Будущее за древесиной – экологичной и энергоэффективной. Ультрасовременные сборные дома, такие как дома производителя FingerHaus из Франкенберга (Эдер), набирают популярность. Спрос высок в бурно развивающейся отрасли, которая одновременно испытывает нехватку квалифицированных кадров. Необходимо максимально снизить нагрузку на существующий персонал, чтобы использовать его исключительно для сложных задач, при этом сохраняя акцент на максимальном качестве за счет высокой надежности процесса.
Для решения этих задач наша компания разработала и внедрила комплексную концепцию производства, включающую как активное полуавтоматизированное производство различных деревянных каркасов, так и автоматизированную обшивку стеновых элементов. Для этого используются 3D-камеры. Ключевым элементом системы является роботизированная ячейка для автоматизированной обшивки стеновых элементов. До сих пор обшивка стеновых элементов из древесины и гипсокартона осуществлялась сотрудниками на сборочных столах на производственной линии, а последующее крепление производилось с помощью ручных степлеров.
Затем элементы стен перемещались в буферную систему. В будущем линия длиной 50 метров и шириной около 10 метров обеспечит максимальную гибкость при облицовке панелями стандартных размеров и нестандартной геометрии, включая подачу и перемещение на следующий этап производства. Автоматизированная облицовка панелями возможна для геометрических форм от 80×250 мм до 1250×3000 мм.
Различные листы поставляются в стопках, при этом листы для одного стенового элемента образуют цельную стопку. Робот с вакуумной системой захвата перемещает листы и точно позиционирует их на деревянном каркасе. Встроенная система 3D-камеры идентифицирует листы. Автоматическое крепление двух различных типов панелей осуществляется роботом с помощью зажимного устройства.
В тесном сотрудничестве с заказчиком наша компания разработала ключевой элемент системы — современную систему машинного зрения на основе 3D-камер для распознавания листов, нарезанных по размеру, включая программное обеспечение для распознавания и интеграцию в общую систему: системы 3D-камер распознают соответствующее положение листов из древесины или гипсокартона, а интеллектуальная система освещения поддерживает распознавание положения . Точные данные о положении немедленно обрабатываются программным обеспечением и передаются роботу, который затем приступает к точной сборке панелей.
Решение основано на системе, состоящей из восьми 20-мегапиксельных монохромных камер с интерфейсом GigE Vision и соответствующими компактными объективами, а также двух проекторов изображений, установленных над станцией для сборки панелей. Камеры объединены в четыре стереосистемы, которые генерируют полное облако точек всего за один снимок . Последующая обработка выполняется на высокопроизводительном промышленном ПК. Разработанное заказчиком программное решение обеспечивает быструю и безопасную связь между системой камер и роботом.
Сложность системы заключается в многообразии элементов стен, поскольку каждый сборный дом в некотором смысле уникален, каждый из них создается с учетом пожеланий заказчика. Помимо стандартных элементов стен, всегда встречаются особые случаи с различной геометрией.
- Длина стенки: 800–12000 мм, допуск +/- 10 мм.
- Высота стенки: 1600–3000 мм, допуск +/- 5 мм.
- Толщина стенки: 80–300 мм, допуск +/- 2 мм.
Размерная стабильность материалов также варьируется в пределах +/- 3 мм.
Листы для одного стенового элемента укладываются в стопку, состоящую до 70 слоев, при этом в одной стопке может находиться несколько листов. Они не расположены в каком-либо фиксированном порядке, поэтому их невозможно обрабатывать бок о бок слева направо на стеновом элементе; вместо этого отдельные части панели должны быть размещены в разных положениях на стеновом элементе.
Разумеется, отдельные элементы панели не должны быть повреждены во время транспортировки и установки. Необходимо также учитывать допуски по размерам. По замыслу, между отдельными листами панельной системы предусмотрен зазор в 3 мм, который может использоваться для компенсации допусков.
Точное позиционирование с помощью технологии 3D-камер.
Точное позиционирование отдельных листов имеет решающее значение, поскольку некачественная сборка панелей приводит к остановке всего производственного процесса. Для определения точного положения листов для системы захвата, листы измеряются с помощью 3D-камер, и полученные данные позволяют определить абсолютное положение в системе координат роботизированной ячейки .
Обеспечение достаточной механической стабильности крупной системы для большого объема измерений является серьезной проблемой при калибровке . Для коррекции температурных колебаний требуется всего несколько перекалибровок в год. Кроме того, сложно обеспечить высокоточную позиционирование , одновременно гибко реагируя на компоненты, которые из-за производственных особенностей значительно отличаются от моделей и могут изгибаться в три раза по высоте.
Кроме того, целью разработки системы было создание устройства, значительно более дешевого, чем другие высокоточные 3D-сканеры, представленные в настоящее время на рынке.
Разработанная нами система существенно отличается от других протестированных систем. Сочетание короткого цикла в 8 секунд , большого объема измерения в 4,1 м³ и точности значительно ниже 1 мм, вероятно, является уникальным на рынке. Тот факт, что изображение получается, пока робот еще укладывает ранее измеренный лист, позволяет достичь очень быстрого цикла. Это уже доказало свою эффективность в серийном производстве в течение более полугода.
В цехе по сборке панелей перемещение и зажим панелей на каркасном блоке осуществляется промышленным роботом ABB типа IRB 6700, движущимся по оси длиной более 20 м. Робот оснащен системой смены SCHUNK, позволяющей полностью автоматически переключаться между вакуумным захватом для подъема панелей и зажимным устройством. После того, как листы установлены в правильном положении на каркасном блоке, изготовленном в предыдущем цехе, они закрепляются зажимами в соответствии с проектными спецификациями заказчика. Программное обеспечение BETH “PK Construct” снова отвечает за расчет оптимальных траекторий перемещения.
Эргономичность, надежность процессов и гибкость в одной системе
Результатом проекта стала высокоточная система панелей, которая также обеспечивает эффективное взаимодействие между сотрудниками и роботами благодаря продуманным зонам безопасности. Централизованная, удобная в использовании система управления производственными ячейками позволяет контролировать отдельные процессы для максимальной гибкости в случае необходимости промежуточных этапов работы.
Стоит отметить небольшие, но важные детали этой системы, которая стала возможной только благодаря тесному сотрудничеству с персоналом FingerHaus на месте: были проанализированы существующие рабочие процессы, выявлены возможности для улучшения и разработано индивидуальное решение по автоматизации. Будь то эффективное использование существующего производственного пространства, возможность работы робота в отдельных процессах для более гибкого взаимодействия с рабочими на станке или просто повышение надежности процесса — с этой системой производство FingerHaus находится на самом современном уровне и идеально подготовлено к будущему.