Servopress 101:Panduan Dasar

Otomasi industri bisa tampak seperti keajaiban, terutama saat digunakan dalam operasi perakitan. Pelajari apa yang Anda perlukan tentang dasar-dasar untuk membantu dalam proyek otomatisasi Anda berikutnya.

Servomechanisms berada di jantung otomatisasi abad ke-21. Elemen dasarnya adalah servomotor; alat untuk mengubah gerak putar menjadi gerak linier; serangkaian sensor untuk memberikan umpan balik yang diperlukan; pengontrol untuk mengubah data umpan balik menjadi sinyal perintah; dan mengaktifkan perangkat lunak. Ini adalah "keajaiban" dari kecepatan tinggi, operasi perakitan presisi. Dengan kemajuan abad ke-21 dalam komponen dasarnya, servo press adalah teknologi yang mengubah permainan.

Mereka tidak hanya cepat dan tepat—mereka juga menjadi besar. Dalam industri pembentukan dan stamping logam, servo press tersedia dengan kapasitas hingga 5.000 ton (4.536 metrik ton) dan unit yang lebih besar sedang dalam pengembangan. Mesin press ini mengubah cara pengguna mendekati desain proses dengan memberi insinyur kontrol yang tepat atas gaya, kecepatan, dan posisi secara real-time selama seluruh langkah proses.

Tiga puluh tahun yang lalu, pionir industri menggabungkan sekrup bola presisi dengan servomotor, rotary encoder, dan load cell untuk menghasilkan Electro-Mechanical Assembly Press (EMAP) pertama yang dirancang khusus untuk operasi perakitan.

Pengguna Awal yang Sukses

Pengadopsi awal menemukan kemampuan untuk mengukur parameter proses selama perakitan memungkinkan mereka untuk benar-benar "mengkloning" produk dengan membandingkan kekuatan/posisi "tanda tangan" dari setiap operasi dengan siklus baik yang diketahui dan menyesuaikan parameter pers secara real-time untuk menduplikasinya. Konsep dasar itu telah digunakan dalam ratusan aplikasi perakitan yang berbeda, mulai dari memukau sederhana hingga pemasangan elektronik bernilai tinggi. Berikut adalah beberapa contohnya.
Universal Joint Assembly:Sambungan universal tipe Cardan memiliki salib tengah atau "laba-laba" yang melekat pada sepasang lengan berbentuk U dengan menekan bantalan bantalan melalui lubang di lengan untuk menangkap jurnal mesin pada "laba-laba." Setelah dirakit, bantalan cangkir dipasang ke lengan agar tetap di tempatnya.

Tantangannya adalah menjaga laba-laba tetap berada di tengah lengan sementara bantalan cangkir ditekan dan diintai. Ini dilakukan dengan sepasang EMAP yang disinkronkan untuk menerapkan gaya yang sama ke setiap bantalan bantalan saat sedang dimasukkan. Setelah cangkir berada di tempatnya, laba-laba dipusatkan dengan tepat dan EMAP secara bersamaan melakukan operasi staking. Karena kekuatan yang sama diterapkan pada kaki laba-laba yang berlawanan, ia tetap berada di tengah dan hasilnya adalah perakitan yang baik setiap saat.

Aplikasi ini bekerja karena EMAP dipantau selama operasi dan disesuaikan untuk kekuatan dan posisi secara real-time oleh kontrol. Data dari seluruh proses dapat ditangkap dan disimpan untuk jaminan kualitas, memberikan keterlacakan 100 persen untuk setiap perakitan. Data tersebut juga berguna untuk mengidentifikasi dan mengoreksi anomali di bagian yang dirakit, yang meningkatkan kualitas seluruh rantai pasokan serta proses perakitan.

Perakitan Kateter Medis:Operasi kritis adalah proses crimping yang menempelkan tabung logam berdiameter kecil ke tabung yang lebih besar yang dipasang pada bagian fleksibel dari kateter. Jika crimp tidak sempurna, itu akan terlepas saat ditarik atau akan menutup tabung sepenuhnya, membuat kateter tidak berguna. Mengeritingkan tabung logam kecil secara konsisten ke tabung yang hanya sedikit lebih besar terbukti menjadi tantangan yang monumental.

Kunci untuk menjaga kualitas yang konsisten dalam operasi crimping kateter adalah memantau jumlah gaya yang diterapkan dan posisi yang tepat dari alat crimping secara bersamaan. Setelah kedua parameter operasi yang diketahui baik ditangkap, gaya/posisi "tanda tangan" digunakan sebagai tolok ukur untuk mengukur operasi selanjutnya.

