Uproszczona technologia liniowa

W produkcji seryjnej przemysłu motoryzacyjnego, elektronicznego i dóbr konsumpcyjnych od lat uznawane są za standard pneumatycznie sterowane moduły manipulacyjne. Udaną alternatywą jest jednak nowość – mechatroniczne urządzenia manipulacyjne, które mają przewagę nad konwencjonalnymi elementami napędzanymi pneumatycznie: począwszy od większej różnorodności i umiejętności komunikacyjnych, przez zalety dotyczące zużycia, aż do znacznie lepszej efektywności energetycznej.

Centralnym elementem chwytaków mechatronicznych i modułów obrotowych jest oś liniowa z napędem bezpośrednim i technologią autouczenia, która może być obsługiwana intuicyjnie, ustawiana niezależnie i nie wymaga od operatora wiedzy mechatronicznej. Jedynie złożoność sterowania i wysoka cena uniemożliwiały dotychczas ekspansję modułów mechatronicznych. Obecnie to się zmienia dzięki będącej liderem w zakresie kompetencji systemów chwytakowych i technologii mocowań firmie SCHUNK, która wprowadziła standardowy program mechatroniki 24 V do wysoko wydajnych aplikacji montażu. Użytkownicy pilotażowi, np. specjalista z branży motoryzacyjnej, firma Neumayer Tekfor GmbH z niemieckiej miejscowości Hausach, widzą ogromne możliwości delikatnych i szybkich komponentów. Firma Neumayer Tekfor była jedną z pierwszych, które wypróbowały oś liniową SCHUNK ELP w systemie testowania odkuwek. Wynik był jednoznaczny i po ośmiotygodniowym okresie testowym niezwłocznie zamontowano w module o wysokiej wydajności cztery dodatkowe systemy.

Wysoka dynamika z miękkim dojazdem do pozycji końcowej

Neumayer Tekfor to wiodący dostawca komponentów i zespołów w sektorze napędowym, przetwarzającym około 100 ton stali dziennie. W celu zapewnienia jak najwyższej jakości wszystkie kluczowe części funkcjonalne przechodzą skrupulatne sprawdzenie. Każdego dnia firma produkuje i kontroluje około 1,3 mln odkuwek dla elementów silnika i układów napędowych. Wymagania dotyczące maszyn inspekcyjnych stosowanych i budowanych przez firmę Neumayer Tekfor są odpowiednio wysokie. – Niewiarygodne, jak szybko zużywa się układy, jeśli próbujemy „wydobyć” ostatnie 7–10 proc. czasu cyklu – mówi Jürgen Müller, szef działu maszyn specjalistycznych w Neumayer Tekfor, opisując status quo przed wprowadzeniem ELP firmy SCHUNK. Czas cyklu wykrywania pęknięć za pomocą technologii wirowej 15 lat temu wynosił siedem lub osiem sekund. Teraz, ze względu na stałe inwestycje w nowe technologie, został skrócony do dwóch sekund. Duże zamówienia wymagały zwiększenia wydajności osi pneumatycznych, w konsekwencji jednak szybko wzrosło zużycie amortyzatorów i towarzyszące temu wibracje. Zmniejszyło to trwałość systemu kamer do wykrywania odkuwek z 10 lat (warunek, który w dłuższej perspektywie byłby nie do utrzymania) do zaledwie 9–12 miesięcy.

Jürgen Müller był zachwycony, gdy firma SCHUNK zademonstrowała prototyp inteligentnej osi liniowej SCHUNK ELP. – Bardzo szybkie ruchy w połączeniu z harmonijnym dojazdem do pozycji końcowej były naprawdę imponujące. Dzięki temu możemy dbać o nasze maszyny, a nawet zyskać dodatkową zaletę osi – zaznacza szef działu maszyn specjalistycznych. Nie ukrywa też faktu, że Neumayer Tekfor maksymalnie wykorzystał rolę pilotażowego użytkownika. – SCHUNK wierzył, że to dziecinnie proste, aby zainstalować oś bez elektryka lub inżyniera, więc to właśnie zrobiliśmy, pozostawiając uruchomienie praktykantowi trzeciego roku – dodaje Jürgen Müller. Młody profesjonalista był w stanie podłączyć oś i sparametryzować ją. – Wystarczy podać ścieżkę ruchu od A do B, a moduł natychmiast i w pełni automatycznie określi optymalny profil ruchu przy użyciu przeniesionej masy. Nie można tego porównać do programowania tradycyjnych osi z regulatorami – mówi szef działu maszyn specjalistycznych. Po ośmiu tygodniach testu było jasne, że wibracje w maszynie znacznie się zmniejszyły, a czas cyklu mógł być jeszcze krótszy.

