Chwytaki podciśnieniowe w automatyce przemysłowej

Często w czasie procesu produkcji przedmiot lub jego część wymagają przeniesienia z miejsca na miejsce lub przytrzymania. Na przykład w czasie automatycznego montażu urządzeń elektronicznych trzeba pobrać komponenty z zasobnika i umieścić na płytce drukowanej. Podobnych sytuacji można wyobrazić sobie znacznie więcej. Do przenoszenia obiektów z miejsca na miejsce można zastosować chwytak mechaniczny, ale jest to dosyć trudna metoda, mało uniwersalna i raczej będzie dopasowana do konkretnego procesu, ponieważ trzeba mierzyć siłę, z jaką jest ściskany przenoszony przedmiot. Takie naśladowanie przyrody nie jest łatwe i dlatego w wielu procesach stosuje się znacznie prostszą, a jednocześnie mającą wiele zalet metodę – zasysanie przedmiotu za pomocą podciśnienia. Do jej najważniejszych cech należą skalowalność oraz łatwość użycia.

Na pewno każdy, nawet osoby niemające na co dzień do czynienia z automatyką przemysłową, intuicyjnie rozumie, na czym polega użycie podciśnienia do chwytania obiektów. Maszyna posługująca się tą metodą operuje ramieniem z odpowiednią, dopasowaną do przedmiotu końcówką (lub adapterem z szeregiem końcówek), przez którą zasysane jest powietrze. Te końcówki noszą nazwę przyssawek. „Ssanie” jest wywoływane przez podciśnienie uzyskiwane za pomocą pompy i sterowane zaworem otwieranym w momencie kontaktu przyssawki z obiektem. Podciśnienie występujące za przyssawką niejako stara się wciągnąć przez nią obiekt, co nie jest możliwe ze względu na jego rozmiar. W takiej sytuacji obiekt będzie zachowywał się jak korek utrzymywany w miejscu przez podciśnienie.

Omawianej metody chwytania przedmiotów można użyć na wiele sposobów, ponieważ siła, z którą jest trzymany przedmiot, zależy od wartości podciśnienia oraz pola powierzchni, na której ono oddziałuje. Co za tym idzie: siłę można zmieniać, odpowiednio dobierając wymienione parametry. Chwytaków podciśnieniowych najłatwiej użyć do przenoszenia przedmiotów o dużej, płaskiej powierzchni, zapewniającej dobre przywieranie końcówki. Trudności pojawiają się, gdy przedmiot ma skomplikowany kształt i jest ciężki. Wtedy trzeba będzie wykonać specjalną przyssawkę albo głowicę mającą wiele przyssawek. Metoda podciśnieniowa jest uniwersalna, nadająca się do różnych obiektów, niezależnie od tego z jakich materiałów są wykonane. Co istotne, nie wpływa też na własności przenoszonych przedmiotów, inaczej niż, na przykład, chwytaki magnetyczne, które mogą spowodować wtórne namagnesowanie obiektów metalowych.

Metoda podciśnieniowa ma dwie zalety, o których wspomniano już we wstępie. Po pierwsze, jest to łatwość użycia oraz zrozumienia zasady działania. Dzięki temu nie będzie nastręczała problemów ani konstruktorowi maszyny, ani też służbom utrzymania ruchu. Po drugie, jest łatwo skalowalna. To znaczy, równie dobrze można jej użyć do przenoszenia miniaturowych elementów, takich jak koła zębate zegarków lub komponenty elektroniczne SMD, jak i dużych, takich jak części składanych na taśmie pojazdów, arkusze blachy, deski lub elementy mebli.