Stasiun crimping berbasis EMAP, lengkap dengan transduser posisi eksternal, digunakan untuk melakukan operasi crimping pada kateter. EMAP memberikan gaya crimping berulang dan transduser memantau perkakas untuk memastikan crimp tidak terlalu dangkal atau terlalu dalam. Hasilnya adalah sertifikasi uji upaya 100 persen untuk setiap kateter yang diproduksi dan penghapusan kegagalan crimp secara virtual di lapangan.

Rakitan Ball-Joint Terpaku:Rakitan ball-joint otomotif adalah komponen penting keselamatan yang biasanya dipasang pada lengan kontrol atas dan bawah dengan paku keling. Ada tiga kemungkinan mode kegagalan:1) paku keling mungkin terlalu panjang atau terlalu pendek, 2) paku keling mungkin terlalu keras atau terlalu lunak, dan 3) paku keling mungkin hilang seluruhnya. Karena perakitan sangat penting bagi keselamatan, inspeksi pasca-paku keling 100 persen biasanya dilakukan.

Menggunakan sistem berbasis EMAP alih-alih mesin press hidrolik tradisional menghilangkan persyaratan inspeksi 100 persen dengan memantau proses saat sedang dilakukan dan membandingkan "tanda tangan" dengan operasi yang diketahui baik. Tiga sel beban individu dipasang ke perkakas untuk mengukur gaya yang diterapkan pada setiap paku keling secara independen, sementara transduser posisi tunggal mengukur jarak perjalanan ram. Paku keling yang terlalu keras atau lunak, atau terlalu pendek atau panjang, akan menghasilkan perubahan khas pada tanda tangan, seperti halnya detail di luar toleransi seperti diameter lubang.

Sistem menyediakan:deteksi paku keling yang panjang, pendek, keras, lunak, dan/atau hilang; Sertifikasi 100 persen untuk setiap perakitan; akuisisi data bawaan; dan catatan data gaya dan posisi untuk setiap bagian yang diproduksi—semua secara real time selama siklus proses. Hasilnya konsisten, akurat, dan dapat dilacak, yang berarti inspeksi pasca-proses pada setiap bagian tidak lagi diperlukan untuk memastikan kualitas.

Bergerak Melampaui Dasar

Tidak butuh waktu lama bagi pengadopsi awal untuk menyadari bahwa data proses terperinci yang dihasilkan oleh sistem berbasis EMAP telah menggunakan jauh lebih dari sekadar membandingkan rakitan "tanda tangan" dan "kloning". Pemasok EMAP juga sibuk meningkatkan kemampuan perangkat keras dan perangkat lunak untuk mendukung aplikasi yang lebih canggih.

Salah satu aplikasi pertama yang memanfaatkan kemajuan ini adalah perakitan lengan kontrol otomotif, produk yang membutuhkan presisi geometrik untuk mencapai fungsi yang tepat, namun terbuat dari komponen yang tidak dapat diproduksi secara ekonomis dengan toleransi yang sangat dekat. Lengan kontrol terbuat dari stamping atau pengecoran tugas berat dengan bushing terbungkus karet yang ditekan di tempatnya–jelas bukan kandidat untuk presisi dimensi yang ekstrem.

Apa yang biasanya dilakukan oleh para insinyur otomotif adalah menentukan geometri yang diperlukan dalam perakitan dan menyerahkan bagian "cara mencapainya" kepada pemasok. Pemasok menyebutnya sebagai dimensi "hantu", dan ini cukup umum di berbagai industri.

Pendekatan konvensional untuk memenuhi spesifikasi dimensi "hantu" adalah dengan membangun alat dan perlengkapan yang tepat dan kemudian secara terus menerus menyesuaikannya untuk menangani variasi suku cadang yang konstan dan tidak dapat diprediksi. Pemasok lain memilih untuk "menekan dan berharap," kemudian "mengukur dan menyortir" dan menerima biaya sisa dan pengerjaan ulang. Untuk memenuhi tantangan ini, sistem berbasis EMAP membutuhkan perangkat lunak canggih untuk menangani sensor tambahan di luar sel beban yang terintegrasi dalam pers. Perakitan dilakukan dengan dua EMAP dan dua probe digital. Probe ini diperlukan karena bushing tangguh melentur selama pemasangan, sehingga sulit untuk mengetahui lokasi tepatnya. Probe juga mengkompensasi defleksi mesin dan sel beban.

