Pinze di presa a vuoto nell’automazione industriale

Spesso nel corso del processo di produzione, il particolare o suoi componenti devono essere manipolati da un luogo all'altro o mantenuti in una determinata posizione. Ad esempio durante l'assemblaggio automatico dei dispositivi elettronici è necessario prelevare i componenti dal magazzino e posizionarli sul circuito stampato. Di situazioni simili ve ne possono essere una moltitudine. Per la manipolazione dei particolari da un luogo all'altro possono essere utilizzate pinze di presa meccaniche, tuttavia si tratta di una soluzione piuttosto difficile da realizzare, non universale e piuttosto dedicata ad un determinato processo, poiché impone la necessità di misurare la forza con cui viene compresso l'oggetto manipolato. Tale imitazione della natura non è facile e pertanto, in molti processi, viene utilizzato un metodo molto più semplice, ma allo stesso tempo caratterizzato da molti vantaggi, la manipolazione dell'oggetto mediante il vuoto. Tra le caratteristiche più importanti di questo tipo di soluzione vi sono la scalabilità e la facilità d'uso.

Sicuramente tutti, anche le persone che ogni giorno non hanno a che fare con l'automazione industriale, comprendono in modo intuitivo cosa significa l'utilizzo del vuoto per la manipolazione di oggetti. La macchina che sfrutta questo metodo utilizza un braccio con un terminale adatto al particolare (o adattatore con una serie di terminali) attraverso il quale viene aspirata l'aria. Questi terminali sono chiamati ventose. L'"aspirazione" avviene mediante la pressione negativa creata mediante una pompa, ed è controllata da una valvola che si apre quando la ventosa entra in contatto con il particolare. La pressione negativa presente a monte della ventosa cerca di aspirare l'oggetto mediante essa, cosa impossibile per via delle dimensioni di quest'ultimo. In questa situazione il particolare svolgerà la funzione di tappo, mantenuto in posizione dalla pressione negativa.

Questo metodo di manipolazione degli oggetti può essere utilizzato in molti modi, poiché la forza con cui viene mantenuto l'oggetto dipende dal valore della pressione negativa e dalla superficie su cui agisce quest'ultima. Di conseguenza, la forza può essere modificata selezionando i suddetti parametri in funzione delle esigenze. Le pinze di presa a vuoto possono essere utilizzate facilmente per trasportare oggetti piani di grande superficie in grado di assicurare una buona adesione delle ventose. Le difficoltà sorgono quando l'oggetto presenta una forma complicata ed è pesante. In tal caso sarà necessario realizzare una ventosa dedicata o una testa dotata di più ventose. Il metodo a vuoto è universale, adatto a diversi oggetti, indipendentemente dai materiali con cui questi sono realizzati. È importante sottolineare che questo metodo non influisce sulle proprietà degli oggetti manipolati, a differenza ad es. delle pinze di presa magnetiche, che possono causare la magnetizzazione secondaria degli oggetti metallici.

Il metodo a vuoto presenta due vantaggi, già menzionati all'inizio di questo articolo. In primo luogo, è la facilità d'uso e la comprensione del principio di funzionamento. Queste caratteristiche non creeranno problemi al costruttore di macchine o ai reparti di manutenzione preventiva. In secondo luogo, questa soluzione è facilmente scalabile. Ossia può essere utilizzata per trasportare elementi in miniatura come ingranaggi di orologi o componenti elettronici SMD, così come di grandi dimensioni come ad es. componenti di automobili destinati all'assemblaggio sulla linea di montaggio, lastre di lamiera, tavole o elementi di mobili.

Uno dei più importanti produttori di accessori per pinze di presa a vuoto è il gruppo internazionale Schmalz, con sede centrale in Germania. La sua vasta gamma di prodotti per l'automazione comprende tutti i componenti necessari per costruire l'intera pinza di presa. Tuttavia la costruzione della pinza di presa, anche se può sembrare facile, può condurre a dover risolvere alcuni problemi. Ecco perché la Schmalz offre assistenza nella scelta dei componenti adatti alle proprie esigenze, e offre persino progetti di sistemi a vuoto "chiavi in mano". Non a caso l'azienda vanta conoscenze acquisite direttamente o indirettamente grazie all'enorme numero di applicazioni implementate da clienti provenienti da diversi settori, e utilizzate per manipolare oggetti realizzati con differenti materiali.

