Diseño, desarrollo y puesta en marcha de una celda robótica basada en PLC y robots colaborativos para realizar el apuntado de tornillos de motores en una cadena de montaje de automóviles

Abstract

[ES] La industria del automóvil es un sector altamente competitivo que constantemente busca mejorar la eficiencia y la calidad en sus procesos de fabricación. Uno de los componentes clave en la producción de vehículos es el ensamblaje de motores, donde la precisión y la fiabilidad son cruciales para garantizar el rendimiento óptimo del producto final. En este contexto, la automatización de tareas, como el atornillado, desempeña un papel fundamental en la optimización de la producción y la mejora de la calidad.

Para tal fin, se usan los PLC (Controladores Lógicos Programables) que junto con los robots industriales son tecnologías ampliamente utilizadas en la industria del automóvil para automatizar procesos de ensamblaje y manipulación, como el apuntado y atornillado. El uso efectivo de estos sistemas permite una ejecución con una alta precisión y repetibilidad de tareas como el atornillado, lo que contribuye a la uniformidad y confiabilidad en la producción de motores.

Sin embargo, la gestión eficiente del PLC y los robots presenta desafíos específicos que requieren soluciones adaptadas y una programación cuidadosa dependiendo de cada situación. Es fundamental diseñar sistemas robustos y eficientes que garanticen la calidad de la operación realizada y maximizando la productividad. Hay que tener en cuenta varios factores, destacando: la seguridad, la coordinación de movimientos, la sincronización de las diferentes acciones

En la presente propuesta de Trabajo Fin de Máster se va a realizar la programación y la puesta en marcha de una celda robótica para que sea capaz de realizar el apuntado de tornillos en una cadena de montaje de la planta de motores en una multinacional de la industria del automóvil.

Por tanto, los objetivos del trabajo son los siguientes: a) Analizar los requisitos específicos del proceso de atornillado en el ensamblaje de motores y definir los parámetros clave para garantizar la calidad y la precisión.

b) Diseñar y gestionar las secuencias que controlarán el suministro de los nuevos tornillos, desde la tolva hasta el presentador, donde el robot cogerá los tornillos. Para esto, pasarán por un alimentador, un separador, un tubo de soplado y un distribuidor.

c) Diseñar y gestionar la comunicación entre la información del modelo de motor que viene por la línea, para que el robot sepa que operación que debe realizar sobre el mismo.

d) Diseñar y gestionar la comunicación entre el PLC y el robot, incluyendo el envío de programas al robot, los permisos de entrada y salida de las distintas áreas, permisos de atornillado, gestión de la seguridad para detener el sistema

e) Toma de puntos con el robot para ubicar correctamente las ubicaciones de pick de tornillos y de inserción de los mismos.

f) Crear nuevos programas en el robot correspondientes a la carga de tornillos del nuevo presentador y al apuntado de los mismos en la correspondiente ubicación.

g) Modificación de la pantalla HMI para poder supervisar el funcionamiento de la máquina, así como para mostrar los avisos y fallos del sistema. También se podrán controlar los movimientos de la máquina cuando el modo manual esté activado.

h) Puesta en marcha de la estación para verificar su correcto funcionamiento y verificar comprobar los tiempos de ciclo obtenidos.

Mediante la consecución de estos objetivos, se espera poder habilitar una máquina que cumpla con su fin, con la menor cantidad de fallos posible, y dentro del tiempo de ciclo especificado por el cliente.

[CA] La indústria automotriu, altament competitiva, busca contínuament millorar l'eficiència i la qualitat en els seus processos de fabricació. El muntatge de motors, on la precisió i la fiabilitat són essencials, és un component clau en la producció de vehicles. En aquest context, l'automatització de tasques com l'atornillat és fonamental per optimitzar la producció i millorar la qualitat. Per a això, s'emprenen PLC (Controladors Lògics Programables) i robots industrials, tecnologies àmpliament utilitzades en la indústria automotriu per automatitzar processos de muntatge i manipulació. L'ús efectiu d'aquests sistemes permet una execució precisa i repetible de tasques, contribuint a la uniformitat i fiabilitat en la producció de motors. No obstant això, la gestió eficient de PLC i robots presenta reptes que requereixen solucions adaptades i programació acurada. És crucial dissenyar sistemes robustos i eficients que garanteixin la qualitat de l'operació i maximitzin la productivitat, considerant factors com la seguretat, la coordinació de moviments i la sincronització d'accions. En aquesta proposta de Treball Final de Màster s'abordarà la programació i posada en marxa d'una cel·la robòtica per a l'apuntat de cargols en una cadena de muntatge de motors en una multinacional de l'automòbil. Per tant, els objectius del treball són els següents: a) Analitzar els requisits específics del procés d'atornillat en el muntatge de motors i definir els paràmetres clau per garantir la qualitat i la precisió. b) Dissenyar i gestionar les seqüències que controlaran el funcionament de l'estació. c) Dissenyar i gestionar la comunicació entre la informació de la línia de transport i el PLC. d) Dissenyar i gestionar la comunicació entre el PLC i el robot, incloent l'enviament de programes al robot, els permisos d'entrada i sortida de les diferents àrees, els permisos d'atornillat, la gestió de la seguretat per aturar el sistema... e) Puntualitzar amb el robot per ubicar correctament les ubicacions de recollida de cargols i d'inserció d'aquests. f) Crear nous programes en el robot corresponents a la càrrega de cargols del nou presentador i a l'apuntat dels mateixos a la ubicació corresponent. g) Modificar la pantalla HMI per supervisar el funcionament de la màquina, així com per mostrar els avisos i falles del sistema. h) Posada en marxa de l'estació per verificar el seu correcte funcionament i comprovar els temps de cicle obtinguts. Mitjançant l'assoliment d'aquests objectius, s'espera habilitar una màquina que compleixi amb el seu objectiu, amb la menor quantitat de falles possible, i dins del temps de cicle especificat pel client.

[EN] The automotive industry, highly competitive, continually seeks to improve efficiency and quality in its manufacturing processes. Engine assembly, where precision and reliability are essential, is a key component in vehicle production. In this context, task automation such as screw tightening is crucial for optimizing production and enhancing quality. To achieve this, PLCs (Programmable Logic Controllers) and industrial robots are employed, widely used technologies in the automotive industry for automating assembly and handling processes. The effective use of these systems allows for precise and repeatable execution of tasks, contributing to uniformity and reliability in engine production. However, efficient management of PLCs and robots presents challenges that require tailored solutions and careful programming. It is crucial to design robust and efficient systems that ensure operation quality and maximize productivity, considering factors such as safety, motion coordination, and action synchronization. This Master's thesis proposal will address the programming and commissioning of a robotic cell for screw tightening in an engine assembly line at a multinational automotive company. Therefore, the objectives of the thesis are as follows: a) Analyze specific requirements of the screw tightening process in engine assembly and define key parameters to ensure quality and precision. b) Design and manage sequences that will control the station's operation. c) Design and manage communication between the transport line information and the PLC. d) Design and manage communication between the PLC and the robot, including sending programs to the robot, input and output permissions from different areas, screw tightening permissions, security management to stop the system... e) Take points with the robot to correctly locate screw pick-up and insertion locations. f) Develop new programs in the robot for loading screws from the new feeder and tightening them in the corresponding location. g) Modify the HMI screen to monitor machine operation, display system alerts and faults. h) Commission the station to verify its correct operation and check the cycle times obtained. Through the achievement of these objectives, it is expected to enable a machine that fulfills its purpose with the least possible number of failures and within the cycle time specified by the client.