14 ABB Revista 1/2002

n una cadena de montaje de carro-

cerías de automóvil es necesario

colocar con gran precisión las distintas

piezas, como el techo, las puertas y la

puerta trasera, antes de proceder al

ensamblaje de las mismas. Estas operacio-

nes, que se realizan después de la esta-

ción de geometría y de las estaciones de

repunteo, precisan una tecnología de

ajuste de la trayectoria del robot cuando

las piezas se colocan de forma distinta en

cada ciclo. Este proceso consta de cinco

etapas :

n Medida de la posición de la carrocería,

en la cual las trayectorias de medición

están determinadas para diferentes posi-

ciones de la carrocería.

n Análisis del perfil, para encontrar los

puntos especiales de la forma.

n Cálculo de ajuste del sensor, basado

en una comparación de las mediciones

y de la posición del perfil de referencia

captado en una 'fase de aprendizaje'

previa.

n Definición de una nueva posición del

robot para el montaje; aquí, los desplaza-

mientos del sensor se envían al software

de la matriz de correlación con el fin de

encontrar la trayectoria de robot adecua-

da para el montaje.

n Colocación de piezas

Sencillamente la colocación, pues el ajus-

te de la trayectoria del robot es una tec-

nología que garantiza la ubicación precisa

de los componentes por medio de un

robot. Gracias a FlexPlace, los eficientes e

inteligentes robots sustituirán a la pesada

maquinaria que se ha venido utilizando

hasta ahora.

FlexPlace, una solución

mejor para ajustar la trayectoria

del robot

ABB ha desarrollado FlexPlace para hacer

las mediciones y colocar las piezas de

forma más precisa y eficaz, por medio de

un robot. La estación de trabajo de Flex-

Place está compuesta por el programa

Windows NT/2000 para el procesamiento

de datos, un ordenador con placa de cap-

tación, un conjunto de sensores monta-

dos en la pinza del robot, una conexión

para el cableado del sensor y una herra-

mienta de dirección.

Los sensores se utilizan para definir la

forma de la pieza (con un robot o con

una unidad de movimiento lineal). Se

compara la forma captada con una

forma de referencia almacenada previa-

mente para obtener un desplazamiento

1

FlexPlaceColocación de piezas de automóvilcon robots: precisión relojera

Equipo de redacción

El compromiso de ABB en la búsqueda de valor para sus clientes incluye la mejora y la innovación

constantes: ideas nuevas, nuevos modos de pensar, nuevas soluciones y una relación más estrecha con

sus clientes. FlexPlace es un ejemplo de esta nueva forma de pensar. Desarrollado en las instalaciones

body-in-white de ABB en Francia, es una solución de software que aumentará el rendimiento y reducirá

los costes de montaje de las carrocerías de automóviles. Los robots equipados con FlexPlace utilizan

sensores y sistemas de reconocimiento de patrones para ensamblar automáticamente los elementos

mayores de una carrocería, como el techo y las puertas, con una precisión inferior al milímetro, haciendo

innecesarias las pesadas y costosas herramientas que se han utilizado hasta ahora.

E

ABB Revista 1/2002 15

El ajuste de la trayectoria del robot tiene lugar en cinco pasos.1

Fase 1

Medición de posición de la carrocería.

Definición de las trayectorias de

medición moviendo la pinza

a distintas posiciones

Fase 3

Cálculo de ajuste del sensor a partir de las

posiciones de perfil medidas y de referencia,

obtenidas en una primera fase de aprendizaje

Fase 5

Colocación de los componentes

Fase 4Definición de nuevas posiciones de las trayectorias.

Los ajustes del sensor se envían a la matrizde correlación para determinar la trayectoria

adecuada del robot para el ensamblaje.