L'approccio al cliente, l'innovazione, l'eccellente qualità dei prodotti e le competenze di consulenza complete rendono la Schmalz il leader di mercato nell'automazione a vuoto. Nella sede centrale dell'azienda in Germania e nei 19 stabilimenti, circa 1.500 dipendenti producono componenti destinati alle pinze di presa a vuoto, compresi componenti destinati a gru azionate a mano e per il fissaggio di particolari legno o metallo durante la lavorazione. Nell'offerta dell'azienda troveremo tutto il necessario per realizzare una pinza di presa a vuoto perfettamente funzionante. L'ottima qualità dei prodotti e la gestione dell'azienda sono confermati da numerosi certificati. Tra questi ultimi possiamo elencare: DIN ISO 9001 (gestione della qualità) dal 1994, DIN ISO 14001 (gestione ambientale) dal 1997, DIN ISO 50001 (gestione dell'energia) dal 2012.

Ventose

La ventosa è uno degli elementi più importanti della pinza di presa a vuoto e, allo stesso tempo costituisce la sua parte più delicata e vulnerabile. Il suo compito è quello di garantire un'adesione stagna con l'oggetto e mantenere l'oggetto durante la manipolazione mediante la pressione negativa. I danni il più delle volte si verificano direttamente a contatto con l'oggetto manipolato, che può presentare superfici ruvide, può avere una temperatura elevata e a volte può essere contaminato con alcuni agenti chimici utilizzati durante la produzione.

Come ben sappiamo, il dispositivo è tanto vulnerabile, quanto lo è il suo elemento più debole. Pertanto dalla scelta della ventosa e dei materiali con cui questa è realizzata, dipende il funzionamento efficiente e senza problemi del sistema nel processo di produzione.

Gli specialisti dell'azienda Schmalz ne sono ben consapevoli. L'azienda offre una vasta gamma di ventose, realizzate con una varietà di materiali durevoli, progettate per soddisfare le esigenze specifiche di diversi profili di produzione. La maggior parte delle ventose sono realizzate con elastomeri speciali. Non senza importanza è il fatto che queste siano dotate di raccordi che consentono una sostituzione rapida, ciò facilita la manutenzione o l'adeguamento delle linee ai nuovi particolari.

Le ventose possono essere suddivise in base alla loro forma o al tipo di materiale trasportato. In poche parole, possiamo dire che la forma della ventosa dipende dalla forma dell'oggetto trasportato. Le ventose rotonde sono adatte per la manipolazione di oggetti di forma regolare o per la costruzione di gruppi composti da più ventose e adattatori. Le ventose ovali sono utili per manipolare oggetti lunghi e stretti. Molte ventose sono dotate di soffietto, che svolge una doppia funzione. In primo luogo, questo elemento compensa le differenze dell'altezza alla quale le ventose verranno applicate sull'oggetto; cosa importante durante lo spostamento di oggetti di diverse altezze, orientati in modi diversi, con aree convesse o concave. In secondo luogo, i soffietti sono utili anche per la manipolazione di elementi delicati, in quanto svolgono la funzione di ammortizzatore tra il braccio della macchina (o robot) e l'oggetto stesso.

Il materiale con cui è realizzata la ventosa deve essere appropriato per il materiale con cui è realizzato l'oggetto prelevato. Le ventose progettate per la manipolazione di oggetti delicati devono essere realizzate con elastomeri morbidi. Le ventose per legno o lamiera, a loro volta, sono realizzate con materiali più duri, e allo stesso tempo spesso destinati per l'impiego a temperature elevate. Il materiale morbido della ventosa crea naturalmente un collegamento a tenuta stagna, mentre materiali duri necessitano che la superficie di contatto con l'oggetto manipolato venga sigillata, ad es. tramite l'impiego di un elastomero. Durante la scelta del materiale delle ventose inoltre entrano in gioco i requisiti normativi; determinati materiali potranno utilizzati in stabilimenti che producono parti metalliche, altri in stabilimenti farmaceutici o nell'industria alimentare.

Nell'offerta del marchio Schmalz troveremo ventose adatte per ogni tipo di oggetto, materiale e settore dell'industria. Queste possono essere utilizzate per la manipolazione di imballaggi di cartone, sacchetti, imballaggi in plastica e blister, pellicole, vetro, compositi, ecc. In tal modo, soddisfano le norme internazionali vigenti nel settore alimentare e farmaceutico e in altri settori, ed i materiali utilizzati per la costruzione delle ventose non lasciano alcuna traccia sugli oggetti manipolati. Alcuni modelli di ventose resistono a temperature elevate, fino a 600°C, questi risulteranno utili per l'impiego in processi dove sono presenti trattamenti termici. Inoltre l'azienda offre numerosi accessori come profili di tenuta per superfici ruvide, lisce e strutturate, flange, filtri, inserti di tenuta ed elementi portanti.

Elementi di montaggio

Nella variante più semplice, una singola ventosa manipola un unico oggetto non molto pesante; tuttavia con l'aiuto di un gruppo di ventose è possibile trasportare oggetti grandi e massicci o più oggetti, ad es. tutte le compresse o i biscotti dal blister.

