Sistema Pick&Place con tecnología de accionamiento directo
25. Octubre 2021
Flexibles y ultrarrápidos: los accionamientos eléctricos directos permiten la creación de módulos de recogida y colocación que operan con una eficiencia, precisión y dinamismo excepcionales. Además, estos módulos ofrecen mayor flexibilidad, son más compactos y requieren menos montaje y mantenimiento que sus homólogos con accionamientos neumáticos o de leva. La empresa suiza PARO AG ha puesto todas estas ventajas al alcance de sus clientes y de la propia empresa con el desarrollo del PARO-Blitz. El fabricante de maquinaria utiliza el sistema de recogida y colocación en la construcción de líneas de montaje y máquinas especiales que compiten al más alto nivel en términos de productividad.
“El tiempo de ciclo estándar requerido para los sistemas de ensamblaje se ha reducido casi a la mitad en pocos años y ahora se acerca a un segundo”, dice Gregory Kyd, Director Técnico de la PARO AG suizaSi bien aún se pueden implementar soluciones de recogida y colocación igualmente rápidas mediante neumática o discos de leva, los accionamientos directos, como demuestra nuestro PARO-Blitz, ofrecen una eficiencia, un ahorro de espacio y una flexibilidad significativamente mayores. Este sistema de recogida y colocación, particularmente compacto, consta de un motor lineal dispuesto horizontal y otro verticalmente. Según la carrera y la dinámica requeridas, puede mover cargas de hasta 5 kg y alcanzar hasta 60 ciclos por minuto. Una sencilla opción de montaje (fijación de cola de milano) garantiza la adaptación rápida y precisa de pinzas y otras unidades de manipulación. Gracias al ajuste fino en el punto de fijación y a la precisión de los accionamientos lineales, se pueden alcanzar posiciones con una repetibilidad de +/-0,05 mm. Entre las principales ventajas sobre los sistemas de recogida y colocación de accionamiento neumático destaca la mayor flexibilidad que el PARO-Blitz debe a su tecnología de accionamiento directo. Dado que los movimientos se generan y controlan exclusivamente de forma eléctrica, el operador de la máquina puede disponer de funciones en la interfaz hombre-máquina que le permiten activar e iniciar secuencias de movimiento preprogramadas con solo pulsar un botón. Esto también facilita la producción de variantes. "En cambio, los cilindros neumáticos se limitan prácticamente a movimientos punto a punto; las paradas intermedias requieren tornillos de tope adicionales y los interruptores de límite deben reconfigurarse con cada cambio de carrera", señala Gregory Kyd.
La articulación de cola de milano del PARO-Blitz permite adaptar fácilmente pinzas u otras unidades de manipulación. Gracias al ajuste preciso y a la exactitud de los accionamientos lineales, se pueden alcanzar posiciones con una repetibilidad de +/-0,05 mm. (Foto: Rossmann)
Ahorra espacio y es escalable en su aplicación.
El hecho de que los ingenieros de PARO lograran diseñar el Blitz con tanta compacidad se debe en gran medida a la decisión del fabricante de maquinaria especializada de utilizar componentes de motor lineal de LinMot, explica el director técnico de la empresa. «Cuando analizábamos el mercado antes del lanzamiento del PARO Blitz en 2014, LinMot rápidamente se convirtió en uno de nuestros principales proveedores gracias a su diseño compacto y la excelente calidad de construcción de sus soluciones». LinMot finalmente se impuso gracias a su amplia gama de productos, que incluye una gran variedad de rotores y estatores, así como motores lineales completos con controladores compatibles y resortes magnéticos (MagSpring) para la compensación de peso, y motores rotativos. A partir de esta gama, PARO desarrolló varias variantes del PARO Blitz para recorridos de 50 mm a 190 mm. Por lo tanto, PARO puede utilizar el módulo Pick&Place con frecuencia en las plantas de ensamblaje, como explica Gregory Kyd: "A finales de mayo de 2018, más de 200 de estos módulos estaban funcionando de forma fiable en más de 30 plantas".
