Oltre la saldatura

 

La saldatura robotizzata unita ad operazioni di assemblaggio complesso sta trovando nuove applicazioni nell’industria manifatturiera. L’esperienza di SIR Soluzioni Industriali Robotizzate in alcune realizzazioni d’avanguardia, dove la robotica viene applicata in senso verticale a tutto il ciclo produttivo.

UNA NUOVA STRATEGIA DI ROBOTIZZAZIONE
La saldatura rappresenta il primo campo di applicazione della moderna robotica e riveste tuttora un ruolo di primaria importanza nel settore automotive. Generalmente le linee di costruzione delle vetture vedono impiegate tecnologie consolidate che hanno raggiunto un elevato grado di maturità. Le soluzioni divengono più complesse nel caso si utilizzi l’automazione ad un livello più globale, facendo convergere sullo stesso impianto applicazioni che, oltre alla saldatura, spazino in più campi di utilizzo della robotica, dall’assemblaggio all’handling, dal processo alla pallettizzazione, realizzando in sostanza delle vere e proprie linee di saldatura integrata. Il discorso si complica ulteriormente se le linee di produzione devono garantire la flessibilità necessaria per adattarsi ai continui cambi lotto delle moderne produzioni industriali, orientate alla costante diminuzione degli stoccaggi da un lato e alla customizzazione dei prodotti dall’altro, spesso suddivisi in decine di famiglie e modelli. Lo studio di soluzioni robotizzate che uniscano saldatura ed assemblaggio prevede l’applicazione di aspetti tecnologici di notevole spessore, a causa della complessità delle operazioni che devono avvenire in tempi ciclo estremamente ridotti. Tale studio coinvolge in egual modo strategie aziendali, organizzazione del flusso produttivo e problematiche di logistica industriale, al fine di garantire l’abbattimento dei costi e il raggiungimento di una qualità alta, costante, ripetitiva dei manufatti. SIR spa (Modena), uno dei maggiori system integrator a livello internazionale, ha realizzato diverse linee automatizzate preposte alla saldatura ad elevato valore aggiunto, dove il livello di integrazione tra manipolatori, strumenti e dispositivi accessori diviene estremamente elevato.

 

ASCENSORI ROBOTIZZATI
Tra le tanti applicazioni, occupa senz’altro un ruolo di rilievo la produzione e l’assemblaggio automatizzato delle porte per ascensori, soluzione implementata per una delle aziende leader del settore. L’impianto è suddiviso in due grandi macrolinee, una dedicata alla produzione delle ante delle porte, la seconda a quella dei montanti, entrambe in grado di gestire il lotto unitario. La linea di assemblaggio ante prevede operazioni di saldatura, smerigliatura, montaggio vero e proprio e pallettizzazione. A monte è presente una macchina pannellatrice, che effettua lavorazioni di taglio, piegatura, sagomatura dei pannelli in lamiera destinati alla realizzazione delle ante, suddivisi in 3 tipologie a seconda del materiale utilizzato. Il primo robot dell’impianto è dedito proprio al prelievo di tali pannelli e al deposito degli stessi su un’unità di carico vuota, in uscita da un magazzino automatico. Le ante vengono successivamente depallettizzate da un secondo antropomorfo e caricate sulla linea di assemblaggio, che prevede una prima fase di etichettatura al fine di garantire la successiva rintracciabilità di ogni singolo componente. Grazie all’utilizzo di una coppia di elettromandrini dotati di dischi abrasivi montati sugli end effector di altrettanti robot, viene eliminata la pellicola protettiva della lamiera nelle zone in cui dovranno essere saldati il gruppo labirinto, le rotelle di scorrimento e gli elementi di rinforzo. La linea prosegue con un robot di movimentazione centrale, dedito in prima istanza al carico della cella di montaggio rotelle, di 2 diverse tipologie di materiale a seconda del codice attualmente prodotto e posizionate in altrettanti cassoni. Il robot preposto all’assemblaggio, dotato di un sistema prensile appositamente studiato, è in grado di installare 2 o 4 gruppi rotelle a seconda del codice in ingresso, prelevandoli dai cassoni sopra menzionati. E’ ora il turno di 3 ulteriori antropomorfi, atti alla saldatura simultanea, per ragioni di tempo ciclo, dei bottoni di fissaggio ai gruppi rotelle. Successivamente, il robot di movimentazione centrale trasla l’anta sull’unità di input della seconda isola di lavorazione, dove altri antropomorfi implementano le operazioni di applicazione del collante e di posizionamento dei listelli di rinforzo e dei Knock & Fills (pannelli fonoassorbenti), precedentemente prelevati e fasati. Un pressore opportunamente dimensionato blocca il listello di rinforzo e i pannelli, mentre un ulteriore robot di saldatura si dedica al fissaggio degli stessi alla struttura. Dopo il deposito dell’anta sulla linea di avanzamento, si procede con la marcatura, attraverso opportuni codici di riconoscimento, del listello di rinforzo: l’operazione è necessaria in quanto i dati di ogni singolo elevatore dovranno essere riconoscibili anche in caso di incidente od incendio. I gruppi labirinto vengono invece assemblati nella cella successiva, dotata di 2 antropomorfi che, in base al codice in ingresso, potranno optare tra il montaggio di 6 differenti tipologie di gruppo, alimentate in altrettanti cassoni. La cella in questione prevede operazioni complesse, quali la movimentazione dell’intera anta, il posizionamento dei gruppi, la saldatura dei labirinti. A questo punto, l’anta è finalmente terminata e potrà essere depositata sul nastro trasportatore di uscita, dove un sistema pick and place si occuperà del riempimento delle unità di carico da porre nel magazzino centralizzato.
E’ importante sottolineare come ogni stazione sia caratterizzata da sistemi di controllo e collaudo funzionale, in grado di rilevare e segnalare eventuali anomalie di assemblaggio e saldatura ad ogni fase di lavorazione. Le ante che presentano problemi o difettosità proseguono comunque attraverso le varie stazioni, ma verranno marchiate tramite bollini di vernice per una facile individuazione sulle baie di uscita.
La soluzione logistica sopra descritta, con analoghi robot di depallettizzazione e pallettizzazione dell’unità di carico a monte e a valle dell’impianto, viene utilizzata anche per la linea di assemblaggio dei montanti, parallela alla precedente. Dopo il carico in linea, i montanti, di 4 differenti tipologie e dimensioni, vengono movimentati dall’ennesimo antropomorfo, dedito all’asservimento di una trancia atta all’effettuazione di diverse personalizzazioni, quali la creazione degli opportuni fori in cui verranno alloggiati i funghi di emergenza, le bottoniere ed altri dispositivi. Nella cella successiva si procede alla spazzolatura dei rinforzi e al fissaggio degli stessi ai montanti mediante saldatura a punti. Lo stesso robot preposto al carico/scarico dell’attrezzatura si occupa anche dell’asservimento della stazione seguente, in cui vengono prelevate da pallet varie tipologie di bottoniere di forma quadra o rotonda, che saranno posizionate sul montante. Un ulteriore robot consente l’esecuzione della saldatura delle stesse bottoniere e delle staffe di supporto, alimentate tramite un vibratore. Il montante così terminato verrà successivamente pallettizzato e inviato al magazzino centrale di stoccaggio.
Al fine di garantire la necessaria flessibilità, sia in tale linea che in quella precedente i sistemi di alimentazione assumono un’importanza fondamentale e devono essere studiati appositamente per le diverse tipologie di elementi, garantendo al contempo la possibilità di alloggiare modelli e sottofamiglie derivate. Anche le attrezzature di fissaggio delle stazioni di saldatura, spesso realizzate con appositi posizionatori rotanti ad assi controllati, devono garantire i medesimi requisiti di flessibilità.

