Isole robotizzate per lavorazioni di alluminio e leghe leggere

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1 Automazione GRANDANGOLO di Davide Passoni Isole robotizzate per lavorazioni di alluminio e leghe leggere L unità di lavorazione Modulo rappresenta il cuore pulsante delle nuove celle di processo SIR. Le celle di processo realizzate dalla SIR si caratterizzano per l elevato grado di integrazione e personalizzazione e riescono a concentrare in un unica area tutte le lavorazioni favorendo una notevole semplificazione della programmazione e i relativi risparmi di tempo L La SIR S.p.A., uno dei più noti system integrator sul panorama internazionale, ha presentato, in occasione della fiera Alumotive 2007 di Modena, soluzioni inedite di automazione robotizzata per le operazioni di lavorazione, manipolazione e assemblaggio di componenti in alluminio e leghe leggere. Le lavorazioni di processo, in particolare la preparazione delle anime, la colata in conchiglia, la sterratura, ma soprattutto la finitura degli elementi, comprensiva di tutte le sottofasi di taglio, smaterozzatura, sbavatura, smerigliatura, lucidatura, rappresentano infatti l applicazione principe della robotica in tale comparto. Per tali operazioni, SIR propone una soluzione dagli alti contenuti innovativi, un isola rivoluzionaria destinata a creare un nuovo standard nei processi di lavorazione automatizzata: la cella Profile. SOLUZIONE STANDARD PER LE LAVORAZIONI DI PROCESSO Racchiuse da una cabina insonorizzata in grado di garantire un elevato comfort ambientale, le celle Profile vantano la possibilità di un elevato grado di personalizzazione e integrazione e si caratterizzano per il layout compatto e modulare. Il robot antropomorfo posto nella zona centrale della cella può essere configurato in base al materiale e alla tipologia degli elementi, con la possibilità di scelta tra differenti payload (portate al polso) e aree d azione. Il cuore pulsante dell applicazione è però rappresentato dal Modulo, una vera e propria unità di lavoro universale recentemente brevettata. Il Modulo consta di una struttura in rotazione su di un asse controllato dal robot, sulla quale è possibile posizionare quattro stazioni operative intercambiabili, ognuna dotata di uno o più utensili. La rotazione del Modulo attorno al proprio asse porta sul fronte dell area di lavoro dell antropomorfo il corretto utensile per l attuale lavorazione, con la possibilità di effettuare addirittura movimenti congiunti al variare del percorso del robot stesso. Le stazioni di lavorazione installate sul Modulo sono inoltre dotate di utensili compensati, in grado di adattarsi ai profili che si discostano dalla definizione nominale, mantenendo altresì costante la pressione di contatto tra l utensile stesso e il componente da lavorare al variare dello spes- 100

2 Le celle di finitura dell azienda modenese si caratterizzano per l elevato grado di integrazione e personalizzazione. Anche nelle lavorazioni più complesse, la programmazione delle celle SIR avviene tramite tecniche di determinazione dei profili e di simulazione comportamentale. delle polveri, i sistemi di trasporto e di raccolta degli sfridi di lavorazione e delle materozze, le canalizzazioni pneumatiche, elettriche e idrauliche sono anch esse limitate a un unica zosore del sovrametallo (presenza di bave o di differenze di fusione). Il vantaggio fondamentale che le celle Profile garantiscono rispetto alle tradizionali isole di processo, dotate di disposizione radiale delle unità attorno all attore principale (il robot), è rappresentato dalla concentrazione in un unica area di tutte le lavorazioni. Questo comporta una notevole semplificazione della programmazione, che avviene in linea di massima sempre con la medesima configurazione degli assi meccanici del robot, in questo coadiuvata dalla presenza di un ulteriore grado di libertà. Il robot si trova inoltre a lavorare in una condizione ottimale, al centro della propria area d azione, garantendo quindi rigidità e minori sollecitazioni dovute agli sforzi dinamici. Gli stessi collettori dell impianto di aspirazione e trattamento Qualità costante, estrema flessibilità ed elevata produttività: sono queste le caratteristiche basilari di una moderna isola di processo. 101

