WireSense en la práctica Magna Steyr trabaja con Fronius WireSense

La puesta en servicio de su nueva línea de producción exigió una gran creatividad a los especialistas en tecnología de unión de Magna: Antes de que la producción pudiera realizarse en serie, las empresas externas de integración de sistemas tenían que desplazar los componentes a la posición de soldadura preprogramada por medio de sistemas de robot de última generación. Pero lograr la posición exacta del borde de la chapa requerida para la soldadura seguía siendo un desafío en la preserie. Por supuesto, los responsables de Magna fueron claros: En la tecnología de unión, la máxima precisión es absolutamente fundamental, especialmente para las chapas finas. Antes de que los vehículos pudieran salir de la línea de montaje, había que garantizar una perfecta unión de las chapas superiores e inferiores.

Tolerancias de fabricación

"Aquí trabajamos, por ejemplo, con sistemas robotizados 'On The Fly'", explica Sonja Schober, Responsable del Equipo de Tecnología de Unión de la Unidad de Negocio Painted Body de Magna Steyr. La parte trasera del vehículo no queda sujeta de la forma convencional. Un robot llamado Geogreifer recoge el componente en la parte trasera por los puntos previstos para ello y lo mueve a las posiciones deseadas. El otro robot guía la antorcha a las posiciones de soldadura correspondientes. Justo aquí es donde era crucial que se respetasen con exactitud las medidas previstas. "Se prevén diversas tolerancias por defecto con respecto a la posición exacta de los componentes. Sin embargo, los robots utilizados también tienen rangos de tolerancia específicos. En el caso de un robot de soldadura, por ejemplo, la tolerancia de los ejes. Así que, en el peor escenario, si la tolerancia de los componentes y los robots se sitúan en el límite máximo o mínimo del rango, puede haber dificultades", continúa Schober. "En ciertas circunstancias, el borde a unir puede estar hasta un milímetro por delante o por detrás de la posición "Stickout" del hilo de soldadura. Como resultado, pueden producirse defectos de unión como una penetración insuficiente o una unión deficiente de las chapas superior e inferior". Werner Karner, Responsable del Centro de tecnologías de unión de Magna Steyr, añade: "En la industria automovilística, además, la mayoría de las aplicaciones incluyen chapas delgadas. Si te equivocas con el cordón de soldadura, estropeas la chapa rápidamente. Así que antes de que pudiéramos comenzar la producción en serie, tuvimos que optimizar nuestros sistemas en esta área".

Las dificultades en la tecnología de unión automatizada suelen ocurrir de forma completamente inesperada. Por lo tanto, para garantizar la calidad, se requiere una inspección general muy precisa durante la producción: "Normalmente, programamos el robot para manejar un componente, y funciona. Pero puede aparecer de la nada un cordón de soldadura y obligarnos a realizar retoques. En este caso, tenemos que analizar cuáles son las causas", explica gráficamente Marco Miersch, Mecánico de mantenimiento de Magna Steyr. "Por supuesto, hay muchas otras causas en cualquier proceso de producción que causan desviaciones mínimas, por lo que una planificación adecuada de las tolerancias de producción es absolutamente fundamental: Se trata de márgenes previstos y, por lo tanto, calculados; también hablamos en este caso de la compensación de la tolerancia", añade Schober. "Diseñar una construcción con tolerancia cero es definitivamente imposible. Por lo tanto, dependemos de encontrar de forma fiable el borde de la chapa y detectar cualquier hueco. De esta manera se pueden evitar errores de unión".

En la rutina de producción diaria, esto significa: "Examinamos todos los componentes, los comparamos entre sí, programamos de nuevo cada cordón de soldadura en el robot en caso de duda y ajustamos los parámetros de las fuentes de potencia", confirma Miersch. Para garantizar una precisión absoluta, estamos dispuestos a aceptar el coste adicional en tiempo de trabajo y energía, así como el posible material extra. Este control exhaustivo de calidad es una prioridad para nosotros como fabricantes de primera categoría".

Comprobación de componentes mediante sistemas de medición óptica

Si queremos evitar el retrabajo constante, como comprobaciones visuales de cada pieza y retoques manuales de soldadura, y desechar los componentes por presentar defectos, se debe asegurar la posición correcta de los mismos antes de la soldadura. Hay muchas formas de afrontar este desafío de la soldadura robotizada. Pero, ¿cómo se puede resolver este problema con grandes volúmenes en la producción automatizada? En relación con los diversos sistemas de cámaras diseñados para hacer que el robot "vea" para corregir las posiciones, Karner dice: "Por un lado, las antorchas de soldadura son muy largas. Si se coloca una cámara en la parte trasera, no tendrá un alcance suficiente para la parte delantera. Además, todos los fabricantes se enfrentan al mismo reto en el sector de las carrocerías en bruto: ¡Todo es cada vez más estrecho y sinuoso! Así pues, la accesibilidad es cada vez más limitada, y las ayudas ópticas de medición están literalmente llegando a su límite. 