Fase 2

Análisis de perfiles para encontrar

puntos particulares de la forma

Posicionesdel perfil dereferencia

Corrección dela trayectoria3D del robot

Matriz decorrelación – x =

Movimiento del sensor

YZ, información directa de los sensoresY, información del robot

Z

Suelo

Techo

El robot mueve el sensorde recorrido por láser

Posicionesdel perfilactual

P

6.8

6.4

6.0

5.6

5.2

0 500 1000 1500 2000 2500 3000

Información Y del sensor

Info

rmac

ión

Zd

el s

enso

r

16 ABB Revista 1/2002

en dos dimensiones (2D), el cual se

introduce en una matriz de correlación

para calcular el ajuste de la trayectoria

del robot. Los parámetros de la matriz se

desarrollan experimentalmente a partir

de las sucesivas posiciones del robot.

Esta fase, denominada ‘de aprendizaje’,

es realizada de forma automática por

FlexPlace.

El funcionamiento de FlexPlace

En este momento, el diseño de FlexPlace

está orientado a las operaciones de carro-

cería o body-in-white (BIW), como colo-

car el techo, las puertas y la puerta trase-

ra, o para el montaje de cualquier otro

componente que exija una colocación

precisa respecto del conjunto de la carro-

cería. FlexPlace también puede emplear-

se, por supuesto, para montar elementos

no pertenecientes a la carrocería. Será

muy útil, por ejemplo, para el montaje

final de asientos y guardabarros, paracho-

ques, unidades frontales y embellecedo-

res, o para colocar los parabrisas del

vehículo . En todos los casos se puede

utilizar el mismo software, combinándolo

con un tipo distinto de sensor que permi-

tirá a los clientes hacer las mediciones en

la carrocería ya pintada.

”FlexPlace resuelve muchos problemas

importantes de nuestros clientes del ramo

del automóvil“, afirma François Malatier,

director de I+D en las instalaciones body-

in-white de ABB en Francia. ”El dominio

de la colocación de piezas por medio de

robots para montarlas en las carrocerías

de automóvil permite a nuestros clientes

evitar todos los problemas y costes que

trae consigo la utilización de maquinaria

y herramientas pesadas. FlexPlace es una

extraordinaria solución técnica, todo un

logro de ABB. Es una inteligente síntesis

de la adaptación de sensores, el software

de identificación de patrones y el softwa-

re de ajuste, constituyendo un producto

fácil de utilizar.“

FlexPlace y ajuste absoluto

de trayectoria

En la actualidad, el ajuste de trayectorias

se enfoca de dos modos distintos: ajuste

absoluto y ajuste relativo (véase el glosa-

rio). Después de comparar las diferentes

soluciones y evaluar las necesidades y

reacciones de los clientes, ABB se decidió

por el segundo enfoque, utilizando sen-

2

2

1

3

Ejemplo de trayectorias de medición2

El sensor escogido para FlexPlace es básicamente un telémetro láser. Cuando

se mueve, ya sea con un robot o con una unidad de movimiento lineal, se convierte

en un sensor de forma.

3

Sensor CCD

Lentes ópticas

Láser Suspendido Recorrido

30 mm 130 mm

ABB Revista 1/2002 17

sores de láser óptico (telémetros) unidi-

mensional para FlexPlace. Los senso-

res están conectados a la placa de capta-

ción por medio de una señal de bucle de

corriente de 4–20 mA, poco sensible a las

interrupciones electromagnéticas. La

salida digital del controlador del robot

sincroniza la trayectoria de medición y la

placa de captación. Los valores de ajuste

de la trayectoria para el ciclo de colo-

cación se transmiten por un enlace

Ethernet (ABB Interlink) , que tam-

bién sirve para sincronizar el movi-

miento del robot con el programa del

ordenador.

Con FlexPlace es posible medir y colo-

car el techo de un vehículo en su posi-

ción, determinada en unos 10 segundos,

con una precisión mayor que ±0,5 mm.

La alta fiabilidad de la herramienta se

debe principalmente al tipo de sensores

elegidos por ABB, al pequeño número de

componentes y a la poca susceptibilidad

a las influencias del entorno. Las fases de

montaje y producción son cómodas para

el usuario. La interfaz gráfica de usuario

tiene un carácter intuitivo y permite acce-

der directamente a las distintas pantallas

de la aplicación , .