Jednym z ważniejszych producentów osprzętu dla chwytaków podciśnieniowych jest mający swój rodowód w Niemczech globalny koncern Schmalz. Jego obszerna oferta dla automatyki obejmuje wszystkie komponenty niezbędne do zbudowania chwytaka. Wykonanie chwytaka, mimo iż wydaje się łatwe, może jednak nastręczać pewnych problemów. Dlatego firma Schmalz oferuje pomoc w doborze komponentów odpowiednich do potrzeb, a nawet projekty systemów podciśnieniowych „pod klucz”. Nie bez znaczenie jest fakt, że dysponują oni wiedzą zdobytą pośrednio lub bezpośrednio na podstawie ogromnej liczby aplikacji realizowanych przez klientów z różnych branż, a używanych do manipulowania przedmiotami wykonanymi z różnorodnych materiałów.
Konsekwentna orientacja na klienta, innowacyjność, doskonała jakość produktów i kompleksowe kompetencje doradcze sprawiają, że Schmalz jest liderem na rynku w zakresie automatyki podciśnieniowej. W siedzibie głównej firmy w Niemczech oraz w 19 zakładach około 1500 pracowników wytwarza komponenty przeznaczone do chwytaków podciśnieniowych, w tym również elementy do dźwigów obsługiwanych ręcznie oraz do mocowania drewna czy metalu w czasie obróbki. W ofercie przedsiębiorstwa znajdziemy wszystko to, co zapewni zbudowanie skutecznie działającego chwytaka podciśnieniowego. Bardzo dobra jakość produktów oraz sposób funkcjonowania przedsiębiorstwa jest potwierdzony licznymi certyfikatami. Wśród nich warto wymienić: DIN ISO 9001 (zarządzanie jakością) od 1994 roku, DIN ISO 14001 (zarządzanie środowiskowe) od 1997 roku, DIN ISO 50001 (zarządzanie energią) od 2012 roku.

Przyssawki

Przyssawka jest jednym z najważniejszych elementów chwytaka podciśnieniowego, a jednocześnie jego najdelikatniejszą i narażoną na uszkodzenie częścią składową. Jej zadaniem jest zapewnienie odpowiednio szczelnego kontaktu z obiektem oraz podtrzymanie obiektu w czasie manipulacji przy pomocy podciśnienia. Uszkodzenie najczęściej powstaje przy bezpośrednim kontakcie z przenoszonym obiektem, który może być chropowaty, mieć podwyższoną temperaturę, niekiedy może też być zanieczyszczony jakimiś odczynnikami używanymi w czasie produkcji.

Jak dobrze wiemy, urządzenie jest tak podatne na awarię, jak jest na nią narażony jego najsłabszy element. Dlatego od doboru przyssawki oraz materiałów, z których będzie ona wykonana, zależy bezawaryjne i bezproblemowe funkcjonowanie automatu w procesie produkcyjnym.
Specjaliści z firmy Schmalz dobrze zdają sobie z tego sprawę. Firma oferuje szeroki asortyment przyssawek z różnorodnych, trwałych materiałów, zaprojektowanych z myślą o spełnieniu wymagań dopasowanych do różnych profili produkcji. Większość przyssawek jest wykonana ze specjalnych elastomerów. Nie bez znaczenia jest fakt, że są one wyposażone w złączki umożliwiające szybką wymianę, co ułatwia serwis lub dopasowanie linii do nowych obiektów.
Przyssawki można podzielić zależnie od ich kształtu lub rodzaju przenoszonego materiału. Upraszczając, można powiedzieć, że kształt przyssawki jest zdeterminowany przez kształt przenoszonego obiektu. Przyssawki okrągłe dobrze nadają się do manipulowania przedmiotami o regularnej formie lub do budowania zespołów złożonych z wielu przyssawek i adaptera. Przyssawki owalne przydadzą się do przenoszenia długich, wąskich obiektów. Wiele przyssawek wyposażono w mieszek, który pełni podwójną rolę. Po pierwsze, kompensuje on różnice w wysokości, na której będą przykładane do obiektu, co ma znaczenie przy przenoszeniu przedmiotów o różnej wysokości, zorientowanych w różny sposób, mających wypukłe lub wklęsłe detale. Po drugie, mieszek przydaje się też przy przenoszeniu delikatnych elementów, ponieważ stanowi amortyzator pomiędzy ramieniem automatu (czy robota) a obiektem.