El módulo de recogida y colocación PARO-Blitz, desarrollado por PARO AG, no solo es altamente dinámico gracias a los componentes de motor lineal de LinMot, sino también especialmente compacto, lo que permite su integración en sistemas incluso en espacios reducidos. (Foto: Rossmann)
Fuente de datos para la Industria 4.0
Si se desea monitorizar el movimiento o la posición del cilindro neumático, o utilizarlo como variable de control o guía, es necesario considerar sensores independientes. En cambio, los motores lineales cuentan con un sistema de medición integrado, lo que permite al servocontrolador proporcionar datos como la carrera o la fuerza para cada operación de recogida y colocación. Estos datos pueden utilizarse, por ejemplo, para compensar automáticamente las variaciones de temperatura en los componentes mecánicos del sistema. Sin embargo, con los sistemas neumáticos o de leva, el operario debe intervenir y reajustar manualmente tras una parada de la máquina o en caso de fluctuaciones significativas de la temperatura ambiente. Además, es necesario revisar periódicamente los cilindros neumáticos y el suministro de aire o los discos de leva para detectar fugas y desgaste, y sustituir los amortiguadores de extremo con regularidad. Dado que un motor lineal funciona sin contacto y, por lo tanto, no requiere mantenimiento, el mantenimiento del PARO-Blitz se reduce al mínimo. Los raíles guía, integrados para soportar el movimiento lineal, tampoco requieren lubricación. La fiabilidad del módulo Pick&Place queda demostrada por un prototipo de PARO AG: a finales de mayo de 2018, un módulo ya había completado 190 millones de ciclos sin mantenimiento ni interrupciones imprevistas. E incluso si un módulo necesita ser reemplazado, esto es significativamente más rápido que con un sistema neumático con sus numerosas mangueras de aire comprimido o un sistema de levas con sus acoplamientos mecánicos. Además, al ser un módulo eléctrico, el Pick&Place se puede configurar y probar antes de su instalación en el sistema, lo que se traduce en tiempos de mantenimiento y reparación considerablemente más cortos. Para los responsables de PARO, la dinámica significativamente superior de la tecnología de accionamiento directo es casi más importante que la alta disponibilidad del sistema Pick&Place, ya que contribuye a reducir los tiempos de ciclo. «Si bien se pueden alcanzar 60 ciclos por minuto con cilindros neumáticos en ciertas condiciones, esto requiere un esfuerzo considerablemente mayor». Por ejemplo, los cilindros neumáticos de doble efecto requieren dos conexiones de aire comprimido y posiblemente un sensor de posición, mientras que un accionamiento directo solo necesita un cable eléctrico. Esto ofrece claras ventajas en cuanto a instalación y requisitos de espacio, como explica Kyd: "Gracias a la eliminación de las tuberías, el sistema PARO flash ocupa aproximadamente la mitad del espacio y su instalación requiere solo un tercio del tiempo en comparación con su equivalente neumático".
Más que un sistema de selección y colocación
Gracias a las ventajosas características del sistema de recogida y colocación de accionamiento directo y a su diseño compacto, las posibilidades de aplicación del PARO Blitz van más allá de las simples operaciones de recogida y colocación. PARO lo utiliza en sus sistemas de ensamblaje, por ejemplo, para operaciones de prensado y plegado, integrado en sistemas de pórtico y como sistema de alimentación de alta velocidad.
En un sistema actual para el ensamblaje de un módulo electrónico para una aplicación de automatización de edificios en 31 estaciones de ensamblaje, procesamiento y prueba, el número total de unidades PARO flash instaladas es de 30. Tres ejes de motor lineal también se utilizan para otras tareas de posicionamiento. El control se realiza mediante 33 servocontroladores LinMot con una interfaz Profinet. El sistema consta de tres celdas de ensamblaje, cada una con una superficie de 2 x 2 metros, conectadas por el sistema de transferencia de doble cinta Paromat. La tarea más exigente, que también constituye el proceso central del sistema y es realizada por una unidad PARO flash en la línea de ensamblaje, es la sujeción y el posicionamiento de las dos pestañas de conexión de un sensor que debe instalarse en la placa de circuito del módulo. La posición de los cables de conexión de 0,2 milímetros de espesor es capturada por un sistema de procesamiento de imágenes. A partir de esto, se calcula un movimiento tridimensional de la unidad PARO flash y del pórtico sobre el que está posicionada, individualmente para cada cable y sensor, para capturar los cables. El cable se sujeta, se guía hasta la placa de circuito y se suelda allí. «Esto sencillamente no habría sido posible con soluciones neumáticas o de manipulación por leva, ya que no permiten un posicionamiento numérico preciso», añade Gregory Kyd. «Además, no se podría alcanzar el tiempo de ciclo requerido».
Además de las operaciones clásicas de recogida y colocación, la PARO-Blitz también puede utilizarse para procesos de prensado o doblado gracias al sistema de medición integrado de los motores lineales y la consiguiente aplicación de fuerza ajustable. (Foto: Rossmann)
Los motores lineales garantizan tiempos de ciclo cortos.
PARO AG también utiliza el principio PARO-Blitz para implementar una alimentación rápida. Esto permite que el portapiezas se desplace desde la cinta transportadora doble hasta la estación de procesamiento o que omita una estación en fracciones de milisegundo para cumplir con el tiempo de ciclo requerido. (Foto: Rossmann)
Otras unidades del módulo de recogida y colocación realizan pasos de ensamblaje como la inserción de una pantalla LCD, una tira de contacto de goma, la placa de circuito impreso en una base de carcasa, una batería (que varía según la variante), un sello de seguridad y el posicionamiento de los componentes en estaciones de prueba distribuidas por todo el sistema. Además de estas operaciones clásicas de recogida y colocación, el sistema incorpora cambiadores rápidos de portapiezas basados en el principio PARO Blitz. Estos mueven el portapiezas desde la cinta transportadora doble a una estación de soldadura o saltan una estación en fracciones de segundo, extendiendo así el tiempo de procesamiento disponible o manteniendo el tiempo de ciclo requerido. Un motor lineal adicional proporciona la dinámica necesaria para apilar y desapilar los módulos completamente ensamblados. Un componente MagSpring compensa el peso del eje montado verticalmente y garantiza una posición segura en caso de parada de la máquina. Gregory Kyd está muy satisfecho con el resultado: “Anteriormente, el cliente tenía que ensamblar todo el módulo manualmente. Ahora, gracias a la flexibilidad de la unidad de flash PARO, solo hay dos pasos manuales: conectar un adaptador, que varía según el cliente final y la aplicación, y cargar el software. Esto ayuda a nuestro cliente a mantener su competitividad incluso con la producción en Europa”.