Pick&Place con tecnologia a trasmissione diretta
25. Ottobre 2021
Flessibili e velocissimi: gli azionamenti elettrici diretti consentono la creazione di moduli pick-and-place che operano con eccezionale efficienza, precisione e dinamismo. Inoltre, questi moduli offrono maggiore flessibilità, sono più compatti e richiedono meno assemblaggio e manutenzione rispetto alle loro controparti con azionamenti pneumatici o a camme. L'azienda svizzera PARO AG ha reso tutti questi vantaggi facilmente accessibili a sé stessa e ai propri clienti con lo sviluppo di PARO-Blitz. Il produttore di macchine utilizza il sistema pick-and-place nella realizzazione di linee di assemblaggio e macchine speciali che competono ai massimi livelli in termini di produttività.
"Il tempo di ciclo standard richiesto per i sistemi di assemblaggio si è quasi dimezzato in pochi anni e ora si sta avvicinando a un secondo", afferma Gregory Kyd, direttore tecnico presso l' PARO AG svizzera“Sebbene soluzioni di prelievo e posizionamento altrettanto veloci possano ancora essere implementate utilizzando sistemi pneumatici o a camme, gli azionamenti diretti, come dimostrato dal nostro PARO-Blitz, offrono un'efficienza, un ingombro e una flessibilità significativamente maggiori.” Questo sistema di prelievo e posizionamento particolarmente compatto è costituito da un motore lineare disposto orizzontalmente e uno verticalmente. A seconda della corsa e della dinamica richieste, può movimentare carichi fino a 5 kg e raggiungere fino a 60 cicli al minuto. Una semplice opzione di montaggio (fissaggio a coda di rondine) garantisce un adattamento rapido e preciso di pinze e altre unità di movimentazione. Grazie alla regolazione fine nel punto di fissaggio e alla precisione degli azionamenti lineari, è possibile raggiungere posizioni con una ripetibilità di +/-0,05 mm. Tra i principali vantaggi rispetto ai sistemi di prelievo e posizionamento a comando pneumatico vi è la maggiore flessibilità che il PARO-Blitz deve alla sua tecnologia a trasmissione diretta. Poiché i movimenti sono generati e controllati esclusivamente elettricamente, l'operatore della macchina può disporre di funzioni sull'interfaccia uomo-macchina che gli consentono di richiamare e avviare sequenze di movimento pre-programmate con la semplice pressione di un pulsante. Questo rende anche la produzione di varianti relativamente semplice. "Al contrario, i cilindri pneumatici sono più o meno limitati a movimenti punto a punto; i finecorsa intermedi richiedono viti di arresto aggiuntive e gli interruttori di fine corsa devono essere riconfigurati ad ogni cambio di corsa", sottolinea Gregory Kyd.
Il giunto a coda di rondine del PARO-Blitz consente un facile adattamento di pinze o altre unità di movimentazione. Grazie alla regolazione fine e alla precisione degli azionamenti lineari, è possibile raggiungere posizioni con una ripetibilità di +/-0,05 mm. (Foto: Rossmann)
Ingombro ridotto, scalabile nell'applicazione
Il fatto che gli ingegneri di PARO siano riusciti a progettare il Blitz in modo così compatto è dovuto in gran parte alla decisione del produttore di macchine e impianti speciali di utilizzare componenti per motori lineari di LinMot, spiega il direttore tecnico dell'azienda. "Quando stavamo analizzando il mercato in vista del lancio del PARO Blitz nel 2014, LinMot è entrata rapidamente nella nostra rosa di candidati grazie al suo design salvaspazio e all'eccellente qualità costruttiva delle sue soluzioni". LinMot ha infine prevalso grazie alla sua vasta gamma di prodotti, che comprende un'ampia varietà di rotori e statori, nonché motori lineari completi con relativi controller e molle magnetiche (MagSpring) per la compensazione del peso, e motori rotativi. Sulla base di questa gamma, PARO ha sviluppato diverse varianti del PARO Blitz per corse da 50 mm a 190 mm. PARO può quindi utilizzare frequentemente il modulo Pick&Place negli impianti di assemblaggio, come spiega Gregory Kyd: "Alla fine di maggio 2018, oltre 200 moduli svolgevano il loro lavoro in modo affidabile in più di 30 stabilimenti".