Samoucząca się technologia automatyzuje uruchomienie

Samouczące się osie firmy SCHUNK mają wiele inteligentnych funkcji, które sprawiają, że tworzenie mechatronicznych układów montażowych jest dziecinnie proste i przynosi użytkownikowi znaczne korzyści kosztowe. Bezobsługowe, liniowe napędy bezpośrednie i mało zużywające się prowadnice zmniejszają koszty utrzymania praktycznie do zera i zwiększają niezawodność procesu. Uchybienie spowodowane przeciążeniem amortyzatorów lub błędnie ustawione przepustnice należą do przeszłości. Jednocześnie dzięki wyeliminowaniu pneumatyki można uzyskać znaczną oszczędność energii, jak również zmniejszyć poziom hałasu. W porównaniu do modułów pneumatycznych ELP firmy SCHUNK jest o około 20 dB cichszy w ciągłych operacjach. Co więcej, mechatroniczne systemy są bardzo łatwe do zarządzania. Wystarczy podłączyć standardową wtyczkę (M8/M12), ustawić pozycję końcową mechanicznie za pomocą klucza sześciokątnego, a szybkość (rozsuwania i cofania modułu) określa się bezpośrednio na module za pomocą dwóch obrotowych przełączników kodujących. Po zaledwie 2–5 skokach programowanych z wykorzystaniem zintegrowanej technologii automatycznego uczenia się dalsza praca odbywa się w pełni automatycznie, bez wpływu, a nawet możliwości oddziaływania operatora na zamknięty proces uczenia się.

Podczas procesu uczenia się obliczana jest maksymalna możliwa prędkość dla aktualnego obciążenia. Sam profil ruchu jest zaprojektowany jako rampa, tzn. jednostka automatycznie przyspiesza i hamuje w zależności od skoku. Dlatego wykluczone są wpływy i oscylacje oraz niekontrolowana jazda z maksymalną prędkością modułu. Jeśli masa komponentu zmienia się w toku procesu, oś automatycznie dostosowuje swój profil ruchu w kilku skokach, bez konieczności regulacji przepustnic, jak to ma miejsce w przypadku modułów pneumatycznych lub nowych sekwencji, które należy zainstalować, jak w modułach sterowanych elektrycznie. Martin Prinzbach, specjalista w dziedzinie projektowania maszyn specjalistycznych w Neumayer Tekfor, widzi znaczne korzyści w osi ELP. – Funkcja uczenia się stanowi duży krok naprzód, to ułatwienie dla mechaników i projektanci elektryczni nie są już potrzebni do obsługi modułu – podkreśla przedstawiciel firmy.

Osie ELP firmy SCHUNK są kompatybilne ze wszystkimi popularnymi kontrolerami, ponieważ wszystko jest kontrolowane przez cyfrowe wejścia/wyjścia. Elementy pneumatyczne mogą być zastąpione mechatronicznymi 1:1. Do pracy nie są wymagane żadne zawory w układzie ani sterowniki napędu w szafie sterowniczej. Oszczędza to przestrzeń i dużo czasu podczas planowania, zamawiania i uruchamiania. Jak podkreśla Jürgen Müller, w bieżących operacjach SCHUNK ELP udowodnił w Neumayer Tekfor, że podczas gdy osie pneumatyczne z powodu absorpcji wstrząsów mogą być tylko częściowo przyśpieszane (w przeciwnym razie tracą komponent), oś ELP firmy SCHUNK przesuwa się z maksymalną prędkością i bez wibracji do pozycji końcowej.

Przedwczesną awarię systemu kamer można całkowicie wyeliminować za pomocą miękkiej osi. Jürgen Müller twierdzi, że biorąc pod uwagę te oszczędności i krótszy czas cyklu, inwestycja w postaci osi zwróci się po pół roku. – Stosunek ceny do wydajności jest bardzo konkurencyjny w porównaniu do innych systemów – dodaje szef działu maszyn specjalistycznych. W przypadku aplikacji, w których czas cyklu ma kluczowe znaczenie, firma Neumayer Tekfor zamierza nadal używać modułu. 

SCHUNK INTEC Sp. z o.o
ul. Puławska 40 A
05-500 Piaseczno
tel. 22 726 25 00
fax 22 726 25 25
e-mail: info@pl.schunk.com
www.pl.schunk.com

źródło: Automatyka 6/2017