Pero Magna no solo se esfuerza por alcanzar los más altos estándares de calidad. También por establecer nuevos hitos con respecto a los estándares de fabricación más modernos de la industria del automóvil. Con la puesta en servicio de la línea de producción en 2018, Karner quiso abrir nuevos caminos: "Yo tenía claro que, a largo plazo, la industria automovilística necesitaría una solución para ayudar al robot a encontrar los bordes. Como llevamos colaborando desde hace muchos años con los técnicos y responsables de desarrollo de Fronius, les pregunté si tenían una solución... La respuesta no tardó en llegar: Puede que haya algo..."

Solución Fronius: WireSense

El equipo de tecnología de aplicaciones Fronius sin duda fue capaz de ayudarnos: "Estaba claro que habían considerado la posibilidad de un electrodo de soldadura convertido en un sensor en la fuente de potencia inteligente TPS/i. Y, por supuesto, el departamento de I+D de Fronius ya había realizado pruebas con éxito en el pasado. Además, las fuentes de potencia están configuradas para el proceso CMT, por lo que se cumplieron todas las condiciones para una 'prueba de campo'", afirma Miersch en relación con esta colaboración orientada a ofrecer soluciones.

"Fronius tenía el invento en su cajón desde hace algún tiempo, pero probablemente hasta ahora no lo habían rematado", explica Karner. "Gracias a la estrecha colaboración desde hace muchos años, fue posible para ambos instalar un prototipo en nuestro sistema de producción", lo que en última instancia contribuiría a la maduración de la nueva tecnología de sensores con vistas a su comercialización.

WireSense y tiempos de ciclo

"Desde la implementación de WireSense, el robot encuentra de forma segura el borde de la chapa y adapta la trayectoria de soldadura a las circunstancias con 100 % de precisión", explica Schober entusiasmado. "Por eso, ahora tenemos una excelente estabilidad uniforme de penetración y siempre logramos la perfecta unión de la chapa superior e inferior", confirma Miersch. Sin embargo, en la mencionada línea de producción inaugurada en 2018, Magna solo utiliza WireSense en un único componente, el denominado sistema de protección antivuelco de soporte transversal. "Aquí casi todo era aire, así que tenía sentido implementar el procedimiento para probarlo. Además, WireSense dedica tiempo adicional debido al recorrido de búsqueda antes de la soldadura. Como trabajamos con un buffer para este componente, cualquier retraso en los tiempos de ciclo no tiene ningún efecto en la producción global.

Aplicar WireSense a todos los cordones de soldadura requiere una planificación completamente diferente antes de la puesta en marcha de nuevas líneas de producción: "Aún no nos ha sido posible extender esta revolucionaria función a toda la producción. En una línea de producción completamente instalada, los tiempos de ciclo de cada estación se calculan con una precisión milimétrica; una intervención posterior en todo el sistema provocaría el caos. En el caso de este componente trasero, por ejemplo, el tiempo de ciclo previsto es de cinco minutos. Cada robot tiene cierto margen de detección de colisiones. Si un robot tarda más en realizar su tarea por operar con WireSense, el otro no puede seguir funcionando. Todo se suma automáticamente, y al final el tiempo de operación acaba siendo de unos diez minutos en lugar de cinco.

Además, también era necesario optimizar la configuración de WireSense, que se realizó inicialmente en el componente de prueba, el sistema de protección antivuelco de soporte transversal: "Al probar la opción del WireSense, esperábamos que cada recorrido de búsqueda durase tres segundos, pero al final acababan siendo ocho segundos", explica Schober. Los técnicos de servicio de Fronius examinaron este dato en detalle. Al final tuvo que perfeccionarse la programación del robot. En este ámbito, disponer de sólidos conocimientos es un requisito básico para poder aprovechar completamente las ventajas de un sensor de hilo. Se trataba de determinar con precisión las velocidades de los robots a la hora de realizar cada recorrido de búsqueda. "En este proceso, los cambios de programación han acelerado algunos recorridos, y de forma muy considerable en algunos casos. En última instancia, esto nos ha permitido alcanzar los tres segundos previstos", confirma Schober.

Ahorro considerable de tiempo a pesar de los costes adicionales

"A pesar de toda la optimización, el principio sigue siendo el mismo: Un sistema frena al otro", asegura Karner. "Tenemos más de cien cordones de soldadura solo en la parte trasera de esta carrocería. Tres segundos de búsqueda por cada cordón supone una gran diferencia". Miersch añade: "Para poder utilizar WireSense de manera rentable es necesario analizar cada cordón de forma individual antes de la planificación de la línea de producción, a fin de evitar errores por un lado y el retrabajo que suponen por el otro. Además, hay que tener en cuenta los cordones que pueden considerarse críticos debido a sus requisitos de seguridad".

"Si se considera cuidadosamente la selección de los cordones, WireSense puede brindar un ahorro significativo de tiempo y costes a pesar de la inversión adicional de tiempo que debe realizarse por adelantado. Aunque los tiempos de cada ciclo son más largos por las búsquedas, el resultado final es que la disponibilidad de la instalación aumenta significativamente gracias a la minimización de los costosos retoques", afirma convencido Karner, Responsable del Centro de tecnologías de unión.