Unités de pivotement et de rotation prochaine génération

07/08/2019
SCHUNK a élargi son portefeuille avec deux modules pivotants pour l'automatisation, ouvrant la voie à une nouvelle ère du mouvement rotatif.

Raison suffisante pour s'interroger sur la direction que nous prenons en matière d'unités de rotation et de pivotement, ainsi que sur les potentiels cachés.

Pour les charges élevées comme pour les temps de cycle courts, les modules rotatifs et les unités pivotantes sont constamment sous pression pour fournir de meilleures performances en termes de manipulation et d'assemblage. Au cours des dernières années, SCHUNK, leader des systèmes de préhension et des techniques de serrage, a systématiquement élargi son programme de modules pour mouvements rotatifs en développant des composants particulièrement dynamiques, intelligents et adaptables.

Le dernier ajout au segment pneumatique est le SCHUNK SRM. Cette unité pivotante haute performance surpasse même le succès commercial du SCHUNK SRU-plus et pourrait bientôt devenir la nouvelle norme en matière de pivotement pneumatique à 180 °.

La référence en matière de performance, durabilité, mise en service et maintenance

Comparé aux unités de rotation pneumatiques existantes sur le marché, le puissant module se démarque par sa combinaison unique et inédite de couples et de moments d'inertie élevés avec des temps de rotation courts, un grand alésage central, des paliers robustes ainsi qu'un encombrement réduit. Pour mettre au point ce module haute performance, SCHUNK a employé les technologies de simulation les plus récentes, permettant d'enregistrer pour la première fois les forces de réaction, séquences de pression, vitesses d'impact, énergies cinétiques et énergies d'entraînement.

Les nouveaux amortisseurs et les joints de piston spécifiques ainsi que les joints Viton/FKM constituent la base de ce qui continue à être un ensemble de services unique au niveau de robustesse élevé. Le module de rotation convient donc également à un usage dans des environnements avec produits agressifs. Dans les directions axiale et radiale, le palier préchargé sans jeu permet d'absorber des couples et des forces de cisaillement particulièrement élevés.

Comme les amortisseurs internes sont déjà pré-ajustés, il suffit de régler les étranglements lors de la mise en service avant que la production puisse commencer. Lors du remplacement des amortisseurs de chocs internes, l'angle de pivotement et le réglage de la course de l'amortisseur restent inchangés : les travaux de maintenance sont réalisés très rapidement.

Option joints tournants

Avec l'unité SCHUNK SRM, les systèmes peuvent être conçus pour être plus petits, présenter des temps de cycles réduits, et la précision et la durée de vie sont augmentées. Le concentré de performance important offre les conditions idéales pour des solutions à la fois particulièrement compactes et efficaces. La conception modulaire homogène de l'unité de rotation bénéficie d'une conception sur mesure à un rapport prix-performance inégalé.

L'alésage central, exceptionnellement grand, permet le passage de tuyaux pneumatiques et de câbles pré-assemblés avec connecteurs intégrés. Le joint tournant pneumatique ou électrique apporte encore davantage de confort : si le joint tournant pneumatique est usé, le grand alésage central est entièrement préservé. Pour le joint tournant électrique, les câbles des détecteurs peuvent être insérés directement dans le module. À cet effet, le code couleur sur le connecteur à fiches simplifie la mise en service et l'affectation des signaux.

Si, malgré toutes les précautions, un câble venait à se rompre, il pourrait être remplacé individuellement sans avoir à remplacer le joint tournant dans son ensemble. L'unité de pivotement SCHUNK SRM haute performance est disponible pour commencer dans les tailles 14, 16, 25 et 40 pour des angles de pivotement de 0°/180°, ou librement ajustables pour des angles de pivotement entre 0° et 180°. Avec la taille 40, des couples jusqu'à 23,7 Nm et des moments d'inertie jusqu'à 7 kg/m² sont possibles. Cela représente pratiquement un couple 20 % plus élevé que celui de l'unité précédente performante SCHUNK SRU-plus.

Module pivotant avec technologie 24 V

Le point fort suivant est le module rotatif mécatronique SCHUNK ERP. Au lieu d'ajuster constamment des accélérateurs et de modifier des amortisseurs de chocs, comme dans le cas des modules pivotants pneumatiques, ou de charger des nouvelles séquences comme avec les modules de rotation électriques, les utilisateurs peuvent maintenant opter pour une solution alternative électrique qui est beaucoup plus simple et moins chère à long terme.

Grâce à ses composants à faible usure, SCHUNK répond à toutes les exigences de l'industrie en matière de développement de systèmes automatisés fonctionnant avec le moins de défauts possible et nécessitant le moins d'entretien possible. Jusqu'à présent, le plus gros défi posé par les modules pivotants pneumatiques était la patience, l'expérience et la précision requises de l'ingénieur chargé de la mise en service, ainsi que l'usure de l'amortisseur.

