Вакуумные захваты в промышленной автоматике

Вакуумные захваты в промышленной автоматике

Опубликовано в номере:
PDF версия
Часто в процессе производства предмет или его часть необходимо переместить с места на место или удержать. Например, во время автоматического монтажа электронных устройств компоненты должны быть извлечены из контейнера и размещены на монтажной плате. Можно представить гораздо больше подобных ситуаций. Для перемещения объектов с места на место можно использовать механический захват, но это довольно сложный метод, не универсальный, и скорее он будет адаптирован к конкретному процессу, поскольку необходимо измерять силу, с которой сжимается перемещаемый предмет. Такое заимствование у природы является непростым, и поэтому во многих процессах применяется гораздо более доступный способ, который вместе с тем имеет много преимуществ, — всасывание предмета с помощью вакуума. Его наиболее важные характеристики включают масштабируемость и простоту использования.

Без сомнения, все, даже люди, которые ежедневно не соприкасаются с промышленной автоматикой, интуитивно понимают, в чем состоит применение вакуума для захвата объектов. Машина, использующая этот метод, оперирует манипулятором с соответствующим адаптированным к предмету наконечником (или адаптером с несколькими наконечниками), через который всасывается воздух. Эти наконечники называются присосками. Всасывание вызвано вакуумом, создаваемым насосом и управляемым клапаном, который открывается, когда присоска вступает в контакт с объектом. Вакуум, возникающий за присоской, как будто пытается втянуть через нее предмет, что невозможно ввиду его размера. В этой ситуации объект будет вести себя как пробка, удерживаемая на месте вакуумом.

Этот метод захвата предметов может использоваться многими способами, поскольку сила, удерживающая предмет, зависит от степени вакуума и площади поверхности, с которой он взаимодействует. Следовательно, сила может быть изменена путем соответствующего выбора перечисленных параметров. Вакуумные захваты проще всего использовать для перемещения предметов с большой плоской поверхностью, обеспечивающей хорошее прилегание наконечника. Трудности возникают, когда предмет имеет сложную форму и большой вес. В таком случае нужно изготовить специальную присоску или головку с множеством присосок. Вакуумный метод универсален, он подходит для различных объектов, независимо от того, из каких материалов они изготовлены. Важно отметить, что он также не влияет на свойства перемещаемых предметов в отличие, например, от магнитных захватов, способных вызывать вторичную намагниченность металлических объектов.

Вакуумный метод имеет два преимущества, о которых уже упоминалось во введении. Вопервых, простота использования и понимания принципа работы. Благодаря этому он не будет создавать проблем ни для конструктора машин, ни для сервисных служб. Вовторых, он обеспечивает легкую регулировку, то есть может с одинаковым успехом использоваться для перемещения как миниатюрных элементов, например шестеренок часов или электронных SMD-компонентов, так и крупных, в частности деталей собираемых на конвейере транспортных средств, листов металла, досок или элементов мебели.

Одним из важнейших производителей аксессуаров для вакуумных захватов является глобальный немецкий концерн Schmalz. Его обширное предложение для автоматики включает все компоненты, необходимые для создания захвата. Изготовление захвата хотя и кажется простым, может создавать некоторые проблемы. Именно поэтому фирма Schmalz предлагает помощь в подборе компонентов, соответствующих потребностям, и даже проекты вакуумных систем под ключ. Важно и то, что ее специалисты обладают знаниями, полученными прямо или косвенно на основе огромного числа приложений, реализуемых клиентами из различных отраслей промышленности и используемых для манипулирования предметами, изготовленными из различных материалов.

Последовательная ориентация на клиента, инновации, отличное качество продукции и комплексные консультационные компетенции делают Schmalz лидером на рынке в области вакуумной автоматики. По местонахождению компании в Германии и на 19 заводах примерно 1500 работников производят компоненты для вакуумных захватов, в том числе компоненты для кранов с ручным управлением и для крепления древесины или металла во время обработки. Предложение компании включает все, что обеспечит создание эффективно действующего вакуумного захвата. Очень хорошее качество продукции и способ функционирования предприятия подтверждены многочисленными сертификатами. В их числе следует упомянуть DIN ISO 9001 (управление качеством) 1994 года, DIN ISO 14001 (экологическое управление) 1997 года, DIN ISO 50001 (управление энергией) 2012 года.