Materiał, z którego jest wykonana przyssawka powinien być dopasowany do materiału, z którego jest wykonany chwytany obiekt. Przyssawki przeznaczone do przenoszenia delikatnych przedmiotów powinny być tworzone z miękkich elastomerów. Przyssawki do drewna lub blachy z kolei, z twardszego tworzywa, a przy tym nierzadko przystosowane do pracy w podwyższonej temperaturze. O ile miękki materiał przyssawki w naturalny sposób powoduje utworzenie szczelnego połączenia, o tyle twardy wymaga, aby powierzchnia styku z przenoszonym obiektem była uszczelniona np. za pomocą elastomeru. Przy doborze materiału przyssawki w grę wchodzą też wymagania norm – inne będą używane w zakładzie produkującym części metalowe, inne w farmacji lub w przemyśle spożywczym.

W ofercie Schmalz znajdziemy przyssawkę dla każdego rodzaju obiektu, materiału oraz każdej gałęzi przemysłu. Można się nimi posłużyć przy przenoszeniu opakowań kartonowych, toreb, opakowań z tworzywa sztucznego i blistrów, folii, szkła, kompozytów itp. Spełniają one przy tym międzynarodowe normy obowiązujące w przemyśle spożywczym i farmacji oraz innych branżach, a materiały używane do budowy przyssawek nie zostawiają śladów na przenoszonych obiektach. Niektóre modele przyssawek są odporne na podwyższoną temperaturę aż do 600°C, co przyda się przy obróbce termicznej. Dodatkowo firma oferuje liczne akcesoria, takie jak profile uszczelniające do powierzchni szorstkich, gładkich i z teksturą, kołnierze, filtry, wkładki uszczelniające i elementy wspierające.

Elementy montażowe

W najprostszym wariancie pojedyncza przyssawka przenosi pojedynczy, niezbyt ciężki obiekt - ale za pomocą zespołu przyssawek można też przenosić duże, masywne przedmioty lub wiele obiektów, na przykład wszystkie tabletki czy ciastka z blistra.

Firma Schmalz oferuje duży wybór akcesoriów przeznaczonych do integracji przyssawek lub chwytaków specjalnych z układem podciśnieniowym. Są to dla przykładu złączki przegubowe, wielokierunkowe, poprawiające kontakt przyssawek z nierówną powierzchnią przedmiotu. Do niwelowania wpływu różnicy wysokości dostępne są kompensatory sprężynowe. Dodatkowym efektem ich użycia jest delikatne podnoszenie oraz opuszczanie przedmiotów. W ofercie przedsiębiorstwa znajdziemy też zestawy montażowe do chwytaków wyposażone w łożyska. Mają one za zadanie skompensowanie różnicy wysokości w systemach chwytakowych bez niebezpieczeństwa blokady. Jeszcze inne zawieszenia, takie jak np. FST-C, służą do budowania urządzeń do przenoszenia przedmiotów zwichrowanych lub pogiętych bez niebezpieczeństwa ich rozwarstwienia (w wypadku płyt meblowych) lub uszkodzenia.

Nie sposób wymienić wszystkich akcesoriów oferowanych przez Schmalz. Dosyć jest powiedzieć, że w ofercie firmy dostępne są komponenty, za pomocą których można zbudować dowolny chwytak, do dowolnego przedmiotu, a doświadczeni fachowcy pomogą w dobraniu rozwiązań do konkretnego zastosowania.

Generatory podciśnienia

Nawet najlepiej zbudowany chwytak podciśnieniowy nie nadaje się do użytku bez podciśnienia wytwarzanego przez – ogólnie rzecz biorąc – generator podciśnienia. Jego funkcję może pełnić układ pneumatyczny z eżektorem lub pompa czy dmuchawa.

Zaletą pneumatycznych generatorów podciśnienia jest krótki czas upływający od zasilenia powietrzem do uzyskania podciśnienia oraz wynikająca z małych wymiarów i niedużego ciężaru możliwość bezpośredniej integracji z ramieniem chwytaka. Eżektory oferowane przez Schmalz są wyposażone w inteligentne rozwiązania zapewniające sterowanie zużyciem energii i kontrolę procesu. Zastosowanie eżektora wymaga źródła sprężonego powietrza, którego przepływ powoduje powstawanie podciśnienia. Istnieją warianty eżektorów, które można łączyć szeregowo tworząc wiele źródeł podciśnienia.