L'azienda Schmalz offre una vasta gamma di accessori destinati all'integrazione di ventose o pinze di presa speciali nel sistema a vuoto. Ad esempio si tratta di raccordi snodati, multidirezionali, che consentono un miglioramento del contatto tra le ventose e la superficie irregolare dell'oggetto. I compensatori a molla sono disponibili per compensare eventuali differenze di altezza. Il loro utilizzo consente un sollevamento e un abbassamento delicato degli oggetti. Nell'offerta dell'azienda troveremo anche kit di montaggio per pinze di presa dotate di cuscinetti. Questi kit sono progettati per compensare la differenza di altezza nei sistemi di pinza di presa, senza il pericolo di un blocco. Altri sistemi di sospensione, come ad es. il FST-C, vengono utilizzati per costruire dispositivi per la manipolazione di oggetti storti o piegati, senza il pericolo di uno scollamento degli strati (nel caso delle lastre di mobili) o di danneggiamento.

È impossibile elencare tutti gli accessori offerti dalla Schmalz. È sufficiente dire che l'offerta dell'azienda include componenti mediante cui è possibile realizzare qualsiasi pinza di presa, per qualsiasi oggetto; professionisti esperti vi aiuteranno nella scelta di soluzioni appropriate per un'applicazione specifica.

Generatori di vuoto

Anche la pinza di presa a vuoto meglio costruita non è adatta per l'uso senza il vuoto prodotto da un generatore di vuoto. Questa funzione può essere svolta da un sistema pneumatico con un eiettore, da una pompa o da un soffiatore.

Il vantaggio dei generatori a vuoto pneumatici è il breve tempo che passa dall'alimentazione con aria al momento del raggiungimento della pressione negativa; le loro piccole dimensioni e il peso contenuto consentono l'integrazione direttamente sul braccio della pinza di presa. I modelli di eiettori offerti dalla Schmalz sono dotati di soluzioni intelligenti per controllare il consumo energetico e consentire il controllo del processo. L'utilizzo di un eiettore richiede una fonte d'aria compressa, il cui passaggio crea il vuoto. Esistono varianti di eiettori che possono essere collegati in serie, per formare più fonti di vuoto.

I generatori di vuoto elettrici funzionano mediante l'impiego di una pompa o di un soffiatore. Il vantaggio delle soluzioni offerte dalla Schmalz è la capacità di una loro facile integrazione nel braccio del robot o in un altro tipo di pinza di presa e la funzione integrata di regolazione del valore del vuoto. A differenza dell'eiettore, le dimensioni della pompa di solito non consentono una diretta integrazione nella pinza di presa, tuttavia esistono soluzioni progettate per una facile integrazione nel braccio del robot. Molto spesso questo tipo di generatore viene utilizzato quando non vi è accesso ad una fonte di aria compressa o quando sono necessari elevati valori di vuoto.

Gli eiettori offerti dall'azienda Schmalz presentano dimensioni differenti. Sono molto efficienti, affidabili e dispongono di uno smorzatore integrato. Sono adatti per l'impiego nei sistemi di generazione del vuoto centralizzati o distribuiti. Modelli selezionati possono essere collegati in serie, consentendone il montaggio direttamente sulla linea (tubo) che adduce l'aria compressa. Alcuni di essi dispongono di valvole integrate all'uscita o alla mandata; mentre quelle più complessi sono dotati di un sensore di pressione. Un'opzione aggiuntiva è costituita dalla funzione di risparmio dell'aria compressa, nonché di gestione dell'alimentazione e del processo di prelievo del particolare. Gli accessori offerti dall'azienda Schmalz consentono la costruzione di terminali compatti con un massimo di 16 eiettori incorporati in un unico blocco.

I generatori di vuoto elettrici offerti dalla Schmalz non necessitano di alimentazione con aria compressa. Le funzioni di controllo intelligente integrate facilitano l'utilizzo corretto ed economico del generatore nell'applicazione. La forma dell'alloggiamento predispone questi ultimi soprattutto per applicazioni dove sono previsti bracci robotizzati o la manipolazione stazionaria di materiali con l'utilizzo di cobot, ossia robot collaborativi. Nei generatori di vuoto elettrici, il vuoto viene prodotto tramite una pompa a vuoto o un soffiatore.

Le pompe a vuoto generano una pressione negativa di elevato valore, con flusso contenuto. L'azienda Schmalz offre pompe lubrificate a olio, per il funzionamento a secco o con anello liquido. I soffiatori consentono il raggiungimento di un flusso elevato ad un valore relativamente basso di vuoto prodotto. Le soluzioni offerte dalla Schmalz includono la funzione opzionale di gestione della velocità del motore del soffiatore e l'inversione elettropneumatica della direzione.

