En passant des vérins pneumatiques aux moteurs linéaires, le constructeur de machines et d’installations Keller HCW a réussi à développer une innovation dans le domaine des préhenseurs robotisés à usage universel et à charge utile élevée, capables de saisir, de séparer et de déplacer en toute sécurité et en douceur les produits les plus fragiles. Les entraînements électriques directs ne sont pas seulement responsables de la grande flexibilité du préhenseur, ils garantissent également une répétitivité, une dynamique, une précision et surtout une efficacité énergétique qui ne peuvent pas être atteintes avec des entraînements pneumatiques.
Le préhenseur robotisé à moteurs linéaires développé par Keller HCW est universel et peut saisir même les produits les plus fragiles en toute sécurité et avec ménagement, et les regrouper avant de les déposer. (Source de l’image : Keller HCW)
Briques creuses, verres à boire, emballages de nourriture pour chats, queues de castor, paquets de mouchoirs, balles de tennis – le nouveau préhenseur robotisé de Keller HCW les manipule tous en toute sécurité et avec une force optimale. Le constructeur de machines et d’installations l’a récemment prouvé avec un montage de démonstration qui a suscité une grande attention lors du salon Automatica à Munich. Les pinces robotisées de Keller HCW font leurs preuves depuis des années dans les briqueteries et autres entreprises de l’industrie de la céramique brute. Ils y sont par exemple utilisés pour saisir des briques non encore cuites (briques crues) et les déposer à une distance déterminée, ce qui garantit un processus de séchage et de cuisson optimal. Les briques sont amenées au préhenseur sur une bande transporteuse en continu sous la forme d’une barre consolidée composée d’environ 20 à 30 ébauches. Le préhenseur saisit la barre complète, amène les différentes briques à la distance optimale pendant le mouvement du robot et les dépose ensuite en groupe sur des supports spéciaux ou des bandes transporteuses. « Le défi ici est que la résistance des briques moulées peut varier et que nous ne pouvons donc nous déplacer qu’avec une force de préhension et une vitesse d’approche limitées. De plus, nous ne disposons que d’une fenêtre de temps limitée pendant laquelle les briques doivent être saisies par le convoyeur d’alimentation qui continue à avancer », explique Reinhold Ungruhe, ingénieur diplômé et responsable de l’automatisation et de l’électrotechnique chez Keller HCW GmbH. Jusqu’à présent, pour la séparation des briques, mais aussi pour d’autres opérations de manutention dans l’industrie de la céramique brute, on utilisait principalement des pinces robotisées fonctionnant avec des entraînements pneumatiques.
Jusqu’à présent, les courses de réglage étaient limitées à 10 mm par le système pneumatique.
En raison des courses limitées ou de la vitesse de réglage relativement lente des vérins pneumatiques, les courses de réglage ne peuvent toutefois pas dépasser 10 mm. C’est un inconvénient lorsque différentes formes et différents formats de briques passent sur la même ligne, comme c’est désormais de plus en plus souvent le cas. Ainsi, dans les pays industrialisés développés, il est aujourd’hui tout à fait courant que les quelques milliers de tuiles, y compris les tuiles spéciales nécessaires (comme les tuiles de rive et de faîtage), nécessaires pour le toit d’une maison, soient produites en un seul lot sur une seule ligne, en fonction des besoins du client.
Dans la pratique, cela signifie que les briqueteries achètent souvent plusieurs pinces par robot – généralement des robots à six axes – et les utilisent en alternance pour pouvoir couvrir tous les formats et types. Mais avec des coûts d’acquisition d’environ 50.000 euros par préhenseur, cela immobilise beaucoup de capital dans les entreprises. Les utilisateurs ont également la possibilité de n’acheter qu’un seul préhenseur par robot et de le transformer à chaque fois qu’un changement de format ou de type l’exige. Pour minimiser ces transformations chronophages pour l’utilisateur, Keller a réalisé un préhenseur hybride dans lequel les pinces à entraînement pneumatique sont réglées par un servo-entraînement rotatif afin de pouvoir regrouper davantage de formats et de types de briques avec un seul et même préhenseur.
L’ajustement du système pneumatique demande du doigté
« Dans la pratique, l’ajustement du système pneumatique est toutefois assez difficile », nuance Reinhold Ungruhe. « Ne serait-ce que parce que les actionneurs pneumatiques se comportent différemment selon la température ambiante et qu’un réglage précis du point de préhension et de la force de préhension n’est donc possible que dans une certaine mesure ». L’eau de condensation et les autres impuretés de l’air comprimé font le reste. De plus, les vérins pneumatiques ne sont pas sans entretien : ils doivent par exemple être huilés. De même, les joints se résinifient ou perdent leur étanchéité, notamment lorsque la fréquence de travail de l’entraînement est élevée, de sorte que le cylindre complet doit être remplacé.
