Système de prélèvement et de placement avec technologie d'entraînement direct
25 octobre 2021
Souples et ultra-rapides : les entraînements électriques directs permettent la création de modules de prélèvement et de placement d'une efficacité, d'une précision et d'une dynamique exceptionnelles. De plus, ces modules offrent une plus grande flexibilité, sont plus compacts et nécessitent moins d'assemblage et de maintenance que leurs homologues à entraînement pneumatique ou à cames. La société suisse PARO AG a rendu tous ces avantages accessibles à ses clients grâce au développement du PARO-Blitz. Le constructeur de machines utilise ce système de prélèvement et de placement dans la conception de lignes d'assemblage et de machines spéciales à très haute productivité.
« Le temps de cycle standard requis pour les systèmes d'assemblage a presque été divisé par deux en quelques années et se situe désormais à près d'une seconde », déclare Gregory Kyd, directeur technique chez Swiss PARO AGBien que des solutions de prélèvement et de placement rapides similaires puissent être mises en œuvre à l'aide de systèmes pneumatiques ou de disques à cames, les entraînements directs, comme le démontre notre PARO-Blitz, offrent une efficacité, un encombrement et une flexibilité nettement supérieurs. Ce système de prélèvement et de placement particulièrement compact se compose d'un moteur linéaire disposé horizontalement et d'un moteur linéaire disposé verticalement. Selon la course et la dynamique requises, il peut déplacer des charges jusqu'à 5 kg et atteindre une cadence de 60 cycles par minute. Un système de montage simple (fixation en queue d'aronde) assure une adaptation rapide et précise des pinces et autres unités de manutention. Grâce à un réglage fin au point de fixation et à la précision des entraînements linéaires, les positions sont atteintes avec une répétabilité de ±0,05 mm. Parmi les principaux avantages par rapport aux systèmes de prélèvement et de placement pneumatiques figure la plus grande flexibilité que le PARO-Blitz doit à sa technologie d'entraînement direct. Les mouvements étant générés et contrôlés électriquement, l'opérateur dispose de fonctions sur l'interface homme-machine lui permettant de lancer des séquences de mouvements préprogrammées d'une simple pression sur un bouton. Cela facilite également la production de variantes. « À l’inverse, les vérins pneumatiques sont plus ou moins limités aux mouvements point à point ; les butées intermédiaires nécessitent des vis de butée supplémentaires et les interrupteurs de fin de course doivent être reconfigurés à chaque changement de course », souligne Gregory Kyd.
L'assemblage à queue d'aronde du PARO-Blitz permet une adaptation aisée des pinces ou autres dispositifs de manutention. Grâce à un réglage fin et à la précision des entraînements linéaires, les positions peuvent être atteintes avec une répétabilité de ±0,05 mm. (Photo : Rossmann)
Gain de place, application évolutive
Le fait que les ingénieurs de PARO aient pu concevoir le Blitz avec une telle compacité est dû en grande partie au choix du fabricant de machines et d'installations spéciales d'utiliser des composants de moteurs linéaires LinMot, explique le directeur technique de l'entreprise. « Lors de notre étude de marché en amont du lancement du PARO Blitz en 2014, LinMot s'est rapidement imposé grâce à la conception compacte et à la qualité de fabrication exemplaire de ses solutions. » LinMot a finalement été retenu grâce à sa vaste gamme de produits, qui comprend une grande variété de rotors et de stators, ainsi que des moteurs linéaires complets avec contrôleurs et ressorts magnétiques (MagSpring) pour la compensation de poids, et des moteurs rotatifs. À partir de cette gamme, PARO a développé plusieurs variantes du PARO Blitz pour des courses de 50 mm à 190 mm. PARO peut donc fréquemment utiliser le module Pick&Place dans les usines d'assemblage, comme l'explique Gregory Kyd : « Fin mai 2018, plus de 200 modules fonctionnaient de manière fiable dans plus de 30 usines. »
Le module de prélèvement et de placement PARO-Blitz, développé par PARO AG, est non seulement très dynamique grâce à ses moteurs linéaires LinMot, mais aussi particulièrement compact, ce qui le rend idéal pour l'intégration dans des systèmes où l'espace est limité. (Photo : Rossmann)
Source de données pour l'industrie 4.0
Si le mouvement ou la position du vérin pneumatique doit être surveillé ou utilisé comme variable de guidage ou de commande, des capteurs séparés sont nécessaires. À l'inverse, les moteurs linéaires intègrent un système de mesure, permettant au servocontrôleur de fournir des données telles que les valeurs de course ou de force pour chaque opération de prélèvement et de placement. Ces données peuvent être utilisées, par exemple, pour compenser automatiquement les variations de température des composants mécaniques du système. Avec les systèmes pneumatiques ou à cames, l'opérateur doit intervenir et effectuer des réglages manuels après un arrêt machine ou en cas de fortes variations de température ambiante. De plus, les vérins pneumatiques, l'alimentation en air et les disques à cames doivent être régulièrement contrôlés pour détecter les fuites et l'usure, et les amortisseurs de fin de course doivent être remplacés périodiquement. Fonctionnant sans contact et donc sans entretien, le moteur linéaire PARO-Blitz nécessite une maintenance minimale. Les rails de guidage intégrés, qui