Según François Malatier, la solución

FlexPlace se basa principalmente en un

innovador software: Nuestros competido-

res solucionan este problema de distintas

formas. Unos utilizan sensores y progra-

mas simples, otros emplean cámaras fijas.

El coste de inversión de esa tecnología es

muy elevado, pues el sistema necesita

varios grupos de cámaras si en la misma

cadena se montan varios modelos. Nues-

tra solución es básicamente un producto

informático. En su momento estudiamos

la posibilidad de trabajar con asociados

externos, pero finalmente nos decidimos

por emprender un desarrollo interno.

Tuvimos que diseñar un software ‘próxi-

mo a la visión’, algo que no resultó

demasiado difícil gracias al enfoque

metódico y a nuestro equipo de ingenie-

ros, jóvenes y de amplias miras.

Eficiente y funcional

Como ya se ha mencionado, la alta fiabili-

dad del sistema se debe en gran parte a

los precisos y acreditados sensores láser

65

4

3

Ejemplo de trayectorias de medición4

18 ABB Revista 1/2002

unidimensionales (1D). Para medir el per-

fil del automóvil, los sensores se mueven,

bien mediante el robot (los sensores

están montados en la pinza) o mediante

una pequeña unidad de transporte incor-

porada. El producto no es una ’caja

negra’, ya que la interfaz hombre-máqui-

na permite al usuario acceder a todos los

parámetros. Además, las funciones de

control integradas en el proceso permiten

al usuario comprobar y diagnosticar cual-

quier problema o fallo.

FlexPlace supera a los

sensores fijos

Comparado con el ajuste absoluto de

trayectoria, que utiliza sensores fijos,

FlexPlace ofrece una solución más eficaz

para casi cualquier fase de proceso y para

cualquier factor crítico del mismo. Una

novedad es el calibrado off-line con un

dispositivo calibrador instalado en el

puesto de montaje. Y la fase de calibrado

inicial tiene en cuenta las desviaciones

geométricas del brazo del robot. Por el

contrario, el ajuste absoluto de la trayec-

toria hace necesario disponer de un

’modelo de oro’ y de una máquina de

medida coordinada (CMM) en otro

puesto.

Con FlexPlace no hay riesgo de que

los sensores se interfieran entre si por su

proximidad a la zona de medición. Tam-

poco les afectan, como les sucede a las

cámaras, las luces destelleantes ni otras

interferencias procedentes de la nave de

fabricación. Los sensores de láser óptico

de FlexPlace no entran en contacto con

las piezas, así que el usuario tiene gran

libertad para decidir la posición de la

carrocería que se va a medir para que

sirva de referencia. Por el contrario, los

sensores fijos del ajuste absoluto de tra-

yectoria están más lejos del área medida,

así que el riesgo de interferencias es

mayor. Los sensores fijos también depen-

den más de las condiciones del entorno y

hacen más difícil la captación simultánea

de medidas.

El nuevo sistema hace posible un dise-

ño más flexible y adaptable, pues todo lo

que se necesita para colocar los sensores

es una pequeña adaptación de la pinza.

Esta es otra ventaja de FlexPlace sobre el

ajuste absoluto de trayectoria, que tiene

limitaciones intrínsecas, entre ellas la

necesidad de diseñar y construir una

estructura de acero para colocar y soste-

ner los sensores. La sencillez de los sen-

sores y el software intuitivo utilizado por

FlexPlace hacen que la nueva solución

sea más económica. FlexPlace ’piensa por

si mismo’ y, además, su mantenimiento,

preparación e infraestructura son más

baratos. Si se adopta el método, más

complejo, de sensor fijo, a menudo hay

que traer un proveedor externo para el

calibrado y el control de las instalaciones

ha de estar hecho por operarios muy pre-

parados.