Jusqu'à présent, les modules pivotants pneumatiques étaient toujours surchargés, que ce soit par manque de connaissances et de patience, ou en raison de contraintes trop élevées en termes de temps de cycles. Tandis que les unités pivotantes pneumatiques correctement ajustées se caractérisent par l'absence d'impacts mécaniques et de vibrations, les unités surchargées génèrent des impacts et des vibrations considérables dans l'ensemble du système. Résultat : usure prématurée des amortisseurs, des temps d'arrêt imprévus du système et, dans des cas extrêmes, d'autres composants du système, tels que les caméras sensibles, peuvent même être affectés par les vibrations permanentes.

Fonction d'auto-apprentissage intelligente

C'est précisément là que le concept du module pivotant mécatronique SCHUNK ERP entre en jeu : contrairement aux unités pivotantes pneumatiques, le composant 24 V ne nécessite pas d'amortisseurs hydrauliques. Ceci élimine à la fois la frustration de devoir ajuster l'amortisseur et la source d'erreur principale lors de la rotation. En conséquence, une technologie intelligente d'auto-apprentissage est entièrement automatique.

Cela garantit que le profil du mouvement soit toujours adapté au poids de la pièce respective. Pour la mise en service, le composant 24 V est simplement connecté à l'unité de commande via des E/S numériques et, si nécessaire, la position finale est ajustée mécaniquement avec précision (+/- 5 °). Tout le reste est assuré par la technologie d'auto-apprentissage intégrée. Trois à cinq mouvements de rotation sont suffisants pour la programmation complète. Le mouvement présente un profil de rampe. En fonction de l'angle de pivotement et du poids de la charge embarquée, l'unité de rotation à entraînement direct accélère et freine automatiquement.

Les impacts, les vibrations et les mouvements incontrôlés à la vitesse maximale sont négligeables. Cela limite le niveau de bruit ainsi que l'usure au minimum, et rend l'utilisation d'amortisseurs hydrauliques superflue. De même, des temps de réaction et de déplacement les plus courts sont possibles. Si le poids de la charge embarquée change pendant le processus, le module ajuste automatiquement le profil du mouvement, sans aucune intervention de l'opérateur.

La vitesse peut être ajustée facilement via un commutateur rotatif sur le boîtier. Comme le contrôle s'effectue via des E/S numériques, la série SCHUNK ERP est compatible avec tous les contrôleurs et permet un remplacement aisé des modules pneumatiques. Le module de rotation 24 V est disponible dans une premier temps dans la taille 25 pour des moments d'inertie jusqu'à 0,1 kgm2, et avec un angle de pivotement de 45°, 90° ou 180°. La répétabilité est de +/- 0,01°.

Module mécatronique flexible

SCHUNK a déjà démontré avec succès le potentiel des modules rotatifs mécatroniques : le module rotatif polyvalent SCHUNK ERS, avec ses variantes à trois diamètres de 135 mm, 170 mm et 210 mm, est spécialement conçu pour les mouvements rotatifs dans la plage de charges moyennes. En taille 170, à une hauteur compacte de 66 mm, il atteint un couple nominal de 5 Nm et un couple maximal de 17 Nm.

Cela signifie qu'il offre les conditions idéales pour la mise en œuvre de concepts flexibles et compacts pour les systèmes automatisés. Le module compact peut servir comme unité rotative ou comme table indexable rotative dans les applications d'assemblage. Grâce à la rotation continue jusqu'à 750 tr/min, des positions intermédiaires peuvent être atteintes avec une précision de répétabilité de 0,01°. Contrairement aux modules de rotation dotés de servo-moteurs traditionnels, le module de rotation ERS n'a pas de contour de collision supplémentaire. L'élasticité résultant du jeu et de la friction n'existe plus.

Le module présente en effet une longue durée de vie et se caractérise par une accélération, une vitesse de rotation et une précision excellentes. Sur demande, un frein de maintien pneumatique est également disponible. Il permet le réglage fiable de toutes les positions. Le large orifice central permet le passage de câbles, de pièces à usiner ou l'utilisation d'une caméra. Mais ce n'est pas tout : pour faire passer de l'air comprimé ou des signaux sans câbles ou tuyaux par le module, le module compact est disponible dans une version avec passage pneumatique-électrique. Grâce à une bague ou un canal d'air, jusqu'à huit signaux électriques (24 V CC/2 A), et un fluide avec une pression atteignant 8 bars. La version avec passage tournant atteint des vitesses de 250 tr/min.

Le module rotatif SCHUNK ERD est le premier module miniature à rotation continue, particulièrement conçu pour des applications de montage dans les industries pharmaceutique, électronique et des biens de consommation. Il est équipé d'un pack d'équipement unique sur le marché : le module standard dispose de deux passages d'air intégrés. En option, quatre passages d'air électriques et un système de mesure de transmission sont disponibles.