3 GRANDANGOLO Il sistema di visione SIR garantisce la possibilità di realizzare sistemi di alimentazione universali per le più disparate tipologie di elementi. re la produzione: un aspetto di fondamentale importanza in un comparto, quello della lavorazione di processo, dove la programmazione assume un ruolo predominante al fine di garantire un prodotto a qualità elevata e costante, e dove il tempo speso nella stesura dei percorsi ha storicamente rappresentato uno scoglio non indifferente alla diffusione della robotica. Tra le tante applicazioni, le celle Profile sono state recentemente utilizzate per il taglio e la fresatura di innumerevoli getti in alluminio nel comparto automotive, tra cui le pinze freni e i mozzi anteriori delle automobili. L alimentazione avviene in questo caso tramite una tavola rotante universale, con robot guidato al prelievo dal sistema di visione SIR SVS. La possibilità di utilizzare sistemi di alimentazione universali, senza la necessità di riattrezzamenti e personalizzazioni al cambio lotto, mostra come i sistemi di visione siano ormai divenuti uno strumento di Le isole di piantaggio prodotte da SIR assicurano la possibilità di gestire le produzioni a lotto uno, grazie al riattrezzamento automatico delle celle effettuato dagli stessi robot. na, garantendo una notevole semplificazione dell intera cella con conseguente risparmio nei costi, mentre il layout compatto assicura una diminuzione consistente dello spazio occupato, esigenza sempre più sentita nella moderna industria manifatturiera. Sebbene il Modulo garantisca la possibilità di alloggiare differenti utensili in base alle esigenze della specifica applicazione, la configurazione generalmente adottata nelle lavorazioni del settore alluminio e leghe leggere vede la presenza di un disco da taglio (o in alternativa di una sega a nastro), di una o due nastratrici verticali di nuova concezione, dotate di compensazione a pendolo ad alta sensibilità di regolazione, di una o due fresatrici, infine di uno o due pneumomandrini dotati di compensazione radiale (multidirezionale). La programmazione avviene mediante tecniche di determinazione dei profili e di simulazione fuori linea. La soluzione adottata supporta infatti l utilizzo di digitalizzatori per l acquisizione dei percorsi di lavorazione e addirittura sistemi CAD che permettono la programmazione su PC a partire dalla matematica 3D degli elementi da lavorare. Il sistema CAD è inoltre in grado di simulare il comportamento della cella, prima ancora che il programma venga trasferito al robot reale. A differenza dell approccio tradizionale, queste tecnologie di robotica virtuale comportano una diminuzione del tempo di programmazione pari al 70-80%, con il vantaggio che la programmazione stessa avviene in modalità fuori linea, senza quindi arrestare o rallentaimportanza fondamentale nelle celle robotiche di processo. Dopo il prelievo, vista l elevata precisione richiesta nella successiva fase di lavorazione, il robot ispeziona gli elementi tramite una telecamera preposta alla fasatura tridimensionale, al fine di correggere gli eventuali scostamenti nella presa, dovuti al fatto che le griffe afferrano il pezzo su una superficie grezza e di conseguenza non ripetitiva. Le fasi di processo vero e proprio vedono l utilizzo di un disco da taglio per l eliminazione delle materozze e successivamente di una fresa per l asportazione degli attacchi delle stesse. MANIPOLAZIONE: ZOCCOLO DURO DELLA ROBOTICA INDUSTRIALE Sebbene i processi di lavorazione siano una tipologia di applicazione in costante crescita e sviluppo, nel comparto dell alluminio e delle leghe leggere le tradizionali operazioni di manipolazio- 102

4 ne degli elementi, quali il carico e scarico di centri di lavoro, presse di stampaggio a caldo, conchigliatrici, linee di verniciatura e unità di pressofusione, rappresentano ancora lo zoccolo duro della robotica applicata. Tra le ultime realizzazioni di SIR, meritano senz altro un accenno le nuove celle di depalettizzazione radiatori in alluminio, caratterizzati da dimensioni differenti e generalmente impilati su pallet di 20 piani senza l utilizzo di interfalde, secondo schemi predefiniti in base alla lunghezza della stessa unità radiante. La variabilità di posizionamento dei radiatori e il tempo ciclo particolarmente ridotto non hanno permesso l utilizzo di telecamere mobili, prelevabili mediante moduli pinza di aggancio/sgancio rapido, soluzione generalmente adottata dall azienda modenese nella stragrande maggioranza delle applicazioni. L isola in esame vede invece la presenza di 4 unità di ripresa immagine, fissate a una struttura mobile dotata di asse controllato, in grado di posizionarsi all altezza necessaria all acquisizione e localizzazione degli elementi e di riportarsi in posizione di fuori ingombro durante le successive fasi di prelievo da parte del robot antropomorfo. Il sistema di visione, appositamente customizzato per l applicazione in esame, è in grado di eliminare le distorsioni insite nelle singole immagini e di montarle perfettamente in un unica rappresentazione a elevata risoluzione. A causa delle condizioni di basso contrasto tra i piani, l identificazione e il calcolo delle coordinate di presa vedono l utilizzo di software complessi, che prevedono la localizzazione dei fori sugli elementi radianti, successivamente matchati a coppie in base alla lunghezza preimpostata del radiatore. Il successivo prelievo avviene mediante una pinza brevettata a tre elementi indipendenti, in grado di prelevare una terna di radiatori anche con schemi di palettizzazione e tolleranze di accostamento differenti. L ASSEMBLAGGIO ROBOTIZZATO Ma la robotica nel settore dell alluminio non si limita alle operazioni di processo e manipolazione, sebbene queste rappresentino comunque il core FM01 La DZ Trasmissioni Srl da oltre vent anni è in grado di risolvere qualsiasi problema che si presenti su applicazioni industriali ove occorre trasmettere un moto rotatorio di potenza tra alberi disposti perpendicolarmente tra loro. I rinvii angolari serie standard DZ e ZP sono stati progettati per ovviare a queste problematiche. Sono infatti disponibili 9 diverse grandezze, a 2 o 3 uscite, con un rapporto di trasmissione 1/1, 1/2 o 1/3. La dimensione dell azienda e la sua struttura sono tali da poter consentire lo studio e la costruzione di trasmissioni speciali in tempi ristretti, su specifica richiesta del cliente. La DZ Trasmissioni oltre alla produzione standard e speciale destinata prevalentemente al settore industriale, è in grado di operare anche nel settore agricolo solo però per applicazioni ove sia indispensabile una qualità superiore con rotazioni da 2000 a 2600 giri/minuto, anziché i classici 540 giri/minuto che normalmente vengono richiesti in queste automazioni. Per ulteriori notizie, potete interpellare il nostro ufficio tecnico commerciale, in grado di fornire un analisi sempre lucida e corretta ad ogni Vostra richiesta. DZ Trasmissioni s.r.l. Via S. Allende n. 1/F Zola Predosa (BO) ITALY Tel Telefax Internet: info@dztrasmissioni.com readerservice.it n.19833