 

Присоски

Присоска является одним из наиболее важных элементов вакуумного захвата и в то же время его самым чувствительным и подверженным повреждениям компонентом. Ее задачаобеспечить достаточно плотный контакт с объектом и поддерживать его во время манипуляций с помощью вакуума. Повреждение чаще всего происходит при прямом контакте с перемещаемым объектом, который может быть шероховатым, иметь повышенную температуру, а иногда быть загрязненным какимито реагентами, используемыми во время производства.

Хорошо известно, что устройство подвержено сбоям в такой мере, в какой им подвержен его самый слабый элемент. Следовательно, от выбора присоски и материалов, из которых она будет изготовлена, зависит безаварийное и бесперебойное функционирование автомата в процессе производства.

Специалисты фирмы Schmalz хорошо знают об этом. Компания предлагает широкий ассортимент присосок (рис. 1), изготовленных из разнообразных прочных материалов, предназначенных для удовлетворения требований различных производственных профилей. Большинство присосок выполнено из специальных эластомеров. Важно подчеркнуть, что они оснащены установочными элементами, обеспечивающими быструю замену, что облегчает сервисное обслуживание и перестраивание линии на новые объекты.

Присоски для роботов

Рис. 1. Присоски

Присоски делятся в зависимости от их формы или вида переносимого материала. Проще говоря, форма присоски определяется формой перемещаемого объекта. Круглые присоски хорошо подходят для манипулирования предметами обычной формы или для конструирования узлов, состоящих из множества присосок и адаптера. Овальные присоски будут полезны для перемещения длинных, узких предметов. Многие присоски оснащены сильфоном, выполняющим двойную функцию. Вопервых, компенсирует разницу в высоте, на которой они будут приложены к объекту, что важно при перемещении предметов разной высоты, ориентированных поразному, имеющих выпуклые или вогнутые детали. Вовторых, сильфон также полезен при перемещении элементов, требующих осторожности, поскольку служит амортизатором между манипулятором автомата (или робота) и объектом.

Материал изготовления присоски должен соответствовать материалу, из которого выполнен захватываемый предмет. Присоски, предназначенные для перемещения предметов, требующих осторожности, должны быть сделаны из мягких эластомеров. В свою очередь, присоски для древесины или листового металла изготавливают из более жесткого пластика, при этом они часто адаптированы для работы при повышенных температурах. Мягкий материал присоски естественным образом создает плотное соединение, тогда как твердый требует уплотнения поверхности контакта с перемещаемым объектом, например с помощью эластомера. При выборе материала присоски также учитываются требования стандартов: одни будут использоваться на заводе, производящем металлические детали, а другиев фармацевтической или пищевой промышленности.

Предложение Schmalz включает присоски для любого вида объекта, материала и каждой отрасли промышленности. Их можно использовать для перемещения картонной упаковки, пакетов, пластиковой упаковки и блистеров, пленки, стекла, композитов и т. д. При этом они соответствуют международным стандартам, действующим в пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности, а материалы, используемые для изготовления присосок, не оставляют следов на перемещаемых объектах. Некоторые модели присосок устойчивы к повышенным температурам, вплоть до +600 °C, что весьма актуально при термообработке. Кроме того, компания предлагает многочисленные аксессуары, такие как уплотнительные профили для шероховатых, гладких и текстурированных поверхностей, фланцы, фильтры, уплотнители и поддерживающие элементы.

 

Монтажные элементы

В простейшем варианте одна присоска перемещает один не очень тяжелый предмет, но с помощью набора присосок можно перемещать и крупные, массивные предметы или множество предметов, например все таблетки или печенье из блистера.