Elektryczne generatory podciśnienia działają na bazie pompy lub dmuchawy. Zaletą rozwiązań oferowanych przez Schmalz jest możliwość łatwej integracji z ramieniem robota lub innym rodzajem chwytaka oraz wbudowana funkcjonalność regulacji wartości podciśnienia. Inaczej niż w wypadku eżektora wymiary pompy zazwyczaj nie pozwalają na bezpośrednie wkomponowanie jej w chwytak, ale istnieją rozwiązania przeznaczone do łatwej integracji z ramieniem robota. Najczęściej ten rodzaj generatorów jest używany, gdy nie ma dostępu do źródła sprężonego powietrza lub gdy jest wymagane podciśnienie o dużej wartości.

Eżektory oferowane przez Schmalz mają różne wymiary. Są bardzo wydajne, efektywne, a wewnątrz nich zintegrowano tłumik. Nadają się do systemów scentralizowanego lub rozproszonego generowania podciśnienia. Wybrane modele można łączyć szeregowo – można je zamontować bezpośrednio na przewodzie (rurce) doprowadzającej sprężone powietrze. Niektóre mają zintegrowane zawory na wlocie lub wylocie, a bardziej rozbudowane są wyposażone w czujnik ciśnienia. Opcje dodatkowe obejmują funkcję oszczędzania sprężonego powietrza, sterowania zasilaniem oraz przebiegiem procesu chwytania. Za pomocą oferowanych przez firmę Schmalz akcesoriów można zbudować z nich kompaktowe terminale złożone z maksymalnie 16 eżektorów osadzonych w jednym bloku.

Elektryczne generatory podciśnienia oferowane przez Schmalz nie wymagają zasilania sprężonym powietrzem. Wbudowane inteligentne funkcje sterowania ułatwiają odpowiednie, ekonomiczne zastosowanie generatora w aplikacji. Kształt obudowy predysponuje je zwłaszcza do aplikacji budowanych z zastosowaniem ramion robotów lub stacjonarnego przenoszenia materiałów z wykorzystaniem cobotów, czyli robotów współpracujących. W generatorach elektrycznych podciśnienie jest uzyskiwane za pomocą pompy próżniowej lub dmuchawy.

Pompy próżniowe wytwarzają podciśnienie o dużej wartości przy niewielkim przepływie. Firma Schmalz oferuje pompy smarowane olejowo, do pracy na sucho lub z pierścieniem wodnym. Dmuchawy umożliwiają uzyskanie dużego przepływu przy stosunkowo niedużej wartości wytwarzanego podciśnienia. Rozwiązania oferowane przez Schmalz obejmują opcjonalną funkcjonalność sterowania prędkością obrotową silnika dmuchawy oraz elektropneumatyczny układ odwracania ciągu.

Dodatkowo do pomp przedsiębiorstwo dostarcza też akcesoria, takie jak: zbiorniki podciśnieniowe, centralki podciśnieniowe (złożone z pompy, zbiornika, urządzenia monitorującego i sterownika) oraz jednostki podciśnieniowe zbudowane z eżektora, zbiornika, urządzenia monitorującego i sterownika.

Chwytaki podciśnieniowe „pod klucz”

Firma Schmalz projektuje „pod klucz” gotowe do montażu na ramionach robotów lub automatach systemy chwytaków. Są one projektowane dla zaspokojenia konkretnych potrzeb aplikacji. Systemy chwytaków odgrywają kluczową rolę niemal w każdym sektorze przemysłu, zapewniając wysoką wydajność i niezawodność procesów produkcyjnych.
Złożone systemy chwytaków podciśnieniowych firmy Schmalz w istotny sposób zwiększają efektywność i niezawodność automatycznych procesorów produkcyjnych. Rozwiązania obejmują systemy warstwowe i powierzchniowe, jak również gotowe do montażu chwytaki wieloprzyssawkowe, idealnie sprawdzające się w różnych obszarach automatyki.