Keller a donc fait un pas de plus et a développé une pince de démonstration entièrement électrique qui est exempte de ces inconvénients. Douze moteurs linéaires de type PS01-37Sx120-HP-N de LinMot déplacent les pinces de préhension directement montées. Ils se distinguent par une course maximale de 120 mm, une force maximale de 122 N et une construction particulièrement compacte.
Le moteur linéaire LinMot PS01-37Sx120-HP-N de la série PS01 nécessite peu de place et se caractérise par une grande course et une force maximale élevée. (Source de l’image : LinMot)
Dynamique et répétitivité élevées grâce aux moteurs linéaires
« Les moteurs linéaires peuvent être réglés avec plus de précision et sont plus dynamiques que les entraînements pneumatiques. Ils peuvent également effectuer des déplacements beaucoup plus importants en peu de temps », résume le spécialiste de Keller en matière d’automatisation et d’électrotechnique. Le modèle dans lequel les tuiles sont déposées peut être prédéfini via l’interface utilisateur de l’installation et changé par simple pression sur un bouton – sans aucune transformation ou changement de préhenseur, ce qui prend beaucoup de temps. Contrairement aux entraînements pneumatiques, la force de préhension peut également être réglée directement. Cette capacité et la grande course associée à la dynamique élevée sont les principales raisons pour lesquelles la pince est si universelle et peut manipuler des produits sensibles tels que des bocaux ou des emballages en carton de la même manière que des produits robustes. Sur la nouvelle pince, la commande des moteurs linéaires est assurée par 12 servo-régulateurs ProfiNet de la série C1100 de LinMot, spécialement conçus pour les cas d’application dans lesquels les vérins pneumatiques sont remplacés par des moteurs linéaires. Avec une hauteur de 146 mm, une largeur de 26,6 mm et une profondeur de 106 mm, les régulateurs sont très compacts et légers. « C’est important en ce qui concerne la charge utile du préhenseur, car nous voulions placer les régulateurs directement sur le préhenseur afin de maintenir au minimum le nombre de câbles traversant le robot », explique Reinhold Ungruhe. Mais l’inconvénient du poids supplémentaire est généralement plus que compensé par la suppression des îlots de vannes, des composants mécaniques et des capteurs jusqu’alors nécessaires, ainsi que par la flexibilité et la répétabilité accrues des entraînements électriques. « Pour la série, l’utilisation des modules multi-axes LinMot ou des moteurs décentralisés avec électronique d’entraînement intégrée de l’entreprise permettrait également de réduire encore le poids et l’encombrement », ajoute l’expert en automatisation.
Le nouveau bras de préhension robotisé de Keller HCW se passe de pneumatique grâce à l’utilisation de moteurs linéaires et préserve ainsi les coûts d’exploitation et l’environnement (source de la photo : Keller HCW)
Écologique et économique
Dans les pays développés, les utilisateurs se focalisent sur un autre aspect des entraînements électriques directs : l’utilisation économique de l’énergie. « De plus en plus de fabricants de produits en céramique brute découvrent que l’efficacité énergétique de leurs productions est un critère de différenciation et un facteur d’image qui favorise les ventes », rapporte Reinhold Ungruhe.
L’air comprimé ne fait pas partie de ce tableau, puisqu’il compte parmi les sources d’énergie les moins efficaces et donc les plus chères. Seuls 5 % environ de l’énergie utilisée sont disponibles sous forme de puissance utile dans l’actionneur. Dans le cas des vérins rapides, le niveau de bruit élevé montre qu’une grande quantité d’énergie s’évapore directement. Les coûts d’acquisition plus élevés d’un entraînement électrique sont donc rapidement amortis. Même avec un calcul conservateur, il s’amortit en trois ans maximum grâce à son rendement d’environ 97%. Il n’est donc pas étonnant que de plus en plus d’entreprises s’efforcent de se passer complètement d’air comprimé dans leurs productions. Keller a ainsi récemment réalisé une installation de bourrage de briques creuses avec de la laine de roche entièrement sans système pneumatique. « Le grand intérêt que le préhenseur a suscité au salon Automatica de Munich nous confirme dans notre estimation que de nombreuses branches au-delà de l’industrie de la céramique brute suivent cette tendance et recherchent une solution de préhension et de séparation flexible et fiable basée sur des moteurs linéaires », déclare Reinhold Ungruhe, optimiste quant à l’avenir proche.
