La fabrication d'autres unités de modules ainsi que l'utilisation d'autres technologies de connexion pourraient aussi simplement être réalisées. Mais avant de répandre l'utilisation de cette nouvelle technologie dans l'automobile, quelques recherches finales doivent encore être effectuées. Les recherches à long terme des scientifiques comprennent entre autres l'analyse de la fiabilité de ces types-là mais aussi d'autres câblages et raccordements substitutifs. Chaire d'automatismes industriels et de systématique de production La chaire d'automatismes industriels et de systématique de production (Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik, FAPS) fait partie de l'université Friedrich-Alexander d'Erlangen-Nuremberg, le centre de la recherche scientifique et de la formation dans la région de Nuremberg. Quelques 24 000 étudiants répartis dans 11 facultés y trouvent un large choix d'orientations universitaires. Sous la direction du professeur Jörg Franke, environ 20 chercheurs collaborent au sein de la chaire de FAPS, et mènent leurs recherches autour de différents thèmes : conception de processus et d'installations dans les domaines de la manutention et de l'assemblage, de la production électronique ou encore de la planification et de la simulation. De nombreux projets de recherche et de coopération (BMBF, BFS, DFG, AiF, EU) ont été réalisés avec succès. En outre, la chaire participe à un projet de recherche de la Deutschen Forschungsgemeinschaft (communauté des chercheurs allemands). Le Dr Markus Michl, né en 1980, est employé de la chaire depuis 2006 et impliqué dans des domaines précis du développement de systèmes de surveillance et de diagnostics pour unités de fabrication. L'ingénieur Christian Ziegler, né en 1979, a également rejoint la chaire en 2006, où il et en charge des techniques de manutention et d'assemblage.

DEPRAG SCHULZ GMBH &. CO. KG est un prestataire de services globaux de renom dans le domaine des appareils de vissage, des moteurs et des appareils pneumatiques et de l'automation. Il compte près de 600 employés dans plus de 50 pays. Les techniques de vissage et de mesure de haute précision et la grande flexibilité font partie des compétences clés du fabricant de machines et d'installations siégeant dans la ville bavaroise d'Amberg. Les techniques de vissage et d'entraînement les plus innovantes font partie intégrante du savoir-faire de ce spécialiste de l'automation, dont la plupart des composants clés sont développés en interne. Ceci représente un avantage de poids pour le client lors de la conception et réalisation de son projet : on lui apporte les éléments essentiels de son installation, et il évite les problèmes de responsabilité complexes entre le monteur de l'installation et le fabricant des composants.

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Fax : 09621 371-199
Courriel : d.duebbelde@deprag.de

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