Il modulo pick-and-place PARO-Blitz, sviluppato da PARO AG, non solo è estremamente dinamico grazie ai componenti con motore lineare di LinMot, ma è anche particolarmente compatto, il che lo rende adatto all'integrazione in sistemi anche in spazi ristretti. (Foto: Rossmann)
Fonte di dati per l'Industria 4.0
Se si desidera monitorare il movimento o la posizione del cilindro pneumatico, o utilizzarli come variabile di guida o di controllo, è necessario prevedere sensori separati. Al contrario, i motori lineari dispongono di un sistema di misurazione integrato che consente al servocontrollore di fornire dati come la corsa o i valori di forza per ogni operazione di prelievo e posizionamento. Questi dati possono essere utilizzati, ad esempio, per compensare automaticamente le variazioni di temperatura dei componenti meccanici del sistema di prelievo e posizionamento. Con i sistemi pneumatici o a camme, invece, l'operatore deve intervenire e regolare manualmente dopo un arresto della macchina o in caso di significative fluttuazioni della temperatura ambiente. Inoltre, i cilindri pneumatici e i dischi di alimentazione dell'aria o delle camme devono essere controllati regolarmente per verificare eventuali perdite e usura, e gli smorzatori di fine corsa devono essere sostituiti periodicamente. Poiché un motore lineare funziona senza contatto ed è quindi esente da manutenzione, gli interventi di manutenzione sul PARO-Blitz sono ridotti al minimo. Anche le guide, integrate per supportare il movimento lineare, non necessitano di rilubrificazione. L'affidabilità del modulo Pick&Place è dimostrata da un prototipo di PARO AG: alla fine di maggio 2018, un modulo aveva già completato 190 milioni di cicli senza manutenzione o interruzioni impreviste. E anche se un modulo dovesse eventualmente necessitare di essere sostituito, ciò avviene in tempi significativamente più brevi rispetto a un sistema pneumatico con i suoi numerosi tubi per l'aria compressa o a un sistema a camme con i suoi accoppiamenti meccanici. Inoltre, essendo un modulo elettrico, il Pick&Place può essere configurato e testato per verificarne la funzionalità prima dell'installazione nel sistema, con conseguenti tempi di manutenzione e riparazione ridotti. Per i responsabili di PARO, la dinamica nettamente superiore della tecnologia a trasmissione diretta è quasi più importante dell'elevata disponibilità del sistema Pick&Place, in quanto contribuisce a ridurre i tempi di ciclo. "Sebbene con i cilindri pneumatici si possano raggiungere 60 cicli al minuto in determinate condizioni, ciò richiede uno sforzo considerevolmente maggiore". Ad esempio, i cilindri pneumatici a doppio effetto richiedono ciascuno due connessioni per l'aria compressa ed eventualmente un sensore di posizione, mentre una trasmissione diretta necessita di un solo cavo elettrico. Ciò offre chiari vantaggi in termini di installazione e ingombro, come spiega Kyd: "Grazie all'eliminazione dei tubi, il sistema PARO flash occupa solo circa la metà dello spazio e l'installazione richiede solo un terzo del tempo rispetto alla controparte pneumatica."
Più di un semplice sistema di prelievo e posizionamento.
Grazie alle caratteristiche vantaggiose del sistema pick-and-place a trasmissione diretta e al suo design compatto, le possibilità di applicazione del PARO Blitz vanno ben oltre le semplici operazioni di pick-and-place. PARO lo utilizza nei suoi sistemi di assemblaggio, ad esempio, per operazioni di pressatura e piegatura, integrato in sistemi a portale e come sistema di alimentazione ad alta velocità.
In un sistema attualmente in uso per l'assemblaggio di un modulo elettronico per un'applicazione di automazione degli edifici, distribuito su 31 postazioni di assemblaggio, lavorazione e collaudo, il numero totale di unità flash PARO installate è pari a 30. Tre assi con motori lineari vengono utilizzati anche per altre operazioni di posizionamento. Il controllo è gestito tramite 33 servocontrollori LinMot con interfaccia Profinet. Il sistema è composto da tre celle di assemblaggio, ciascuna con una superficie di 2 x 2 metri, collegate dal sistema di trasferimento a doppio nastro Paramat. L'operazione più complessa, che costituisce anche il processo centrale del sistema ed è eseguita da un'unità flash PARO nella linea di assemblaggio, è la presa e il posizionamento delle due linguette di connessione di un sensore che deve essere installato sul circuito stampato del modulo. La posizione dei fili di connessione, sottili 0,2 millimetri, viene acquisita da un sistema di elaborazione delle immagini. Da queste, viene calcolato individualmente per ogni filo e sensore il movimento tridimensionale dell'unità flash PARO e del portale su cui è posizionata, al fine di afferrare i fili. Il filo viene quindi afferrato, guidato verso il circuito stampato e saldato. "Questo non sarebbe stato possibile con soluzioni pick-and-place pneumatiche o a camme, poiché non supportano un posizionamento numerico preciso", aggiunge Gregory Kyd. "Inoltre, non sarebbe stato possibile raggiungere il tempo di ciclo richiesto."
Oltre alle classiche operazioni di prelievo e posizionamento, la PARO-Blitz può essere utilizzata anche per processi di pressatura o piegatura grazie al sistema di misurazione integrato dei motori lineari e alla conseguente applicazione di forza regolabile. (Foto: Rossmann)
I motori lineari garantiscono tempi di ciclo brevi
PARO AG utilizza anche il principio PARO-Blitz per implementare un'alimentazione rapida. Ciò consente di prelevare il portapezzi dal trasportatore a doppio nastro e di inserirlo nella stazione di lavorazione, oppure di saltare una stazione, in frazioni di millisecondo per rispettare il tempo di ciclo richiesto. (Foto: Rossmann)
Altre unità del modulo pick-and-place eseguono fasi di assemblaggio come l'inserimento di un display LCD, di una striscia di contatto in gomma, del circuito stampato in una base di alloggiamento, di una batteria (variabile a seconda della variante), di un sigillo di sicurezza e il posizionamento dei componenti nelle stazioni di test distribuite in tutto il sistema. Oltre a queste classiche operazioni di pick-and-place, il sistema incorpora dei cambia-pezzi rapidi basati sul principio PARO Blitz. Questi spostano il portapezzi dal trasportatore a doppio nastro a una stazione di saldatura o saltano una stazione in frazioni di secondo, estendendo così il tempo di elaborazione disponibile o mantenendo il tempo di ciclo richiesto. Un ulteriore motore lineare fornisce la dinamica necessaria per impilare e disimpilare i moduli completamente assemblati. Un componente MagSpring compensa il peso dell'asse montato verticalmente e garantisce un posizionamento sicuro in caso di arresto della macchina. Gregory Kyd è molto soddisfatto del risultato: "In precedenza, il cliente doveva assemblare manualmente l'intero modulo. Ora, grazie alla flessibilità dell'unità flash PARO, sono necessari solo due passaggi manuali: il collegamento di un adattatore, che varia a seconda del cliente finale e dell'applicazione, e il caricamento del software. Questo aiuta il nostro cliente a rimanere competitivo anche con la produzione in Europa."