Untuk merakit lengan kontrol, busing ditekan ke posisi awal, gaya dihilangkan, dan lokasi diukur dengan probe digital. Satu bushing ditekan ke dimensi yang relatif terhadap sambungan bola. Probe mengukur posisi dan memasukkan informasi kembali ke pengontrol, yang memberi tahu pers seberapa jauh untuk menekan. Urutan ini berulang sampai bushing terpasang. Busing lainnya menggunakan urutan pemasangan yang sama tetapi ditekan ke dimensi yang relatif terhadap busing pertama. Ini adalah dimensi "hantu" dan sistem dapat mencapainya secara efisien dan berulang terlepas dari variasi lengan kontrol dan/atau busing.

Sistem yang baru saja dijelaskan secara signifikan meningkatkan kualitas fungsional lengan kontrol yang dirakitnya tanpa mengubah spesifikasi dimensi bagian komponen. Bahkan, sangat mungkin bahwa toleransi pada bagian komponen tersebut dapat dilonggarkan untuk mengurangi biaya produksi tanpa berdampak pada kualitas fungsional produk jadi. Fungsi adalah ukuran kualitas konsumen, dan dengan jenis perakitan cerdas yang dipelopori oleh sistem lengan kontrol, itu juga bisa menjadi milik pabrikan.

Teknologi Dewasa

Karena aplikasi perakitan cerdas telah berkembang biak, demikian juga sistem perangkat keras dan perangkat lunak yang diperlukan untuk mengaktifkannya. Saat ini, EMAP tersedia dengan output gaya mulai dari 0,2 kN hingga 500 kN dan dapat dilengkapi dengan berbagai sensor integral dan eksternal. Mereka tersedia sebagai komponen individual untuk pembuat sistem, mesin press H-frame dan workstation mandiri yang fleksibel untuk pengguna akhir.

Insinyur inovatif telah membuat EMAP cukup ringan untuk digunakan sebagai efektor akhir robot dan bahkan model genggam manusia juga tersedia. Kedua produk ini ditujukan untuk aplikasi di mana pers dibawa ke bagian, yang berarti bahwa gaya reaksi dari operasi pengepresan tidak dapat ditransmisikan ke robot atau operator manusia.

Salah satu solusi yang dikembangkan oleh Promess untuk aplikasi robot adalah Robot Press-nya, yang menggabungkan back stop terintegrasi. Selama operasi, pers diposisikan pada bagian oleh robot dan perkakas diaktifkan. Robot kemudian masuk ke pelampung bebas pada dua sumbu untuk menahan posisi sambil bergerak di sumbu ketiga untuk mengakomodasi gerakan tekan hingga pers mencapai stop belakang terintegrasi. Gerakan pers sepenuhnya dapat diprogram dan alat pres dapat dilengkapi dengan sensor gaya dan posisi untuk mendukung operasi perakitan cerdas.

Kombo Linear EMAP/Aktuator Putar

Tren lainnya adalah kombinasi EMAP linier dengan aktuator putar untuk memfasilitasi pengujian fungsional selama perakitan. Misalnya, kait kap mobil dirakit dengan paku keling menggunakan EMAP. Saat paku keling sedang dilubangi, gerendel digerakkan dan gaya yang diperlukan terus menerus diukur hingga mencapai tingkat yang ditentukan, pada titik mana proses dihentikan. Proses ini menghasilkan kait dengan gaya penggerak yang seragam terlepas dari variasi paku keling atau stamping. Sistem serupa digunakan untuk merakit kait kursi otomotif, tang, dan bahkan untuk memeriksa backlash gigi di bawah beban di diferensial otomotif.

Semua aplikasi ini bergantung pada pengontrol dan perangkat lunak canggih untuk menangani dan mengintegrasikan beberapa input data secara real time dan menghasilkan perintah servo yang diperlukan. Kontrol kini tersedia dengan kemampuan untuk menyinkronkan beberapa EMAP yang menggerakkan sudut-sudut platen press sehingga masing-masing menghasilkan gaya yang diperlukan untuk menjaga agar pelat tetap sejajar, meskipun bebannya tidak seragam.

Perangkat lunak kontrol telah berkembang bersama dengan perangkat keras, dan sistem saat ini jauh lebih mudah untuk diprogram daripada pendahulunya bahkan beberapa tahun yang lalu. Pemasok telah menginvestasikan waktu dan bakat yang signifikan dalam sistem yang menyederhanakan proses hingga ke titik di mana teknisi kontrol profesional seringkali tidak diperlukan.

Seiring dengan semakin matangnya teknologi EMAP, konsep perakitan dan perakitan cerdas ke spesifikasi fungsional daripada dimensi menjadi semakin praktis di berbagai industri. Namun, kedewasaan tidak berarti stagnasi. Teknologi terus berkembang dengan memungkinkan solusi yang benar-benar inovatif untuk tantangan yang telah melanda produsen selama beberapa dekade, dan dalam beberapa kasus berabad-abad.