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Cambio utensili per robot per applicazioni specifiche: Dalla movimentazione dei materiali all'assemblaggio e al collaudo 

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Cambio utensili per robot per applicazioni specifiche: dalla movimentazione dei materiali all'assemblaggio e al controllo

Sommario

  1. Abbecedario
  2. Applicazioni nella movimentazione dei materiali
  3. Assemblaggio e giunzione
  4. Applicazioni di ispezione
  5. Conclusione

1. Primer

I cambi utensili per robot sono uno degli elementi chiave del panorama manifatturiero moderno e altamente efficiente. Consentono un cambio utensile rapido e senza interruzioni e sono quindi essenziali in un'ampia gamma di applicazioni di produzione automatizzate.  

I cambiautensili per robot, noti anche come cambiautensili, sono l'interfaccia tra il robot e la pinza o l'utensile tecnologico (end effector). Utilizzando una stazione di stoccaggio, il sistema di cambio utensili può equipaggiare il robot con gli utensili appropriati, come pinze di saldatura, cacciaviti, frese, trapani, pinze, ventose a vuoto o anche telecamere e sistemi di misurazione, a seconda delle esigenze. Ciò aumenta significativamente l'efficienza e la produttività del cambio utensile rispetto al cambio utensile manuale.  

I cambi utensili sono utilizzati lungo tutta la catena del valore della produzione industriale. Le attività tipiche includono la movimentazione dei materiali, l'assemblaggio e l'ispezione, con i cambi utensili che svolgono un ruolo diverso in ciascuno di essi. Le aziende manifatturiere traggono vantaggio da un sistema automatizzato di cambio utensili robotizzato in termini di riduzione dei tempi di fermo, aumento della produttività e minore suscettibilità agli errori. 

Quando si investe in sistemi di cambio utensili per robot, è importante che le aziende analizzino attentamente il proprio campo di applicazione e le proprie esigenze. Per i processi di produzione standard, sul mercato esistono soluzioni applicative già pronte che coprono gran parte delle applicazioni di utensili standardizzate. Tali soluzioni sono particolarmente adatte per le aziende le cui esigenze sono in gran parte in linea con gli standard del settore. Per applicazioni speciali, tuttavia, è importante trovare soluzioni di cambio utensili personalizzate per esigenze individuali. È importante concordare in anticipo con il cliente le interfacce con il pacchetto di tubi flessibili del robot e i collegamenti allo strumento tecnologico. 

In qualità di catalizzatore chiave per l'innovazione e l'efficienza nella produzione, il cambio utensili robotizzato consente di aumentare in modo sostenibile la produttività e la competitività. In questo articolo, diamo un'occhiata più da vicino alle applicazioni specifiche dei cambi utensili robotizzati nella movimentazione, nell'assemblaggio e nell'ispezione dei materiali, analizzandone i vantaggi e presentando esempi pratici della loro efficienza.

2. Applicazioni nella movimentazione dei materiali

A. Definizione di tecnologia di manipolazione nella robotica

La tecnologia di manipolazione è una delle pietre miliari e delle applicazioni chiave della robotica: in parole povere, descrive tutti i sistemi assistiti da robot per la presa, il trasporto e lo spostamento di oggetti (prodotti, imballaggi, ecc.). L'uso dei robot nella movimentazione dei materiali è essenziale nella tecnologia di produzione industriale. I robot non solo sono in grado di afferrare e spostare oggetti in modo più rapido, efficiente e preciso, ma a differenza degli esseri umani, possono anche spostare oggetti particolarmente pesanti, ingombranti o pericolosi.  

Il cambio utensili svolge un ruolo fondamentale in questo senso: consente al robot di avere sempre a portata di mano l'utensile finale giusto, scegliendo pinze o ventose adatte a seconda delle esigenze. La tecnologia di movimentazione guidata da robot è presente praticamente in tutte le industrie manifatturiere, con settori classici come la logistica e il magazzino, l'industria automobilistica, l'industria alimentare e la produzione elettronica.

B. L'importanza di una movimentazione efficiente dei materiali nella produzione

Le linee di produzione delle moderne aziende industriali sono sempre più focalizzate sull'efficienza e sulla produttività. La movimentazione dei materiali gioca un ruolo chiave in questo senso, in quanto rappresenta il percorso critico in quasi tutti i processi produttivi in termini di tempi di lavorazione e quindi di efficienza economica. Il prelievo, lo spostamento e il posizionamento delle merci in produzione è un fattore temporale che influisce sull'intera catena del valore dell'azienda. 

