Outils de fixation pour l'assemblage EV

Des tensions allant jusqu'à 800 volts sont impliquées lorsque les assembleurs installent des batteries dans des véhicules. Afin que ni les personnes ni le matériel ne soient blessés, une attention particulière est portée à la sécurité, à la protection incendie et aux méthodes de montage. Photo courtoisie Desoutter

Jusqu'à 33 batteries, chacune légèrement plus grande qu'une boîte à chaussures, sont insérées dans la carrosserie d'une voiture par un robot. Un système de vissage automatique installe ensuite les vis pour les maintenir en place. Photo courtoisie Desoutter

La technologie de positionnement Nexonar est utilisée pour garantir la qualité dans les stations de reprise. Le système utilise la technologie infrarouge et une caméra pour identifier exactement où se trouve un outil de fixation dans l'espace. Photo courtoisie Desoutter

Les outils de vissage à proximité des batteries haute tension sont équipés de mandrins isolés galvaniquement pour protéger les travailleurs. Photo courtoisie Desoutter

Cette visseuse sans fil est équipée d'un transpondeur Nexonar au bas de la batterie. Cela permet de positionner l'outil sur une vis avec une précision millimétrique. Photo courtoisie Desoutter

Les surfaces métalliques de cet outil sont recouvertes d'un plastique électriquement isolant pour éviter les courts-circuits des batteries. Photo courtoisie Desoutter

La nécessité d'étendre l'autonomie des véhicules électriques pousse les constructeurs automobiles à adopter des tensions de batterie plus élevées. La plupart des véhicules électriques pour passagers sont alimentés par une batterie de 400 volts, tandis que les bus et camions électriques sont alimentés par des batteries de 600 volts. Aujourd'hui, les équipementiers commencent à adopter des batteries de 800 volts pour les véhicules de tourisme.

Une batterie EV se compose de nombreuses cellules individuelles connectées en série. Chaque cellule fournit 3,1 à 4,2 volts. Un système nominal de 800 volts contient environ 198 cellules en série, ce qui donne une tension de bloc globale de 610 à 835 volts. En revanche, une batterie au plomb pour une voiture à essence contient six cellules en série, pour une tension globale de 12 volts.

Pour un constructeur automobile allemand, cette augmentation spectaculaire de la tension a suscité des inquiétudes quant à la sécurité sur la chaîne de montage. Des tensions allant jusqu'à 800 volts sont impliquées lorsque les assembleurs installent des batteries dans des véhicules. Afin que ni les personnes ni le matériel ne soient blessés, une attention particulière est portée à la sécurité, à la protection incendie et aux méthodes de montage.

Une autre préoccupation majeure est l'assurance qualité, car les raccords vissés des packs de batteries relèvent de la classe de sécurité A. Cela signifie qu'il y a un risque de mort ou de blessure en cas de défaillance. La qualité du vissage doit donc être assurée et documentée, que les fixations soient installées manuellement ou avec un système automatisé.

Les outils de fixation de Desoutter aident l'entreprise automobile à relever ces deux défis.

Jusqu'à 33 batteries, chacune légèrement plus grande qu'une boîte à chaussures, mais beaucoup plus lourde, sont insérées individuellement dans des carrosseries de voiture en aluminium soudé. Ceci est fait par un robot à un poste de travail entièrement automatisé. Chaque pack est ensuite fixé avec quatre vis. Comme la vitesse et la qualité sont essentielles, les vis sont installées par un système entièrement automatique conçu par Desoutter.

Quatre broches de vissage connectées installent les vis simultanément, appliquant jusqu'à 20 newtons-mètres de couple. Les vis sont automatiquement alimentées à partir d'une trémie par un alimentateur à pas et soufflées à travers un tuyau vers chaque broche. Lorsqu'ils arrivent au niveau du composant, ils sont alors réglés automatiquement en même temps et serrés de manière synchrone pour atteindre le couple final.

"Les visseuses sont contrôlées par notre logiciel", explique Maximilian Wien, responsable de compte senior pour l'industrie automobile chez Desoutter. "La technologie d'alimentation est contrôlée par le constructeur de machines, à qui nous avons fourni la pneumatique et le plan de processus. Les données de vissage sont documentées dans le système logiciel d'atelier du client, pour lequel nous fournissons l'interface."

Lors de la mise en service de la plateforme d'assemblage en 2018, le constructeur a été le premier à travailler en 800 volts sur ses modèles électriques. "C'était un grand défi à l'époque, car nous devions protéger les travailleurs aux postes de travail manuels en conséquence", se souvient Wien. "Tous les raccords vissés qui sont classés comme" non OK "après l'assemblage automatique sont redirigés vers des postes de travail manuels pour être retravaillés."

