Hissimoottoreiden magneetit haltuun roboteilla

Koneen hissitehtaalla tiukka laadunvarmistus yhdistyy ainutlaatuiseen kappaleenkäsittelyyn toteutukseen ja edistykselliseen konenäköön.

Artikkeli on julkaistu ABB Oy:n power-asiakaslehden numerossa 3/2016.

Aineisto on saatavana Slideshare-palvelussa: www.slideshare.net/ABBSuomi



Koneen Hyvinkään tehtaalla valmistetaan yhtiön uusimman sukupolven hissimoottoreita. Moottoreiden roottoriin ladotaan valmistusvaiheessa kymmeniä voimakkaita kestomagneetteja, jotka liimataan paikoilleen. Työvaihe on perinteisesti tehty käsin, mutta työtä vaikeuttavat käsiteltävän materiaalin lasimainen hauraus sekä kappaleiden väliset magneettiset voimat.

”Haaveemme oli, että saisimme moottorivalmistuksen liimausprosessin automatisoitua. Päätimme lähteä liikkeelle vaikeimmasta mahdollisesta tehtävästä eli magneettien ladonnasta”, kertoo Koneen koneistojen valmistusteknologiasta vastaava projektipäällikkö Janne Rahunen.

Magneettia on pystyttävä käsittelemään hyvin varovasti. Voimakas magneettikenttä vaikeuttaa ladontaa, ja automatisoinnilla on parannettu paitsi työvaiheen tuottavuutta, myös henkilökunnan työturvallisuutta.
Työvaiheen siirtämisen roboteille teki ajankohtaiseksi Koneen oma tuotekehitys. Yhtiön uusimmissa hissimoottoreissa on päästy merkittävästi aiempaa parempaan hyötysuhteeseen, mutta samalla magneettien määrä roottoreissa on kaksinkertaistunut.

”Ei tätä pystyisi oikein järkevästi enää käsityönä tekemään”, toteaa Rahunen ja vilkaisee robottisolun ikkunan läpi kahta ABB:n IRB4600-robottia, jotka latovat magneetteja vauhdikkaasti paikoilleen. Yksittäisen magneetin poimintaan, kuvaamiseen ja latomiseen kuluu vain muutamia sekunteja.

Magneettien käsittely teollisuusroboteilla on poikkeuksellisen vaativa tehtävä, koska helposti särkyvien kestomagneettien käsittelyssä on samalla huomioitava kappaleeseen vaikuttava voimakas magneettikenttä. Kentän suunta ja voimakkuus muuttuvat jatkuvasti ladonnan eri vaiheissa, ja suurista veto-, hylkimis- ja sivuttaisvoimista huolimatta magneettia on pystyttävä käsittelemään erittäin varovaisesti. Onnistuminen ladonnan automatisoinnissa parantaa merkittävästi paitsi työvaiheen tuottavuutta ja lopputuotteen laatua, myös henkilöstön työturvallisuutta ja ergonomiaa.

”Mikäli magneetti pääsee ladontavaiheessa rikkoutumaan, sirpaleet sinkoilevat magneettisten voimien vuoksi voimakkaasti joka suuntaan”, Rahunen sanoo.

”Robotit hoitavat homman tasalaatuisemmin ja turvallisemmin.”

Voimaa ja tarkkuutta
Hyvinkään-tehtaan uusi magneettien liimaus- ja ladontayksikkö sisältää kaksi robottisolua. Servoradalla edestakaisin liikkuva ABB:n IRB2600-robotti vastaa magneettien purkamisesta kuljetuslavoilta, napaisuuden tarkistuksesta, magneettien puhdistuksesta ja niiden syöttämisestä ladontasoluun.

Ladontasolun kaksi MultiMove-yhteisohjauksessa toimivaa IRB4600-robottia latovat magneetit roottorirungon sisään levitetylle liimapinnalle. Solu sisältää myös laitteet magneettien ja roottorin käsittelyyn sekä automaattiset työkaluvaihtajat ja -puhdistajat roboteille.

Tarvittavien voimien suuruudesta kertoo se, että muutaman sadan gramman painoisten magneettien käsittelyyn käytetään IRB4600-robotin järeintä mallityyppiä, joka on suunniteltu 60 kilon hyötykuormalle. Robottien asentojen toistotarkkuus on 0,05–0,06 mm, mutta poikkeuksellisessa sovelluksessa jopa akselien normaalit välykset aiheuttivat haasteita magneettien asennukselle.

”ABB:n asiantuntijoiden tuella saimme optimoitua robottien asennon niin, että meillä on nyt käytössä täysin välyksetön ratkaisu”, Rahunen sanoo.