Фирма Schmalz предлагает большой выбор аксессуаров, предназначенных для интеграции присосок или специальных захватов с вакуумной системой. Это, например, разнонаправленные шарнирные соединители, которые улучшают контакт между присосками и неровной поверхностью предмета. Для нивелирования эффекта разницы в высоте доступны пружинные компенсаторы (рис. 2). Дополнительным эффектом их использования является осторожное поднятие и опускание предметов. В предложении компании также предусмотрены монтажные наборы для захватов, оснащенные подшипниками. Они предназначены для компенсации разницы в высоте в системах захвата без риска блокирования. Другие подвески, такие как FST-C, применяются для создания устройств, служащих для перемещения покоробленных или погнутых предметов без риска их расслоения (в случае мебельных плит) или повреждения.

Пружинный поршень

Рис. 2. Пружинный поршень

Невозможно перечислить все аксессуары, предлагаемые фирмой Schmalz. Достаточно сказать, что предложение компании включает компоненты, которые можно использовать для создания любого захвата к любому предмету, а опытные специалисты помогут в выборе решений для конкретного применения.

 

Вакуумные генераторы

Даже самый лучший вакуумный захват не пригоден для использования без вакуума, создаваемого, говоря обобщенно, вакуумным генератором. Его функцию может выполнять пневматическая система с эжектором либо же насос или воздуходувка.

Преимуществом пневматических вакуумных генераторов является короткое время от подачи воздуха до создания вакуума и возможность прямой интеграции с манипулятором захвата благодаря небольшим размерам и небольшому весу. Эжекторы (рис. 3), предлагаемые фирмой Schmalz, используют интеллектуальные решения, обеспечивающие контроль энергопотребления и управление процессом. Для использования эжектора необходим источник сжатого воздуха, чей поток создает разрежение. Существуют варианты эжекторов, которые могут быть соединены последовательно для создания многих источников разрежения.

Эжекторы

Рис. 3. Эжекторы

Электрические вакуумные генераторы работают на основе насоса или воздуходувки. Преимущество решений, предлагаемых фирмой Schmalz, заключается в возможности легкой интеграции с манипулятором робота или другим типом захвата, а также встроенной функциональной возможностью регулировки степени разрежения. В отличие от эжектора размеры насоса (рис. 4) обычно не позволяют непосредственно интегрировать его в захват, но существуют решения, разработанные для простой интеграции с манипулятором робота. Чаще всего этот вид генераторов используется, когда нет доступа к источнику сжатого воздуха или требуется высокий вакуум.

Насос для пневматической системы

Рис. 4. Насос

Эжекторы, предлагаемые фирмой Schmalz, имеют разные размеры. Они очень производительны, эффективны, и в них встроен глушитель. Они подходят для систем централизованного или распределенного создания разрежения. Отдельные модели можно соединять последовательноустанавливать непосредственно на провод (трубу) подачи сжатого воздуха. Некоторые имеют встроенные клапаны на входе или выходе, а более сложные оснащены датчиком давления. Дополнительные опции включают функцию экономии сжатого воздуха, управления подачей и процессом захвата. Аксессуары, предлагаемые фирмой Schmalz, могут использоваться для создания компактных терминалов, состоящих максимум из 16 эжекторов, встроенных в один блок.

Электрические вакуумные генераторы от Schmalz не требуют подачи сжатого воздуха. Встроенные интеллектуальные функции управления облегчают соответствующее экономичное использование генератора в приложении. Форма корпуса предрасполагает их, в частности, к приложениям, создаваемым с использованием манипуляторов роботов или стационарного перемещения материалов с использованием коботов, то есть коллаборативных роботов. В электрических генераторах вакуум создается с помощью вакуумного насоса или воздуходувки.

Вакуумные насосы создают высокий вакуум при низкой мощности потока. Компания Schmalz предлагает масляные насосы для сухого хода или с водяным кольцом. Воздуходувки позволяют получить высокую мощность потока при относительно низком создаваемом вакууме. Предложения фирмы Schmalz включают дополнительную функциональную возможность управления скоростью вращения двигателя воздуходувки и электропневматическую систему реверса тяги.