In quanto spina dorsale di un processo di produzione efficiente, la movimentazione dei materiali deve essere progettata in modo da evitare colli di bottiglia nei processi a monte e a valle. Quando si automatizza la movimentazione dei materiali, è quindi importante assicurarsi che i sistemi di cambio utensile siano adattati con precisione ai requisiti di processo della linea di produzione. Ottimizzando le tipiche applicazioni pick-and-place come il trasferimento, lo smistamento e la pallettizzazione, è possibile accelerare i cicli di produzione e ottimizzare l'efficienza della produzione di massa. Allo stesso tempo, si riduce la necessità di personale qualificato per la movimentazione dei materiali, con conseguente riduzione duratura dei costi di manodopera.

C. Sfide specifiche per i sistemi di cambio utensili per robot nella movimentazione dei materiali

La sfida principale per i robot Tool Changer nella movimentazione dei materiali è l'ottimizzazione degli aspetti tecnici ed economici dei singoli requisiti del processo di produzione. Soprattutto quando si maneggiano prodotti con forme e caratteristiche diverse, è importante dotare il cambio utensili di tutte le interfacce necessarie per gli effetti finali richiesti.  

Per quanto versatile sia la gamma di dispositivi di presa per la manipolazione, il cambio utensili deve essere altrettanto flessibile. Sia che tu abbia bisogno di una ventosa per la movimentazione sottovuoto delle confezioni, sia che tu abbia bisogno di una speciale pinza morbida per alimenti per la raccolta di frutta di forma irregolare, il cambio utensili è perfettamente compatibile con entrambi i sistemi di pinza. 

Quando si sceglie un cambio utensile, l'attenzione è sempre rivolta al futuro. Una delle sfide consiste nel tenere conto dei requisiti futuri. Sistemi efficienti di movimentazione dei materiali possono rispondere in modo flessibile ai cambiamenti della produzione. 

D. Vantaggi dell'utilizzo di cambiautensili robotizzati nella movimentazione dei materiali

I vantaggi dei moderni cambi utensili robotizzati nella movimentazione dei materiali sono molteplici e comprendono  

  • Aumento della produttività grazie a una gestione rapida e senza interruzioni dei pezzi nel processo di produzione
  • Risparmi significativi sui costi grazie alla riduzione dei costi di manodopera e dei tassi di  errore
  • Miglioramento della qualità del prodotto grazie alla riduzione dei tassi di errore e alla manipolazione  delicata e specifica del pezzo
  • Maggiore flessibilità in caso di cambio di linea di produzione grazie a interfacce  utensile standardizzate
  • Miglioramento degli standard di salute e sicurezza grazie all'automazione delle attività ergonomiche più impegnative

E. Esempi di applicazioni di movimentazione dei materiali in cui i cambi utensili per robot mostrano i loro punti di forza

I cambi utensili per robot danno il meglio di sé in un processo produttivo in cui diverse operazioni di movimentazione vengono eseguite nello stesso luogo. La chiave è ridurre al minimo il tempo perso tra due attività con strumenti diversi. Le applicazioni tipiche includono: 

  • Prelievo di prodotti o pezzi con pinze 
  • Rotazione e allineamento delle parti nella posizione desiderata
  • Trasporto da A a B 
  • Posizionamento preciso dei pezzi in una posizione specifica
  • Smistamento degli oggetti in base alle specifiche di produzione
  • Pallettizzazione di pezzi finiti in preparazione per la spedizione

Quando si sceglie un cambio utensili per robot, è sempre consigliabile avere una visione olistica dell'intera interazione tra il cambia utensili e l'applicazione. Soprattutto per i piccoli carichi utili, la combinazione di cambio utensili e tecnologia di presa dovrebbe essere vista come un'unità: il sistema è configurato di conseguenza come una soluzione completa. Stäubli offre un'ampia gamma di dispositivi di presa ad alta precisione che si adattano in modo ottimale ai cambiautensili offerti.  

3. Assemblaggio e giunzione

A. Processi di assemblaggio e giunzione nella produzione

Processi di assemblaggio efficienti e privi di errori sono uno dei fattori chiave di successo nella moderna produzione industriale. L'assemblaggio e l'unione di componenti e assiemi è tipicamente caratterizzato da un elevato grado di operazioni ripetitive, dispendiose in termini di tempo e manodopera, il che lo rende un candidato naturale per l'automazione. Con cicli di vita e tempi di sviluppo sempre più brevi, queste operazioni stanno diventando un fattore critico di successo. 