Por supuesto, los sensores utilizados

en FlexPlace corren mayor riesgo de

sufrir daños, porque están montados en

la pinza y por ello están expuestos a gol-

pes y vibraciones. (En el ajuste absoluto

de trayectoria, los sensores están monta-

dos fuera del área de trabajo del equipo

móvil). Sin embargo, los sensores modu-

lares FlexPlace pueden ser sustituidos

fácil y rápidamente utilizando el calibra-

dor de la estación. (La sustitución de los

Pantalla de producción de FlexPlace5 Registro de medición de FlexPlace6

ABB Revista 1/2002 19

sensores de ajuste absoluto de trayectoria

es complicada y lleva mucho tiempo, por-

que los sensores de sustitución tienen

que estar calibrados con un CMM o un

sistema de medida con láser).

Las comprobaciones del sistema y el

control de calidad son también más fáci-

les con FlexPlace; al colocar el dispositivo

de calibrado en la estación, el usuario

puede comprobar el sistema siempre que

lo considere necesario. En el ajuste abso-

luto de trayectoria, por otro lado, una vez

medida la carrocería el sistema tiene que

esperar hasta que esta pase por la esta-

ción de comprobación antes de poder

confirmar los resultados.

Con FlexPlace, cualquier imprecisión

del robot debida a los cambios de tem-

peratura puede compensarse automática-

mente, ya que los sensores están monta-

dos directamente en el robot. El ajuste

absoluto de la trayectoria necesita de un

modelo preciso de robot y de una refe-

rencia fija en la estación para este tipo de

compensación. La nueva solución tiene

en cuenta todos los fallos de la cadena de

medición, mientras que, en el ajuste

absoluto de trayectoria, la ubicación de

cada sensor debe estar determinada con

precisión en la estación de montaje.

Glosario

Ajuste absoluto de trayectoria

Basado en las mediciones de la ubicación de la carrocería por medio de senso-

res montados sobre una estructura rígida en la estación de trabajo. La pieza y

las posiciones del robot están determinadas y la trayectoria de colocación se

define respecto del bastidor del automóvil. Al utilizar estas dos posiciones

absolutas, el ordenador define el ajuste de posición del bastidor necesario para

proceder al montaje.

Ajuste relativo de trayectoria

Los sensores están montados en la pinza del robot. El robot mueve los senso-

res orientados hacia la carrocería y procesa los perfiles que registra, determi-

nando así la posición de la carrocería. Durante la 'fase de aprendizaje', el vehí-

culo de referencia se coloca en la estación y se aplican al robot los valores de

ajuste ya conocidos. Para cada posición se registran los valores del sensor. Al

concluir el procedimiento, el sistema ha aprendido las respuestas del sensor al

desplazamiento del vehículo y esta información se introduce en la matriz de

correlación, que define las posiciones correctas del robot.

Modelo de oro

Carrocería fabricada especialmente para reducir al mínimo las diferencias

geométricas. En el ajuste absoluto de trayectorias se utiliza para establecer las

mediciones de referencia.

Máquina de medición coordinada (CMM)

Máquina diseñada para medir la carrocería del automóvil o las herramientas. En

el ajuste absoluto de trayectorias se utiliza para medir la carrocería del modelo

de oro.

Calibrador

Herramienta montada en la estación de montaje, utilizada para el calibrado

inicial de los sensores y para los ajustes necesarios en caso de sustitución de

sensores.

Body-in-white

Parte del proceso de fabricación de automóviles que emplea piezas troquela-

das para construir la carrocería completa, inclusive los cierres. Al finalizar esta

fase de fabricación, el conjunto está preparado para el tratamiento superficial y

la pintura; las brillantes chapas parecen casi de color blanco.

Matriz de correlación

Plantilla matemática que transforma los desplazamientos del sensor en despla-

zamientos de la posición del robot. Contiene coeficientes determinados a partir

de los datos recopilados durante la fase de aprendizaje, cuando se cambian las

posiciones del robot y se registran los ajustes del sensor para cada una de las

posiciones del robot.