Inoltre l'azienda per le proprie pompe fornisce accessori come ad es. serbatoi a vuoto, centraline del vuoto (costituite da pompa, serbatoio, dispositivo di monitoraggio e centralina) e unità a vuoto costituite da eiettore, serbatoio, dispositivo di monitoraggio e centralina.

Pinze di presa a vuoto "chiavi in mano"

L'azienda Schmalz progetta sistemi di pinze di presa "chiavi in mano", pronti per l'installazione su bracci di robot o sistemi automatici. Questi vengono progettati per soddisfare le esigenze specifiche di una determinata applicazione. I sistemi di pinze di presa svolgono un ruolo chiave in quasi tutti i settori dell'industria, assicurano un'elevata efficienza e affidabilità dei processi produttivi.

I sistemi di pinze di presa a vuoto complessi dell'azienda Schmalz aumentano significativamente l'efficienza e l'affidabilità dei processori di produzione automatizzati. Le soluzioni includono sistemi a strati e superficiali, nonché pinze di presa multi-ventosa pronte per l'installazione, ideali per una varietà di settori dell'automazione.

Valvole

Le valvole vengono utilizzate per controllare il vuoto e l'aria compressa. La loro corretta scelta aumenta l'affidabilità del processo e l'efficienza dei sistemi a vuoto. L'azienda Schmalz offre questi elementi in una varietà di tipi, a misura di esigenze specifiche. Nel portafoglio dell'azienda sono disponibili valvole a solenoide (controllate direttamente o pneumaticamente), valvole di ritegno e limitatori di flusso progettati per la chiusura dei condotti a vuoto che conducono alle ventose non a contatto con il particolare, valvole di controllo, compensatori a molla per la verifica meccanica dell'area di copertura della ventosa, valvole unidirezionali con meccanismo di ritorno a molla, utilizzate per proteggere il sistema in caso di guasto del generatore di vuoto.

Oltre alle valvole elencate (controllate automaticamente) disponibili nell'offerta del produttore, sono disponibili valvole azionate manualmente, per l'utilizzo in sollevatori manuali o per il controllo del flusso d'aria di emergenza nei dispositivi di automazione.

Filtri e raccordi

La pinza di presa a vuoto presenta un inconveniente. Tale inconveniente è costituito dalla possibilità di aspirazione all'interno del sistema a vuoto di particelle di materiale, grasso, gocce di liquidi e altri oggetti. Per proteggersi da tale sporco, e pertanto per prevenire il guasto del generatore di vuoto, dei condotti e delle valvole, vengono utilizzati dei filtri.

Per la distribuzione del vuoto vengono utilizzati splitter, tubi flessibili, raccordi e giunti. Si tratta di elementi complementari dell'offerta del marchio Schmalz, necessari in qualsiasi circuito del vuoto. Questi vengono utilizzati non solo per distribuire il vuoto all'interno del sistema, ma anche per collegare le ventose ai generatori di vuoto.

Sensori e dispositivi per il monitoraggio dell'impianto

Per garantire un funzionamento efficiente del sistema a vuoto sono necessari dei dispositivi di monitoraggio, controllo dello stato del sistema e del valore del vuoto. Questi hanno una grande importanza per il funzionamento sicuro del sistema, così come per il suo funzionamento senza guasti e consentono il rilevamento precoce di possibili guasti. L'offerta dell'azienda comprende: interruttori a vuoto meccanici, sensori di pressione con uscita analogica (misurazione nella gamma da -1 a 10 bar), sensori di pressione elettronici dotati di display, dotati di uscite digitali PNP e NPN, centraline del vuoto, valvole di riduzione, dispositivi di allarme, nonché accessori adatti come raccordi e adattatori per interruttori a vuoto.

Per concludere

La creazione di un sistema a vuoto efficiente per la manipolazione degli oggetti richiede non solo la conoscenza dei prodotti destinati alla costruzione di tale sistema, ma anche esperienza applicativa. Anche se non è difficile capire il principio di funzionamento della pinza di presa a vuoto, la sua realizzazione in pratica richiede conoscenze interdisciplinari e l'uso di componenti appropriati.

Un tipico sistema di pinza di presa a vuoto è costituito da: ventosa o gruppo di ventose che creano una sorta di interfaccia tra il sistema e l'oggetto da trasportare, elementi di montaggio, un generatore di vuoto appropriato che alimenti le ventose, valvole o gruppi di valvole, interruttori e elementi di monitoraggio che garantiscono un utilizzo sicuro, nonché accessori come tubi, raccordi, filtri, splitter e altri ancora. Tutti questi componenti sono disponibili nell'offerta della TME, distributore del marchio Schmalz. È importante sottolineare che, utilizzando le soluzioni di una sola azienda, potremo contare su un'implementazione senza problemi nell'applicazione, perché i singoli elementi coopereranno tra di loro.