L'automazione delle operazioni di assemblaggio e giunzione è importante in tutti i settori della produzione industriale, ma in particolare nella produzione di massa nell'industria elettronica, automobilistica e delle materie plastiche. La natura delle attività di assemblaggio è molto individuale, con applicazioni tipiche della catena di montaggio che includono  

  • Assemblaggio di componenti con piccole parti come viti, rivetti, guarnizioni, manicotti, ecc. 
  • Montaggio preciso dei componenti nei gruppi esistenti 
  • Montaggio di clip o tappi di plastica
  • Assemblaggio di cambi o blocchi  motore
  • Incollaggio di componenti

I sistemi robotici sono particolarmente vantaggiosi per le attività che richiedono molto tempo e manodopera e un'elevata precisione. 

B. Il ruolo del cambio utensili per robot

Le attività di assemblaggio sono caratterizzate da un gran numero di attività diverse in un'unica posizione. In molte applicazioni, diverse fasi del processo devono essere eseguite nella stessa posizione dallo stesso robot. Nell'industria automobilistica, ad esempio, l'assemblaggio della testata comporta l'inserimento preliminare di manicotti e guarnizioni di raccordo, che richiede una geometria complessa della pinza. Nei processi sensibili alla forza come la clippatura, la rivettatura o l'avvitamento, invece, i parametri di processo devono essere registrati con precisione dai sensori e comunicati al software di controllo.

I sistemi di cambio utensili per robot devono quindi soddisfare diversi requisiti per le attività di montaggio. Oltre al cambio utensile vero e proprio, il cambio utensili deve disporre anche di moduli di trasmissione all'avanguardia per il trasferimento di fluidi, potenza e dati.

C. Considerazioni importanti nella scelta dei cambiautensili

Quando si scelgono i cambiautensili per applicazioni di assemblaggio e giunzione, il primo passo è analizzare i requisiti di base della fase del processo da automatizzare. Ciò comporta principalmente l'assegnazione di strumenti adeguati alle singole attività e la definizione delle applicazioni periferiche necessarie come media, potenza e trasmissione dati. 

Le specifiche tecniche pertinenti per i cambiautensili includono, ma non sono limitate a  

  • La capacità di carico consentita del cambio utensili (kg) 
  • La coppia statica ottenibile (Nm) 
  • La coppia dinamica (Nm) 
  • Parametri di processo consentiti come temperatura (°C) e pressione (MPa)  
  • Il grado di protezione IP
  • La ripetibilità (mm 
  • Il numero di slot del modulo
  • Interfacce per il trasferimento di moduli per il trasferimento di energia e dati, pneumatica, applicazioni RFID, messa a terra e altre applicazioni

Oltre alle specifiche tecniche qui menzionate, è necessario prendere in considerazione parametri di qualità come durata, usura, ecc. dal punto di vista dell'utente. 

D. Vantaggi dell'utilizzo di cambiautensili robotici

I cambi utensili per robot svolgono un ruolo chiave nell'aumentare la produttività, l'efficienza dei costi e gli standard di qualità nelle complesse linee di assemblaggio della produzione industriale. I vantaggi sono molti e includono  

Maggiore efficienza: I cambi utensili consentono alle linee di assemblaggio robotizzate di cambiare diversi dispositivi finali in modo rapido e senza soluzione di continuità, senza la necessità di intervento umano. Ciò riduce i tempi di produzione e aumenta l'efficienza delle attività di assemblaggio.  

Flessibilità: La possibilità di cambiare rapidamente gli utensili aumenta la flessibilità della catena di montaggio. Anche quando i requisiti cambiano a causa di nuove esigenze di produzione o varianti di prodotto, non è necessario riattrezzare manualmente. 

Falcidia: Grazie al notevole aumento della produttività, l'investimento in un cambio utensili per robot si ripaga rapidamente. Oltre al puro aumento della produttività, occorre tenere conto anche degli effetti positivi sui tassi di errore e sul fabbisogno di manodopera.

IV. Applicazioni di ispezione

A. Importanza dei processi di ispezione nel controllo qualità

Le aziende manifatturiere industriali utilizzano processi di ispezione per garantire che i prodotti fabbricati soddisfino gli standard di qualità desiderati. I processi di ispezione sono solitamente integrati non solo nel controllo qualità finale, ma anche come parte del monitoraggio continuo della qualità lungo l'intera linea di produzione. Monitorando continuamente i parametri di processo e di qualità in tutti i processi, è possibile ridurre significativamente i tassi di errore e quindi gli sprechi e i costi associati. Allo stesso tempo, è possibile rispettare le normative e gli standard e produrre la documentazione necessaria. 