В дополнение к насосам компания предоставляет аксессуары, такие как вакуумные резервуары, блоки управления вакуумом (состоящие из насоса, резервуара, устройства мониторинга и контроллера) и вакуумные блоки (рис. 5), состоящие из эжектора, резервуара, устройства мониторинга и контроллера.

Вакуумный блок

Рис. 5. Вакуумный блок

 

Вакуумные захваты под ключ

Фирма Schmalz проектирует вакуумные захваты под ключ, готовые к монтажу на манипуляторах роботов или автоматах системы захватов. Они предназначены для удовлетворения конкретных потребностей приложения. Системы захватов играют ключевую роль практически во всех отраслях промышленности, обеспечивая высокую продуктивность и надежность производственных процессов.

Сложные системы вакуумных захватов фирмы Schmalz значительно повышают эффективность и надежность автоматических производственных процессоров. Решения включают многослойные и поверхностные системы, а также готовые к монтажу захваты с множеством присосок, которые оптимальны для различных областей автоматики.

 

Клапаны

Клапаны используются для управления вакуумом и сжатым воздухом. Их правильный выбор повышает надежность процесса и эффективность вакуумных систем. Фирма Schmalz предлагает эти элементы во многих видах, адаптированных к конкретным потребностям. В портфолио компании имеются электромагнитные клапаны (с прямым или пневматическим управлением), обратные клапаны и ограничители потока, предназначенные для закрытия вакуумных проводов, ведущих к присоскам, не соприкасающимся с рабочим элементом, клапаны управления, пружинные компенсаторы для механической проверки зоны охвата присосками, обратные клапаны с пружинным возвратным механизмом, используемые для защиты системы в случае отказа вакуумного генератора.

В дополнение к перечисленным (с автоматическим управлением) предложение производителя также включает клапаны с ручным управлением для использования в ручных подъемниках или для аварийного управления воздушным потоком в устройствах автоматики.

 

Фильтры и соединители

Вакуумный захват имеет один недостаток. Это возможность втягивания крошек материала, смазки, капель жидкости и других предметов внутрь вакуумной системы. Для предохранения от таких загрязнений и, таким образом, для защиты от отказа вакуумного генератора, проводов и клапанов используются фильтры.

Для распределения вакуума предлагаются распределители, шланги, соединители и соединения. Это элементы, дополняющие предложение Schmalz, необходимые в каждом вакуумном контуре. Они используются не только для распределения вакуума в системе, но и для соединения присосок с вакуумными генераторами.

 

Датчики и устройства для мониторинга установки

Для обеспечения безаварийной работы вакуумной системы необходимы устройства мониторинга, которые контролируют состояние системы и значение вакуума. Они играют важную роль в безопасности работы системы, а также в ее бесперебойной работе и позволяют заблаговременно обнаруживать потенциальные неисправности. Компания предлагает механические вакуумные переключатели, датчики давления с аналоговым выходом (измерение в диапазоне от –1 до 10 бар), электронные датчики давления, оснащенные дисплеем, с цифровыми выходами PNP и NPN, контроллеры вакуума, редукционные клапаны, сигнальные устройства, а также соответствующие аксессуары, в частности соединители и адаптеры для вакуумных переключателей.

 

Заключение

Создание эффективной вакуумной системы, служащей для манипулирования объектами, предполагает не только знание продуктов, предназначенных для построения этой системы, но и опыт применения. Хотя принцип работы вакуумного захвата нетрудно понять, его практическая реализация требует междисциплинарных знаний и использования соответствующих компонентов.

Типичная система вакуумного захвата включает присоску или их узел, образующий своего рода интерфейс между системой и перемещаемым объектом, монтажные элементы, соответствующий вакуумный генератор для подачи вакуума к присоскам, клапаны или клапанные узлы, переключатели и элементы мониторинга, обеспечивающие безопасное использование, а также дополнительное оборудование — шланги, соединители, фильтры, разветвители и т. д. Все эти компоненты можно найти в предложении фирмы TME, которая является дистрибьютором марки Schmalz. Важно отметить, что, используя решения одной фирмы, мы обеспечиваем беспроблемную реализацию всего приложения, поскольку отдельные элементы совместимы между собой.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *