Procesgestuurde cel die op hoge snelheid draait, betaalt zich in 18 dagen terug
Met de programmeerbare Equator meetsystemen maken we de ultieme automatische cel voor lagers bewerken en producten sorteren.
Conroe, Texas, VS – Conroe Machine doet waar de meeste machinefabrieken alleen van dromen: een groep producten harddraaien, de klok rond in een onbemande cel met een zelfsturend proces. Hiervoor is een FANUC robot geïntegreerd met een Equator meetsysteem, waarbij Renishaw EZ-IO software op eenvoudige wijze de uitgebreide communicatie verzorgt voor de 100% productinspectie en de automatische compensatie van een tweespillige Okuma 2SP-250 draaibank. De cel verpakt de producten ook in dozen en plaatst die op pallets. Volgens het bedrijf heeft de draaicel zichzelf al binnen een verbluffende 18 dagen terugbetaald.
Conroe is het bewijs dat iedere fabriek die eraan toe is via het talent van de huidige jonge automatiseringsexperts kan profiteren van nieuwe technologie zoals de programmeerbare Renishaw Equator. De software en het programma werden ontwikkeld door CNC-programmeur James Wardell en roboticatechnicus Jeff Buck. Hetzelfde automatiseringsteam is verder gegaan met het maken voor een klant van een onbemande cel voor producten meten en sorteren, ditmaal met een combinatie van twee Equators, een FANUC robot, een visionsysteem en meerdere straten met lage transportbanden. In beide toepassingen demonstreert de Equator de waarde van programmeerbaar vergelijkend meten door snel een reeks van lagerringen te meten op een voordelige manier, zonder opspanningen of problemen door omstandigheden op de werkvloer.
Conroe Machine is een relatief jong bedrijf, dat in 2000 werd opgericht door Murray ‘Tippy' Touchette met het expliciete doel om onderdelen te produceren met de beste productietechnologie die beschikbaar is. Het bedrijf groeide vlot naar zo'n 150 medewerkers, actief in een geconditioneerde fabriek van 6000 vierkante meter. Hoewel het een algemene machinefabriek is, kreeg de Conroe locatie vlakbij Houston een hoog percentage aan opdrachten uit de olie- en gasindustrie, met name boorcomponenten. Een van de doorlopende opdrachten uit deze sector is de productie van druklagerringen voor slijkmotoren in boorputten. Deze onderdelen worden de klok rond geproduceerd met duizenden per week.
De automatiseringsladder beklimmen
De lagers worden momenteel voorgedraaid op vier Doosan Puma draaibanken, die oorspronkelijk zowel het voor- als nadraaien deden en werden bediend door vier operators. Deze machines zijn nu onderverdeeld in twee cellen die worden beladen en geleegd door FANUC robots, en doen alleen nog het voordraaien. De cellen waren een van de eerdere automatiseringsprojecten van de fabriek. De halffabricaten worden vervolgens gehard tot HRC 65 op een diepte van 1,7 mm en daarna nagedraaid.
"Onze productie bereikte 800 tot 1000 producten per dag met deze twee cellen, dus dagelijks 400 tot 500 per cel", legt James Wardell uit. "We hadden één operator om de machines te laden en de producten te inspecteren. Maar het aantal producten dat een operator goed kan inspecteren heeft ergens een grens, en we wilden de capaciteit nog verder verhogen."
Waarom de Equator?
"Als volgende stap hebben we een geheel automatisch proces bedacht voor het nabewerken, met automatische productinvoer, meten na het proces, automatische gereedschapscompensatie, producten graveren en onderdelen verpakken", licht hij toe. "We hadden de componenten voor zo'n systeem al in ons hoofd, behalve de technologie voor de productmeting, de soort besturing en de software voor gereedschapscompensatie. Het inspecteren moet snel gaan om de cyclustijden van de producten bij te houden, die soms maar 98 seconden zijn. Aanvankelijk keken we vanwege de snelheid naar laserinspectie met wit licht, maar de producten reflecteren daarvoor te veel. We keken ook naar vaste meetopstellingen en naar CMM's op de fabrieksvloer. Vaste meetopstellingen waren erg duur en bewerkelijk bij het instellen, en de CMM's brachten geen hogere snelheid. Terwijl we met Renishaw aan andere projecten werkten, stelde regionaal manager Sheila Schermerhorn ons de Equator voor als mogelijke oplossing."
Voor onze bewerkingscel was er geen ander betaalbaar meetapparaat voor op de werkvloer dat vergelijkbaar was met de Equator.
Conroe Machine (VS)
Gereedschap en software voor procescontrole
De Equator is een betaalbaar flexibel alternatief voor specifieke metingen. Het systeem voert vergelijkende metingen uit. Een referentieproduct met bekende op een CMM gemeten afmetingen wordt op de Equator gebruikt als referentie waarmee alle uitgevoerde metingen worden vergeleken. Direct na een nieuwe referentie is de herhaalbaarheid 0,002 mm. Om veranderingen in de temperatuur op de werkvloer te compenseren, is aan de Equator op elk moment een nieuwe referentie te geven. De Equator maakt gebruik van een SP25 taster voor aanraking en gegevensopname met snelheden tot 1000 punten per seconde. Styli worden opgeslagen in een integraal wisselrek met zes poorten, en het systeem wordt geprogrammeerd via de MODUS™ Equator software. De Equator is handmatig te gebruiken met het gemak van druktoetsen, maar in dit geval is hij ideaal voor opname in Conroes automatische systemen, met de EZ-IO software die voor automatisering zorgt.
