Les processus industriels dépendent de plus en plus de l'automatisation pour atteindre les objectifs de productivité, garantissant ainsi une qualité de produit constante et un rendement élevé. Un processus peut être entièrement automatisé, sans intervention humaine de bout en bout, ou partiellement automatisé en combinant les forces des travailleurs et des machines. Imaginez des humains et des machines coopérant dans le même espace ; aujourd'hui, beaucoup envisagent probablement une série de robots collaboratifs multi-articulés (« cobots ») programmés pour prendre en charge des tâches répétitives ou physiquement exigeantes, tandis que leurs collègues humains fournissent la dextérité manuelle ou la contribution créative nécessaires à la réalisation du processus. Cependant, l'introduction de cobots dans une usine nécessite une optimisation importante des processus et une réorganisation physique de l'espace de travail.
Automatisation robotisée des processus (RPA) de base.
Par ailleurs, les entreprises manufacturières peuvent commencer à bénéficier des avantages de la RPA de manière plus simple et moins invasive. De nombreuses lignes de production sont gérées par des opérateurs humains qui traitent des pièces acheminées par un convoyeur (Figure 1). Augmenter la vitesse du convoyeur devrait permettre un acheminement plus rapide des pièces et une productivité accrue, mais ce n'est souvent pas le cas. Bien que les opérateurs soient physiquement capables de suivre le rythme du transport plus rapide, des problèmes peuvent survenir lorsque les pièces atteignent les butées à grande vitesse et risquent de se déplacer, voire de tomber au sol. La productivité peut alors diminuer. 
La robotique peut contribuer à résoudre ce problème. Les robots linéaires peuvent remplacer les convoyeurs conventionnels et sont plus faciles à programmer, avec des points de départ et d'arrêt définis numériquement et sans besoin de butées mécaniques. L'accélération et la décélération s'effectuent de manière fluide sur des distances prédéfinies, permettant des vitesses de transit rapides. Plusieurs de ces modules peuvent fonctionner indépendamment sur la même ligne de production, remplaçant ainsi un convoyeur unique à vitesse fixe. Cela permet d'optimiser la vitesse de transport dans plusieurs zones de la ligne afin de répondre aux exigences de chaque processus et d'équilibrer le flux de production. De plus, la possibilité de se déplacer en avant et en arrière ouvre de nouvelles perspectives pour une efficacité accrue. Yamaha a permis à plusieurs clients de bénéficier de ces avantages en intégrant son module de convoyeur linéaire robotisé LCMR200 (Figure 2) à leurs lignes de production. Ce modèle est rapide, efficace et nécessite une réorganisation du flux de production moins importante que la mise en place de cobots articulés multi-axes.
Ce robot linéaire modulaire constitue une introduction idéale au potentiel de l'automatisation robotisée des processus (RPA), allant du simple remplacement d'un convoyeur ou d'une table d'indexage à l'automatisation complète d'un processus de bout en bout dans une cellule d'assemblage robotisée et sécurisée. Lors de la création d'un flux de production entièrement automatisé pour la fabrication de petits produits tels que des haut-parleurs ou des modules automobiles composés de plusieurs pièces, les intégrateurs de solutions doivent souvent combiner différents types de robots afin de réaliser toutes les opérations d'assemblage de manière rentable et compacte. Pour les accompagner, Yamaha propose une gamme unique et complète de robots industriels couvrant tous les types courants, du robot modulaire LCMR200 et autres robots mono-axe aux robots cartésiens et SCARA. Cette gamme offre aux intégrateurs de solutions toutes les options nécessaires à la création d'un flux de production efficace, même dans des espaces restreints, tout en tenant compte de critères essentiels tels que la maintenabilité, la programmabilité et la facilité d'utilisation.
Mise à l'échelle, gain d'espace
La gamme de robots Yamaha offre de nombreuses fonctionnalités permettant un gain de place, comme la série YK-TW de robots SCARA orbitaux, conçus pour un montage au plafond. Ces robots permettent le passage en sous-sol grâce à leur extrémité qui se loge sous l'unité principale (Figure 3). Un encombrement réduit est crucial, notamment pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) souhaitant réinternaliser des processus auparavant externalisés. Si la conjoncture économique mondiale peut justifier financièrement cette réinternalisation, les usines locales disposent souvent de très peu d'espace pour accueillir ces processus. Dans un contexte où chaque centimètre carré compte, les robots SCARA orbitaux ont démontré leur capacité à opérer dans des espaces extrêmement restreints. Avec une longueur de bras de 350 mm et une capacité de charge utile de 5 kg, leur largeur d'installation n'est que de 492 mm.
Les principaux atouts des robots SCARA résident dans leur capacité à saisir et déplacer rapidement des pièces et à réaliser des opérations d'assemblage telles que le vissage et le dosage précis d'adhésifs, de mastics ou de matériaux d'interface thermique. Les robots SCARA classiques mesurent généralement entre 120 mm de longueur de bras et 1 kg de capacité de charge, et 1 200 mm pour des modèles pouvant manipuler jusqu'à 50 kg. La gamme YK-XG de Yamaha est équipée de transmissions par courroie sans entretien, permettant des mouvements rapides et précis sur quatre axes. De plus, son moment d'inertie est optimisé pour permettre la rotation rapide d'objets lourds, là où les machines conventionnelles doivent ralentir, ce qui allonge les temps de contact.
Forte de son expérience acquise dans les années 1970 avec les premiers robots industriels conçus pour automatiser l'assemblage en grande série de pièces de motos, Yamaha a développé des robots d'une grande sophistication, intégrant des innovations telles que le TRANSERVO, qui permet aux moteurs pas à pas de fournir une vitesse et un couple élevés.