La reprise des connexions de la batterie et l'assemblage manuel des barres omnibus sont effectués avec des tournevis d'angle filaires Desoutter. "Pour protéger les travailleurs, nous utilisons des mandrins à vis isolés galvaniquement", explique Wien. "Les surfaces métalliques des tournevis sont également recouvertes d'un revêtement en plastique. Car si l'ouvrier place un tournevis non isolé sur le composant, cela pourrait créer un pont entre deux pôles et provoquer un court-circuit. Pour éviter cela, tout ce qui conduit l'électricité est couvert."

Les normes qui régissent la manipulation des raccords à vis haute tension dans la construction automobile proviennent à l'origine du secteur des métiers du bâtiment. De nombreux équipementiers et fournisseurs exigent le respect de ces normes comme point de référence.

Une autre mesure de sécurité est la surveillance de tous les packs de batteries à l'aide d'une caméra thermique. Les packs sont conduits d'une station à l'autre avec des véhicules guidés automatisés (AGV). Si la température d'un module dépasse la valeur limite, l'AGV est automatiquement éjecté du hall.

Au-delà de la sécurité au travail, l'assurance qualité sur les postes de reprise est un enjeu majeur. La technologie de positionnement Nexonar de Desoutter aide. Le système utilise la technologie infrarouge pour identifier exactement où se trouve l'outil de fixation dans l'espace. La seule exigence est un contact visuel entre une caméra spécialement équipée et un tracker infrarouge sur l'outil. Le tracker émet un signal LED indubitable qui est reconnu par la caméra.

Le logiciel du système stocke les coordonnées spatiales de la station, de sorte qu'il peut déterminer la position du tracker par rapport aux emplacements de fixation au moment de l'assemblage. Des trackers de référence attachés au composant transmettent également sa position exacte. Le logiciel garantit alors que l'ouvrier ne peut utiliser le tournevis qu'à l'endroit de fixation souhaité. De plus, le logiciel guide l'employé pas à pas tout au long du processus d'assemblage, augmentant ainsi l'efficacité et évitant les erreurs. Le logiciel documente également la position de chaque pièce lors de l'assemblage, offrant une traçabilité complète.

Faire fonctionner le système était "difficile, mais faisable", se souvient Wien.

"Lors du positionnement, le système fonctionne avec une précision de ±1 millimètre", explique-t-il. "Bien sûr, il faut tenir compte des tolérances dans le positionnement des composants et du jeu de la sortie de l'outil. Au total, nous devions pouvoir distinguer deux positions de vis à cette station qui ne sont distantes que de 16 millimètres.

"Même l'isolation galvanique apporte un certain jeu", poursuit-il. "Et, cela augmente d'autant avec un brin de 150 millimètres de longueur. De plus, l'AGV n'est pas toujours au même endroit avec le composant. Bien qu'il rentre en gare sur une bande magnétique, il y a des écarts de 25 à 30 millimètres. "

Ces erreurs de positionnement des AGV sont compensées par deux trackers de référence sur le composant.

Les stations de retouche elles-mêmes sont équipées de quatre caméras qui gardent toujours un œil sur le composant. Cette disposition globale assure un positionnement sûr même dans des conditions difficiles.

"Avec l'aide des deux trackers sur le composant, nous pouvons identifier sa position exacte", explique Wien. "Cela signifie que peu importe où se trouve exactement l'AGV. Car tant que le composant est dans le champ de vision des caméras et que les trackers de référence sont visibles, les écarts sont neutralisés et nous pouvons maintenir la tolérance de 16 millimètres. "

Les trackers sont situés sur les côtés opposés de la carrosserie du véhicule. À l'aide des données CAO du véhicule, les ingénieurs ont déterminé la position optimale des trackers pour le système de localisation. Ensuite, ils ont utilisé l'impression 3D pour créer un gabarit permettant de localiser les trackers de manière cohérente. Lorsque l'AGV entre dans la station, le travailleur règle les suiveurs et les enlève avant que la pièce ne quitte la zone de reprise.

Un autre tracker est installé en permanence sur chacun des trois tournevis, qui sert à déterminer la position précise de l'outil. Celui-ci est alimenté en électricité via le système eLink de Desoutter. Les trackers de référence sur la pièce sont équipés d'une batterie de 18 volts qui assure une autonomie de trois à quatre semaines par cycle de charge. Le positionnement est complété par le logiciel Assembly-Scout de Desoutter et un contrôleur autonome qui gère les caméras indépendamment du système du client.