Grâce au SCHUNK ERD, disponible en trois dimensions avec des couples nominaux de 0,4 Nm, 0,8 Nm ou 1,2 Nm, il est possible de mettre en place des systèmes d'assemblage à grande vitesse, à couple performant et à faible encombrement qui répondent aux exigences strictes de la Directive Machines. Le module de rotation est entraîné par un moteur synchrone sans balais à excitation permanente. Sa géométrie spéciale garantit une dynamique et une accélération élevées, et grâce au passage pneumatique optimisé, les systèmes d'actionnement pneumatiques peuvent être raccordés plus rapidement.

Ces deux facteurs combinés garantissent des temps de cycle courts et une productivité élevée. Le transmetteur de valeur absolue signifie qu'aucun paramétrage n'est nécessaire, lors du démarrage ou après un arrêt d'urgence. La répétabilité spécifiée à 0,01° constitue un avantage supplémentaire.

Pivotement intelligent pour les usines intelligentes

Pour le professeur Markus Glück, directeur du département recherche et développement (CINO) chez SCHUNK, le potentiel des mouvements rotatifs est encore loin d’être pleinement exploité : « Nous vivons actuellement une phase d'innovation technologique rapide. Les systèmes de production hautement automatisés et interconnectés déterminent des processus de production intelligents et s'imposent petit à petit dans les installations de production » déclare M. Glück pour décrire la situation actuelle. "Le marché exige des unités pivotantes pouvant être mises en service rapidement et intuitivement, sans nécessiter de savoir-faire technique spécial.

Les unités pivotantes de demain devront également s'ajuster automatiquement aux situations de charge et aux scénarios d'application. » Le module pivotant SCHUNK ERP est une étape importante à cet égard, car pour la première fois, il est maintenant possible de mettre en œuvre un réglage autonome du module en utilisant l'intelligence intégrée.

À l'avenir, le directeur R&D s'attend à ce que la sensibilité, la densité de performance et la dynamique des modules rotatifs et pivotants continuent d'augmenter. « A l'avenir, un diagnostic continu du système garantira une utilisation correcte, optimale et économe des unités pivotantes avec une dynamique maximale », assure Glück. « Le travail des ingénieurs de mise en service sera grandement facilité par des systèmes de capteurs intégrés. Et ce n'est pas tout : en matière de rotation et pivotement intelligents, l'ensemble du processus de rotation sera supervisé à l'avenir, et les données de processus correspondantes seront communiquées en temps réel au système automatisé de contrôle du système et aux unités périphériques.

« L'objectif est de fournir en continu des informations d'état susceptibles d'être interprétées avec précision sans connaissances techniques approfondies », souligne M. Glück. Ces types de systèmes intelligents permettent des durées de fonctionnement plus longues et une réduction des temps d'arrêt et des réinvestissements inattendus et coûteux. Cela peut aider à éliminer ou du moins à minimiser les besoins en stockage de pièces de rechange, ce qui, du point de vue de l'utilisateur, immobilise trop de capital sur une trop longue durée.

"A l'avenir, les unités pivotantes deviendront intelligentes grâce aux systèmes de détection modernes."

Professeur Markus Glück, Directeur du département recherche et développement (CINO) de SCHUNK GmbH & Co. KG, Lauffen, Allemagne

Préhension et rotation combinées avec 24 V

La pince rotative électrique SCHUNK EGS, la plus compacte au monde, permet une rotation sans fin de la pince sans passage électrique. Des guidages à rouleaux croisés précontraints et sans jeu assurent une préhension précise et des forces de préhension pratiquement constantes sur toute la longueur des doigts. Le module de rotopince équipé avec connexions standard est commandé soit via un distributeur de bus de terrain soit via des E/S numériques, ce qui signifie qu'il est compatible avec tous les systèmes de commande courants, sans coût ni délai de livraison supplémentaires pour l'équipement périphérique.

L'ensemble de l'électronique de régulation et de puissance pour la commande décentralisée du moteur est intégré au module. Il n'y a pas besoin de terminaux de vannes comme sur les modules pivotants pneumatiques ou les variateurs de vitesse dans l'armoire de commande. Ceci économise de l'espace et également beaucoup de temps lors de la planification, de l'approvisionnement et de la mise en service.

La vitesse de rotation et la force de serrage peuvent toutes les deux être contrôlées en plusieurs étapes directement sur le module au moyen de commutateurs rotatifs. Des angles de rotation compris entre 30° et 270° sont possibles. Ceux-ci sont réglés mécaniquement sur le module. La détection est possible grâce à des détecteurs de proximité inductifs. Le module est exclusivement équipé de moteur 24 V DC stationnaires, sans balai, d'où une résistance à l'usure et une élimination des besoins en câbles mobiles, bagues collectrices et amortisseurs de chocs. Par conséquent, il permet d'accroître la stabilité des processus et la disponibilité des sites d'assemblage. Le niveau de bruit baisse également.

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