Le tipiche attività di ispezione assistita da robot includono il controllo delle tolleranze dei componenti, della qualità della superficie, dei parametri di processo rilevanti come temperatura, pressione e portata o della funzionalità. 

B. Integrazione di sistemi di cambio utensili assistiti da robot nei sistemi di ispezione

I moderni sistemi di cambio utensili per robot possono essere integrati senza problemi in sistemi di ispezione complessi. La capacità di trasmettere segnali e dati è particolarmente importante: i dati e i segnali provenienti dal sistema di ispezione possono essere trasmessi in tempo reale e resi immediatamente disponibili agli strumenti per l'ottimizzazione dei processi. 

I Tool Changer sono dotati di appositi moduli di trasmissione in grado di trasmettere dati e segnali per l'integrazione nei sistemi di ispezione. Le applicazioni tipiche includono  

  • Moduli RFID con interfaccia IO-Link per il rilevamento di  oggetti
  • Moduli di segnale e dati per applicazioni Gigabit Ethernet (ad es. sistemi di telecamere docked) 
  • Moduli di trasmissione per applicazioni a ultrasuoni, ad esempio per il controllo non distruttivo di componenti  
  • Moduli di trasmissione per l'elaborazione di segnali di immagini e video

C. Requisiti specifici per i sistemi di cambio utensili nelle applicazioni di ispezione

Quando si sceglie un cambia utensili per robot per applicazioni di ispezione, è necessario considerare la compatibilità del cambia utensili con l'applicazione. In questo contesto, le interfacce fornite per i moduli di trasmissione per la trasmissione di segnali e dati sono di particolare importanza, in quanto determinano in gran parte la gamma di applicazioni. 

"È quindi importante selezionare prima il tipo di processo di ispezione richiesto. Nella produzione industriale di massa, questi includono  tipicamente

  • Verifiche dimensionali (dimensioni, tolleranze, superfici) 
  • Ispezioni visive (ad es. utilizzando sistemi di visione automatizzati) 
  • Ispezione funzionale (ad es. tramite test funzionali automatizzati)
  • Test sui materiali (ad es. controlli non distruttivi a ultrasuoni)  
  • Prova di tenuta (ad es. con applicazioni idrauliche o pneumatiche)

In base ai processi di ispezione selezionati e alle specifiche tecniche, è possibile selezionare un cambio utensili per robot per soddisfare questi requisiti. 

D. Vantaggi dell'utilizzo di cambi utensili per robot nelle applicazioni di ispezione

L'utilizzo di sistemi di cambio utensili per robot nelle applicazioni di ispezione offre vantaggi di vasta portata. Questi includono soprattutto 

Garantire la qualità del prodotto: i processi di ispezione automatizzati consentono di garantire il rispetto degli standard di qualità interni e specifici del cliente. 

Garantire la sicurezza: I continui test della funzionalità dei componenti e degli standard di sicurezza garantiscono il corretto funzionamento del componente, particolarmente importante in settori come l'automotive e l'industria aerospaziale. 

Efficienza dei costi: L'identificazione precoce e automatizzata dei difetti garantisce la riduzione del tasso di scarto e il rapido riconoscimento dei punti deboli nel processo di produzione. 

Conformità alle norme: Il monitoraggio continuo dei parametri prescritti garantisce che i requisiti legali e gli standard tecnici siano sempre soddisfatti.

V. Conclusione

I cambi utensili robotizzati sono diventati parte integrante dell'automazione dei processi di produzione industriale. In quanto interfaccia tra il robot e l'end effector, sono fondamentali per l'efficienza e la variabilità dell'intero sistema robotico. 

Quando si sceglie un cambio utensili per robot adatto ai processi di manipolazione, assemblaggio e collaudo, è importante considerare i propri requisiti e specifiche tecniche. Si consiglia inoltre di considerare i requisiti futuri dovuti a variazioni del prodotto o possibili cambiamenti nel processo di fabbricazione. La scelta di un cambio utensili adatto ha un'influenza decisiva sull'efficienza produttiva e sulla qualità dell'intera linea di produzione. Oltre alla funzionalità, la durata utensile prevista e la resistenza all'usura sono fattori chiave. 

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