La manipulation de très petites pièces est un défi en matière d'automatisation des processus. Un défi "de taille" relevé par le constructeur de machines spéciales SDC, qui a exploité la compacité et la précision des robots Meca500 de Mecademic pour créer une solution d'assemblage de DM automatisé.

Constructeur de machines industrielles automatisées basé dans l’Ohio, Steven Douglas Corp. (SDC) a été contacté par un fabricant de dispositifs médicaux, pour automatiser un processus d’assemblage particulièrement complexe.

A l'origine manuel, l'assemblage en question impliquait la manipulation de pièces minuscules, à un niveau microscopique. La taille des pièces rendait ce travail manuel difficile, fastidieux et chronophage. Avec l’automatisation du processus, le client espérait réduire les temps de cycle et améliorer le rendement global.

Pour répondre à cette attente, SDC a eu recours à la micro-automatisation, en construisant une machine intégrant divers composants, dont deux exemplaires du Meca500 de Mecademic, un robot industriel à six axes, réputé pour sa compacité et sa grande précision.

« Nous utilisons de nombreuses marques de robots chez SDC, et elles sont toutes très fiables et de très haute qualité », souligne Dan Belliveau, ingénieur chef de projet chez SDC. « Mais aucune ne peut rivaliser avec la répétabilité et la précision des robots de Mecademic ».

Une précision de l'ordre du micron

La machine développée par SDC pour son client exigeait une précision de l’ordre du micron pour traiter de façon reproductible les pièces minuscules impliquées dans le processus.

Les deux principaux éléments à assembler sont des maillons et des rivets avec un diamètre de tige de seulement 0,3 millimètres. Les maillons se présentent sous la forme de petits cylindres creux dotés chacun d’oreilles trouées, destinées à être rivetées. Le jeu entre un rivet et le trou d’une oreille de maillon est de l’ordre d’un millième de millimètre !

Pour parvenir à relever le défi qui lui été lancé, SDC a acheté et testé le matériel de micro-automatisation par étapes, en veillant à ce que chaque processus automatisé soit d’une précision optimale avant la construction finale.

Un assemblage en 5 étapes

SDC a réussi à construire une machine rapide, précise et reproductible qui réalise toutes les étapes du processus de micro-assemblage cinq fois plus vite que la méthode manuelle d'origine.

La première étape concerne la station d'orientation des maillons. Un bol d’alimentation vibrant de la marque Bellco Feeders alimente la machine en maillons de quatre types différents. Ensuite, grâce à un système d’inspection visuelle, les maillons sont orientés avec précision pour être placés à l’étape suivante du processus.

Cette deuxième étape est l'estampage. Une fois les maillons correctement orientés, un actionneur pneumatique signé SMC doté d’un ensemble séparé d’outils de maintien enfonce deux goupilles d’estampage réglables dans les trous des "oreilles" des maillons cylindriques. À cette étape, les maillons sont emboîtés les uns dans les autres avant d’être assemblés par un rivet soudé lors de l’étape suivante. Si des maillons de différentes longueurs doivent être estampés, une glissière à vis à billes Hiwin permet d’ajuster la station et de positionner les maillons en conséquence.

On passe alors à l'étape d'insertion du rivet dans laquelle intervient un premier robot Meca500. Sa fonction consiste à insérer les rivets dans les maillons avec une très grande précision. Soutenu par un objectif de caméra spécialisé et un logiciel de vision intelligent pour un assemblage parfait, il atteint entre 1 et 2 microns de précision et de répétabilité.

On notera qu'un assemblage complet comprend 73 pièces (25 maillons et 48 rivets) fixées à l'aide de 48 soudures.

Vient ensuite le soudage au laser du rivet avec une précision de l’ordre du micron. Une soudure imprécise, ne serait-ce que de quelques microns, affecterait le mouvement et la fonctionnalité du produit. C’est pourquoi une caméra de la marque Keyence prend une photo de la pièce une fois qu’elle est passée sous la soudeuse laser. Les coordonnées des rivets sont ensuite envoyées à la soudeuse, qui est reliée au second robot Meca500. Cela permet de souder une forme spécifique, à un endroit particulier, avec un maximum de précision.

Le système de convoyage parachève le processus d’assemblage automatisé. À cette toute dernière étape, la pièce est terminée. Le robot retire alors la pièce finie du mandrin d’assemblage et la charge sur le convoyeur de sortie.

Plus vite et mieux

Grâce à cette solution, SDC a considérablement réduit les temps de cycle pour son client. L’assemblage complet des 73 pièces est désormais réalisé en 210 secondes, contre 1 200 lorsqu’il était effectué manuellement. Parallèlement à l’augmentation de la cadence de production, la qualité des produits a également été améliorée.

Autre avantage notable, l’automatisation a permis au client de SDC de réaffecter des employés à des postes plus valorisants au sein de l’usine, où leurs compétences sont mieux utilisées.

SDC a ainsi démontré la valeur transformatrice de l'automatisation pour ce type unique d'assemblage microscopique dans la fabrication de dispositifs médicaux.

mecademic.com