5 GRANDANGOLO Particolare della fase di piantaggio a interferenza delle sedi e delle guide valvole nelle teste motori a elevate prestazioni. Le operazioni di manipolazione complessa, a volte correlate da opportune lavorazioni di processo, rappresentano ancora lo zoccolo duro della robotica nel settore dell alluminio. Mentre un primo robot posiziona la testa sotto i punzoni della pressa, il secondo antropomorfo presente nella linea alimenta le sedi e le guide sulla pressa stessa, prelevandole da un bagno di azoto liquido preposto al raffreddamento con conseguente restringimento dei componenti: il ciclo viene ovviamente ripetuto per tutte le bocche di aspirazione e scarico. Lo stesso riattrezzaggio al cambio tipo avviene in modalità completamente automatica, grazie al secondo robot che, oltre ad alimentare il bagno d azoto liquido prelevando i corretti componenti da opportune cartucciere e vibroalimentatori, è preposto al cambio punzoni sulla pressa in base al codice modello in ingresso. Una vera e propria produzione a lotto uno quindi, in cui i benefici dell utilizzo della robotica industriale balzano prebusiness del settore. L assemblaggio degli elementi attraverso linee flessibili, caratterizzate da più robot disposti in cascata, in grado di gestire il riattrezzamento automatico e di lavorare a lotti ridotti, idealmente sino al lotto uno, sta progressivamente assumendo un importanza sempre maggiore all interno delle moderne industrie di lavorazione di componenti in alluminio e non solo. Si tratta di applicazioni di notevole difficoltà, sia per la complessità delle operazioni sia per la variabilità dei componenti da assemblare: l integratore è chiamato a progettare e a realizzare tutto il contesto tecnologico della linea, dai sistemi di alimentazione alle macchine ausiliarie dedicate, dai software di supervisione del processo ai sistemi di controllo qualità in linea, spesso realizzati tramite tecnologie di visione artificiale dedicate, atte all analisi dimensionale, superficiale o di corretto assemblaggio. Tra le tante applicazioni, SIR ha recentemente perfezionato i propri sistemi robotizzati flessibili di piantaggio delle sedi e guide valvole per motori in alluminio a elevate prestazioni. Le teste dei motori, alimentate in modalità random su tavola rotante universale, vengono localizzate dal sistema di visione SIR, in grado di identificare modello (tipo) e bancata (destra o sinistra). Dopo il riscaldo delle teste stesse all interno di un apposito forno, si procede al piantaggio delle sedi e delle guide tramite il metodo dell interferenza, utilizzando un apposita pressa progettata e realizzata allo scopo. potentemente agli occhi: diminuzione dei costi, qualità elevata e costante e totale flessibilità nella produzione, prettamente orientata al just in time. L automazione della sequenza di operazioni tecnologiche atte all assemblaggio di componenti complessi rappresenta la sfida della robotica del futuro e il passo fondamentale per giungere alla definizione di veri e propri stabilimenti automatici non solo nel comparto dell alluminio, ma dell industria manifatturiera in generale. readerservice.it n.22 L ingenier Davide Passoni è responsabile Ricerca & Sviluppo di SIR S.p.A. 104