supportent le mouvement linéaire, ne requièrent pas non plus de lubrification. La fiabilité du module Pick&Place est démontrée par un démonstrateur de PARO AG : fin mai 2018, un module avait déjà effectué 190 millions de cycles sans maintenance ni interruption imprévue. Et même si un module devait être remplacé, l’opération est nettement plus rapide qu’avec un système pneumatique et ses nombreux flexibles d’air comprimé, ou qu’avec un système à cames et ses accouplements mécaniques. De plus, en tant que module électrique, le Pick&Place peut être configuré et testé avant son installation, ce qui réduit considérablement les temps de maintenance et de réparation. Pour les responsables de PARO, la dynamique nettement supérieure de la technologie d’entraînement direct est presque plus importante que la haute disponibilité du système Pick&Place, car elle contribue à raccourcir les temps de cycle. « Si 60 cycles par minute peuvent être atteints avec des vérins pneumatiques dans certaines conditions, cela demande beaucoup plus d’efforts. » Par exemple, chaque vérin pneumatique double effet nécessite deux raccords d’air comprimé et éventuellement un capteur de position, tandis qu’un entraînement direct ne requiert qu’un seul câble électrique. Cela présente des avantages évidents en termes d'installation et d'encombrement, comme l'explique Kyd : « Grâce à l'élimination des tubes, le PARO flash n'occupe qu'environ la moitié de l'espace et son installation ne prend qu'un tiers du temps par rapport à son homologue pneumatique. »
Bien plus qu'un système de prélèvement et de placement
Grâce aux caractéristiques avantageuses du système de prélèvement et de placement à entraînement direct et à sa conception compacte, les possibilités d'application du PARO Blitz dépassent le simple cadre des opérations de prélèvement et de placement. PARO l'utilise notamment dans ses systèmes d'assemblage pour les opérations de pressage et de pliage, intégré à des systèmes à portique, et comme système d'alimentation à grande vitesse.
Dans un système actuel d'assemblage de modules électroniques pour applications domotiques, réparti sur 31 postes d'assemblage, de traitement et de test, 30 unités PARO flash sont installées. Trois axes de moteurs linéaires sont également utilisés pour d'autres opérations de positionnement. Le contrôle est assuré par 33 servocontrôleurs LinMot avec interface Profinet. Le système comprend trois cellules d'assemblage de 2 x 2 mètres chacune, reliées par le système de transfert à double courroie Paromat. La tâche la plus exigeante, qui constitue le cœur du système et est réalisée par une unité PARO flash sur la ligne d'assemblage, est la préhension et le positionnement des deux pattes de connexion d'un capteur destiné à être installé sur le circuit imprimé du module. La position des fils de connexion de 0,2 mm d'épaisseur est capturée par un système de traitement d'images. À partir de ces données, un mouvement tridimensionnel de l'unité PARO flash et du portique sur lequel elle est positionnée est calculé individuellement pour chaque fil et capteur afin de les saisir. Le fil est ensuite guidé vers le circuit imprimé et soudé. « Cela aurait été tout simplement impossible avec des solutions de prélèvement et de placement pneumatiques ou à cames, car elles ne permettent pas un positionnement numérique précis », ajoute Gregory Kyd. « De plus, le temps de cycle requis n'aurait pas pu être atteint. »
Outre les opérations classiques de prélèvement et de placement, la PARO-Blitz peut également être utilisée pour des opérations de pressage ou de pliage grâce au système de mesure intégré des moteurs linéaires et à la force réglable qui en résulte. (Photo : Rossmann)
Les moteurs linéaires garantissent des temps de cycle courts.
PARO AG utilise également le principe PARO-Blitz pour une alimentation rapide. Ce système permet de tirer le porte-pièce du convoyeur à double bande vers le poste de traitement ou de sauter un poste en une fraction de milliseconde afin de respecter le temps de cycle requis. (Photo : Rossmann)
D'autres unités du module de placement réalisent des étapes d'assemblage telles que l'insertion d'un écran LCD, d'une bande de contact en caoutchouc, de la carte de circuit imprimé dans un boîtier, d'une batterie (selon la version), d'un scellé de sécurité et le positionnement des composants dans les stations de test réparties dans le système. Outre ces opérations classiques de placement, le système intègre des changeurs de porte-pièces rapides basés sur le principe PARO Blitz. Ces changeurs déplacent le porte-pièce du convoyeur à double bande vers une station de soudage ou permettent de passer d'une station à l'autre en une fraction de seconde, optimisant ainsi le temps de traitement disponible ou maintenant le temps de cycle requis. Un moteur linéaire supplémentaire assure la dynamique nécessaire à l'empilage et au désempilage des modules entièrement assemblés. Un composant MagSpring compense le poids de l'axe vertical et garantit une position stable en cas d'arrêt machine. Gregory Kyd est ravi du résultat : « Auparavant, le client devait assembler l’intégralité du module manuellement. Désormais, grâce à la flexibilité du flash PARO, seules deux étapes manuelles sont nécessaires : la fixation d’un adaptateur, qui varie selon le client final et l’application, et le chargement du logiciel. Cela permet à notre client de rester compétitif, même avec une production en Europe. »