Äärimmäiset tarkkuusvaatimukset ulottuvat robottien lisäksi magneettien käsittelyssä käytettäviin muihin laitteisiin. Ladonnan aikana roottorin rungon asemoinnista vastaa ABB MTD 250 -pyörityspöytä.

”Laite on käytännössä teollisuusrobotin akseli, eli se on yhtä tarkka kuin varsinaiset robotit ja myös toimii samassa ohjauksessa”, kertoo Rahunen.

Konenäkö varmistaa laadun
Robottisolujen suunnittelusta ja toimituksesta on vastannut vaativiin tuotanto- ja laadunvarmistussovelluksiin erikoistunut Sermatech Oy. Pitkässä hankkeessa tarvittiin tiivistä yhteistyötä integraattorin ja asiakkaan välillä ja myös joustavuutta molemmin puolin.

”Meillä on koneenrakennuksesta 40 vuoden kokemus, mutta on tämä ollut erikoinen projekti”, toteaa yhtiön perustaja ja hallituksen jäsen Markku Uusitalo.

”Koneen tehtaan robottisoluissa piti yhdistää erittäin tarkka laadunvarmistus magneettisten kappaleiden käsittelyyn, mikä oli meillekin uutta.”

Vaativan mekaanisen toteutuksen lisäksi robottiyksikön erikoisuutena on Sermatechin suunnittelema edistynyt konenäkösovellus. Prosessia valvoo kuusi kameraa, jotka kuvaavat asennettavat magneetit eri kulmista. Näin pystytään havaitsemaan pienimmätkin epäpuhtaudet, halkeamat, värierot tai muut poikkeamat ennen magneettien asennusta. Konenäköä hyödynnetään myös magneettien asemoinnissa liimauksen aikana.

Jokaisen roottorin magneettien kuvat ja valmistustiedot tallennetaan tietokantaan, josta ne ovat tarpeen vaatiessa löydettävissä myöhemminkin. Roboteilta kerätään ja tallennetaan runsaasti dataa roottorien tuotannosta. Näin tietoja voidaan käsitellä tilastollisesti ja auttaa prosessin optimointia.

Yhteistyöllä maaliin
Voimakkaiden magneettien ladonta teollisuusroboteilla on maailmanlaajuisestikin ainutlaatuista, ja robottisolujen testaus ja optimointi oli pitkä prosessi.

Janne Rahunen vastaa Koneen koneistojen valmistusteknologiasta. Hän uskoo, että robotteja käytetään jatkossa hissien valmistuksessa yhä enemmän.
”Kaiken lisäksi meillä oli tälle järjestelmälle niin korkeat suorituskyky- ja luotettavuusvaatimukset, että en ole ikinä kuullut vastaavasta”, Janne Rahunen sanoo.

Halutun laatutason saavuttaminen vei aikaa, mutta vaivannäkö kannatti, sillä järjestelmä on osoittautunut päivittäisessä käytössä äärimmäisen luotettavaksi.

Ratkaisun suunnittelussa panostettiin myös helppokäyttöisyyteen. Robottisolussa työskentelevillä operaattoreilla ei tarvinnut olla aiempaa automaatio- tai robotiikkakokemusta, ja työntekijöillä oli myös mahdollisuus vaikuttaa ratkaisun käyttöliittymän suunnitteluun.

”Kaverit kävivät opissa Sermatechillä parikin kertaa, ja koulutus jatkui täällä tehtaalla. Sermatechin asiantuntijat olivat tukena koko käyttöönottovaiheen ajan, ja uusi valmistusyksikkö sai loppuhyväksynnän viime maaliskuussa”, sanoo Rahunen.

Koneen Hyvinkään koneistotehtaalla on jo aiemmin ollut käytössä automatisoitu kokoonpanolinja, jossa toimii ABB:n teollisuusrobotteja. Linjalla muun muassa asennetaan valmiit roottorit moottorien runkoihin. Janne Rahusen mukaan mahdollisuuksia seuraaviin automaatiokohteisiin etsitään jo.

”Meillä on ABB:n robotit sekä kokoonpanolinjalla että tässä uudessa yksikössä, ja olemme kyllä niihin olleet tyytyväisiä.”

Teksti Thomas Freundlich, Kuvat Junnu Lusa

ABB:n IRB2600-robotti vastaa magneettien purkamisesta kuljetuslavoilta, niiden napaisuuden tarkastuksesta ja puhdistuksesta sekä niiden syöttämisestä ladontasoluun.

Haku