"We bezochten begin 2012 een open dag bij Hartwig en zagen de Equator in actie, samen met Okuma's tweespillige dubbele portaaldraaibank", vertelt James Wardell. "Dat was kant- en-klare automatisering voor onze soort producten. Daarnaast heeft de op Windows® gebaseerde tweesporige OSP besturing van de draaibank een platform op pc-basis met open architectuur, wat belangrijk was in ons plan om eigen software voor zelfcompensatie te ontwikkelen."
Equator in de automatische cel
Wardell en Buck gingen verder met een cel te bouwen, bestaande uit de Okuma 2SP-250H, een Equator, een graveermachine en een FANUC M20iA 6-assige robot. In de praktijk worden de twee productcarrousels van de draaibank beladen met onbewerkte werkstukken, ongeveer 300 stuks. De twee portaalbeladers van de draaibank voeden de spindels en plaatsen de bewerkte producten in een goot naar een transportband, waar de robot ze oppakt. De robot zet het product in de Equator voor meting, brengt het bij een goed meetresultaat naar de graveermachine en zorgt tot slot voor verpakking in dozen en op pallets.
"We ontwikkelden onze eigen software voor gereedschapscompensatie, voor uitvoering op de OSP besturing", aldus James Wardell. "Deze software gebruikt meetresultaten van de Equator, overgedragen in de vorm van een csv-bestand, om het gereedschap bij te stellen als het product buiten de toleranties valt." Bij het bewerken wordt ongeveer 0,38 mm van elk van beide productzijden verwijderd, met 0,025 mm als krapste tolerantie en een oppervlakteruwheid van 0,5 micron. De producten variëren in buitendiameter van ongeveer 75 tot 150 mm. "De Equator is met een grote marge gemakkelijk in staat om te meten binnen onze toleranties", zegt James Wardell.
Procesbeheersing
"Onze buiten- en binnendiameters blijven perfect, met hooguit 5 micron variatie in de radius. Wij maken productbatches per grootte, zodat we klauwen van de klauwplaat en ander gereedschap maar minimaal hoeven te verwisselen. Met de snelheid van de Equator kunnen we het proces gemakkelijk bijhouden. We maken maar eenmaal per dag een nieuwe referentie, want onze fabriek wordt geconditioneerd op 22,2 °C."
Inspectieprincipes en automatische flexibiliteit
De meetmethode voor de producten is verbazend simpel. "We maakten een aluminium blok met een gat in het midden, dat midden op de opspanplaat van de Equator geplaatst wordt", legt James Wardell uit. "Op deze manier bepalen we ons middelpunt en stellen we ons coördinatensysteem in. Elk product wordt in het midden van dat blok geplaatst. We raken een keer om het product een midden te geven en scannen dan het oppervlak voor de rest. We hebben het meetproces zo gepland dat er geen opspanningen of styluswissels nodig zijn. Via de EZ-IO automatiseringssoftware van de Equator kiest de robot voor elk type product welk meetprogramma uitgevoerd moet worden. We weten welke kritische maten we moeten meten om zeker te weten dat het product binnen de toleranties is."
Gebruikte producten meten en sorteren
De harddraaicel maakt op dit moment 600 tot 700 producten per dag, waardoor er nog maar één cel nodig is in plaats van de eerdere twee. Dit heeft geleid tot een volgend project voor een productsorteercel voor een klant. Op basis van een schetsmatig concept van Touchette, ontwikkelen Wardell en Buck een meet- en sorteercel voor gebruikte druklagerringen van slijkmotoren.
In werkplaatsen van olievelden worden gebruikte motoren gedemonteerd, gereviseerd en weer in bedrijf gebracht. "De klant inspecteerde de gebruikte ringen visueel om te bepalen of ze herbruikbaar waren. Ze wisten dat ze soms goede producten weggooiden - en daarmee dus geld", zegt James Wardell. "We wilden hun een 'plug and play' meet- en sorteersysteem leveren dat de menselijke beoordeling uit het proces haalt, zodat meer goede ringen worden behouden."
Tijdens het schrijven van dit artikel zijn Buck en Wardell nog bezig een cel samen te stellen die bestaat uit twee Equators, een FANUC LRMate 200iC 6-assige robot, meerdere straten met lage transportbanden, een FANUC iR visionsysteem en een snelle ATI gereedschapswisselaar voor de uiteinden van de robotarmen. Het visionsysteem meldt aan de Equator welk productnummer er aan- komt en welk meetprogramma dan uitgevoerd moet worden. Goede producten gaan na het meten naar de betreffende transportband, en slechte producten gaan naar een band voor uitval.
"We hebben dit systeem zo ontworpen dat het als één geheel per vrachtwagen aan te voeren is en gemakkelijk op te starten is: gewoon de stroom inschakelen en producten op de band leggen", vertelt Jeff Buck.
"Voor onze bewerkingscel was er geen ander betaalbaar meetapparaat voor op de werkvloer dat vergelijkbaar was met de Equator", voegt James Wardell toe. "En we hopen dat onze activiteiten in celintegratie voor een klant een nieuwe zakelijke weg op dit gebied openen voor heel ons bedrijf."