Zawory

Zawory służą do sterowania podciśnieniem i sprężonym powietrzem. Ich odpowiedni dobór zwiększa niezawodność procesu oraz sprawność systemów podciśnieniowych. Firma Schmalz oferuje te elementy w wielu rodzajach, dopasowanych do konkretnych potrzeb. W jej portfolio można znaleźć zawory elektromagnetyczne (sterowane bezpośrednio lub pneumatycznie), zawory zwrotne i ograniczniki przepływu przeznaczone do zamykania przewodów podciśnienia prowadzących do przyssawek niemających kontaktu z elementem roboczym, zawory sterujące, kompensatory sprężynowe do mechanicznej weryfikacji obszaru pokrycia przez przyssawkę, zawory jednokierunkowe ze sprężynowym mechanizmem powrotnym stosowane do ochrony układu w razie awarii generatora podciśnienia.

Oprócz wymienionych (sterowanych automatycznie) w ofercie producenta są też dostępne zawory obsługiwane ręcznie manualnie, do użycia w podnośnikach ręcznych lub do awaryjnego sterowania przepływem powietrza w urządzeniach automatyki.

Filtry i złączki

Chwytak podciśnieniowy ma jedną wadę. Jest nią możliwość wciągnięcia do wnętrza systemu podciśnieniowego okruchów materiału, smaru, kropli płynu i innych obiektów. Do ochrony przed takimi zabrudzeniami, a tym samym zabezpieczenia przed awarią generatora podciśnienia, przewodów oraz zaworów chronią filtry.

Do dystrybucji podciśnienia służą rozdzielacze, węże, złączki oraz połączenia. Są to elementy uzupełniające ofertę firmy Schmalz, niezbędne w każdym obwodzie podciśnienia. Służą nie tylko do rozprowadzenia podciśnienia w systemie, ale również do łączenia przyssawek z generatorami podciśnienia.

Czujniki i urządzenia do monitorowania instalacji

Dla zapewnienia bezawaryjnej pracy systemu podciśnienia niezbędne są urządzenia monitorujące, kontrolujące stan systemu oraz wartość podciśnienia. Mają one ogromne znaczenie dla bezpieczeństwa pracy systemu, a także jego bezawaryjności i umożliwiają wczesne wykrywanie ewentualnych usterek. W ofercie firmy znajdziemy: mechaniczne przełączniki podciśnieniowe, czujniki ciśnienia z wyjściem analogowym (pomiar w zakresie od -1 do 10 barów), elektroniczne czujniki ciśnienia wyposażone w wyświetlacz, mające wyjścia cyfrowe PNP i NPN, sterowniki podciśnienia, zawory redukcyjne, urządzenia ostrzegawcze, a także odpowiednie akcesoria, takie jak złączki i adaptery przełączników podciśnieniowych.

Na koniec

Zbudowanie efektywnego systemu podciśnieniowego służącego do manipulowania obiektami wymaga nie tylko wiedzy z zakresu produktów przeznaczonych do budowy tego systemu, ale także doświadczenia aplikacyjnego. Mimo iż zrozumienie zasady działania chwytaka podciśnieniowego nie jest trudne, to jego praktyczna realizacja wymaga interdyscyplinarnej wiedzy oraz użycia odpowiednich podzespołów.

W skład typowego systemu chwytaka podciśnieniowego wchodzą: przyssawka lub ich zespół tworzące rodzaj interfejsu pomiędzy systemem a przenoszonym obiektem, elementy montażowe, odpowiedni generator podciśnienia zasilający przyssawki, zawory lub zespoły zaworów, przełączniki oraz elementy monitorujące zapewniające bezpieczne użytkowanie, a także wyposażenie dodatkowe, takie jak węże, złączki, filtry, rozgałęźniki i inne. Wszystkie te komponenty znajdziemy w ofercie firmy TME, która jest dystrybutorem marki Schmalz. Co ważne, korzystając z rozwiązań jednej firmy, zapewniamy sobie bezproblemową realizację aplikacji, ponieważ poszczególne elementy będą do siebie pasowały.

Więcej na: www.tme.eu/pl