Parmi les autres caractéristiques appréciées des intégrateurs pour simplifier la conception de solutions, citons la lubrification nécessitant peu d'entretien et les barrières efficaces contre les contaminants, les pièces mécaniques innovantes et très rigides garantissant une précision supérieure même sous fortes contraintes, et l'utilisation généralisée de solveurs de position plus robustes et fiables que les détecteurs de position optiques traditionnels. Grâce à un large choix de systèmes de contrôle, les intégrateurs peuvent configurer une solution abordable répondant aux exigences d'automatisation les plus élevées, tout en facilitant l'adaptabilité et l'évolutivité futures. Des unités de contrôle simples pour le positionnement et le pilotage de base permettent de contrôler facilement les robots mono-axe par pointage coordonné ou par train d'impulsions, minimisant ainsi la programmation. Par ailleurs, les contrôleurs multi-axes permettent de piloter simultanément un ou plusieurs robots à accès simple ou double. Jusqu'à quatre contrôleurs 4 axes peuvent être connectés en configuration maître-esclave pour gérer jusqu'à 16 axes et centraliser le contrôle dans un seul programme écrit en langage robotique Yamaha, une version étendue de BASIC.
Modernisez en toute confiance.
Le succès d'un premier projet d'automatisation incite souvent les opérateurs à étendre ou à moderniser leurs systèmes pour une productivité accrue ou une meilleure qualité en fin de ligne. L'intégration de la vision industrielle est une modernisation courante, bien que cette technologie nécessite généralement des connaissances spécialisées et des procédures de configuration traditionnelles qui peuvent s'avérer complexes et chronophages.
Yamaha a entrepris de simplifier la vision robotique en créant son système RCXiVY2+. Dans un système de vision robotique classique, les caméras sont connectées à un processeur de vision dédié, qui communique ensuite avec le contrôleur principal du système via une liaison de données série. Dans le RCXiVY2+, le traitement d'image, le contrôle de l'éclairage et le traitement des données de suivi du convoyeur sont gérés au sein du programme du robot, grâce à des instructions de vision dédiées créées par Yamaha et intégrées au jeu d'instructions BASIC étendu. Ce jeu d'instructions simplifie la recherche et le suivi des composants et réduit les temps de recherche jusqu'à 50 %. Une recherche plus rapide améliore la détection des pièces à des vitesses de convoyeur élevées, permettant une meilleure prise en main et des temps de contact réduits. 
Le matériel, comprenant un panneau de vision avec interface caméra GigE, un panneau de commande d'éclairage et un panneau de suivi s'installant facilement directement sur le contrôleur de robot multiaxes RCX3, élimine de nombreux problèmes d'intégration et garantit la compatibilité avec les périphériques. De plus, la vision étant gérée directement dans le programme du robot, il n'est pas nécessaire de créer une routine de conversion de coordonnées. Par ailleurs, le système intégré de Yamaha améliore le débit en supprimant les délais rencontrés avec les systèmes de vision conventionnels, lorsque les données de la caméra transitent par un processeur de vision externe avant d'être transmises au contrôleur du robot.
Pour accélérer la configuration du système, une procédure d'étalonnage simple permet d'aligner rapidement les coordonnées de la caméra grâce à un assistant, et un outil graphique simplifie l'enregistrement de la pièce en trois étapes : capture d'image, ajustement du contour et enregistrement de la position de détection. Au final, le temps de configuration est environ 80 % plus rapide qu'avec un système de vision industrielle conventionnel (Figure 4).
En fonctionnement, un puissant moteur de recherche de contours d'image optimise la détection des pièces. Le système détecte les vis et rondelles fixant les pièces, identifie les éléments dans un emballage ou sur un circuit imprimé, vérifie les trous percés et compte des objets tels que des bouteilles sur une palette ou des composants électroniques. La sortie DVI-I de la caméra permet d'analyser l'état de la recherche à tout moment, et il est possible d'enregistrer jusqu'à 254 pièces personnalisées supplémentaires pour la détection automatique. Les caméras RCXiVY2+ peuvent être montées à des emplacements fixes au-dessus et/ou en dessous de la pièce à usiner, ou sur le robot. Lorsqu'elles sont montées sur le robot, les coordonnées de la caméra sont automatiquement ajustées pour compenser les mouvements.
Le système RCXiVY2+ introduit également une nouvelle approche de traitement d'image appelée « détection de blobs », capable de reconnaître des objets de forme irrégulière jusqu'à 10 fois plus rapidement que les méthodes de détection de contours traditionnelles. Ceci améliore la sélection, la reconnaissance de présence et le comptage à haute vitesse de plusieurs pièces, et est particulièrement efficace pour les articles tels que les aliments et les vêtements, élargissant ainsi le champ d'application potentiel de la vision robotique. Le système peut également reconnaître les parties qui se chevauchent et les exclure de la cible de recherche.
Conclusion :
Les processus d’assemblage manuels classiques, même assistés par une automatisation de base comme des convoyeurs motorisés, offrent des possibilités limitées d’augmentation du débit et de la productivité. Les méthodes classiques visant à réduire le temps de manipulation peuvent souvent avoir l’effet inverse sur la productivité, tandis que l’ajout d’opérateurs et de lignes de production augmente les coûts d’exploitation et nécessite davantage d’espace au sol. La transition vers l’automatisation robotisée des processus peut être simple et non perturbatrice si elle est menée correctement, par exemple en remplaçant les convoyeurs rigides ou les tables d’indexage encombrantes par des robots linéaires programmables. Une fois les lignes de production fiables mises en place, l’automatisation peut être étendue à d’autres processus et lignes de production, et des améliorations telles que la vision industrielle peuvent être ajoutées, offrant un retour sur investissement toujours plus important.
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