 

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SALDATURA ED ASSEMBLAGGIO COMPLESSO NEL SETTORE AUTOMOTIVE
Ma SIR non si è dedicata solamente agli ascensori: le applicazioni, in special modo per quanto riguarda il settore automotive, sono infatti numerose. Particolare importanza rivestono le implementazioni volte alla saldatura e al montaggio dei telai in alluminio per vetture ad elevate prestazioni, dove la fusione mirata di diverse tecnologie ha portato a notevoli risultati. Queste linee vedono la presenza di numerosi robot paralleli preposti alla saldatura dei sottogruppi del telaio stesso, quali le parti posteriore ed anteriore, i componenti laterali e il tunnel centrale. L’assemblaggio di quest’ultimo prevede operazioni di notevole complessità, poiché la saldatura si fonde con l’implementazione dell’incollaggio degli elementi in alluminio e l’avvitatura robotizzata ottenuta grazie all’utilizzo di viti Ejot. Una volta terminati i sottogruppi, si entra nel cuore dell’applicazione, costituita da una slitta di movimentazione centrale in grado di trasportare attraverso le varie stazioni automatizzate i complessi attrezzi su cui il telaio è adagiato e riferito. Un robot di movimentazione preleva e deposita i vari componenti sulla slitta centrale, a seconda del tipo di operazione richiesta. Il tunnel, in particolare, prevede uno stazionamento preliminare in un forno di polimerizzazione, al fine di ottenere l’essicazione del collante, prima di essere depositato sulla slitta stessa. Quest’ultima entra successivamente in una cella dotata di 4 robot in grado di lavorare in modalità parallela, che eseguono la saldatura delle parti laterali ed anteriore. Il telaio viene poi prelevato dal robot di movimentazione, vero “operatore” dell’intera linea, per essere deposto in un’unità di misura automatica, al fine di rilevare eventuali difetti dimensionali causati dalle precedenti operazioni di saldatura. Si passa quindi in un’ulteriore cella, anch’essa dotata di 4 robot paralleli, preposta all’assemblaggio e alla saldatura della parte posteriore e della traversa di collegamento. La linea termina con 2 stazioni di lavorazione manuale caricate dall’antropomorfo, dove l’operatore potrà effettuare alcuni ritocchi finali sul telaio così completato.

 

I VANTAGGI DELLA SOLUZIONE GLOBALE
E’ importante notare come le automazioni sopra descritte assicurino una notevole riduzione di tempi e costi di produzione. L’automatizzazione delle operazioni di movimentazione ed assemblaggio delle linee ante e montanti ha consentito ad esempio di ottenere tempi ciclo di grande rilievo, attestati a 25 e 32 secondi rispettivamente, a fronte di un’efficienza produttiva che si aggira nell’intorno del 95%. Nel caso dei telai per il settore automotive, malgrado l’estrema complessità delle operazioni, la linea SIR è in grado di fornire uno chassis completo ogni 17 minuti. Si tratta di risultati straordinari, che ben dimostrano come la robotizzazione globale rappresenti la risposta delle moderne aziende manifatturiere alle esigenze e alle sfide imposte dalla concorrenza dei paesi emergenti. Va inoltre ricordato che la flessibilità deve essere sempre portata al massimo livello: nel caso degli ascensori si lavora spesso a lotto uno, per cui tutta la linea deve potersi riattrezzare autonomamente e in pochi secondi al cambio prodotto, tramite operazioni di sostituzione delle griffe robot, dei componenti funzionali delle macchine dedicate, degli stessi programmi di movimentazione e processo. L’integrazione di diverse tecnologie ha permesso in sostanza di realizzare impianti che, a differenza di quelle tradizionali, non sono più preposti ad un unico scopo, alla sola ed esclusiva saldatura. Le linee SIR affiancano alle consuete operazioni tecniche di automazione volte alla robotizzazione di intere sequenze di lavorazione nel ciclo produttivo. Per questo possiamo ben affermare che, con le sue soluzioni, l’azienda modenese ha intrapreso un cammino che la porterà verso il futuro dell’automazione, ben oltre la saldatura.

 

Davide Passoni
R&D Department
SIR spa