Le préhenseur à vide ne tient plus : le nouveau carton comme cause

Un préhenseur à vide produit soudainement des erreurs de préhension après le changement de carton. La cause est presque toujours la même : la nouvelle surface assure une moins bonne étanchéité ou laisse passer plus d'air. Le système de vide existant ne développe alors plus assez de force de maintien. La porosité, le revêtement et la rigidité du carton ondulé déterminent si le préhenseur à vide correspond encore à l'emballage.

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Pourquoi le nouveau carton bloque le préhenseur

La réponse courte à la question du titre : un préhenseur à vide est un effecteur terminal qui maintient les cartons par dépression. La dépression dans la ventouse multipliée par la surface étanchéifiée produit une force qui dépasse le poids du carton. Si la dépression chute à cause des fuites, la force de maintien chute avec elle. C'est exactement ce qui se produit quand un changement de fournisseur ou un nouvel emballage modifie la surface.

3 propriétés du nouveau carton sont les déclencheurs habituels :

1. Un carton ondulé plus poreux. L'air s'infiltre à travers le matériau. La fuite augmente, la dépression s'effondre. Le carton recyclé sans revêtement est typiquement plus poreux que le carton couché et est considéré comme difficile à préhenser.
2. Un revêtement différent. Un vernis ou un scellement peut soudain rendre un carton difficile facile à préhenser. Si un revêtement habituel manque, c'est l'inverse : un carton étanche devient poreux.
3. Une rigidité modifiée. Une couche de couverture plus souple est aspirée dans la ventouse, se déforme et ouvre des points de fuite au bord de la lèvre d'étanchéité.

La fuite est le flux d'air qui s'infiltre dans la ventouse à travers un matériau poreux ou des points non étanches. Décisif pour le fonctionnement en équipes : la fuite varie d'un carton à l'autre, même au sein de la même qualité. C'est pourquoi l'installation fonctionne au test et refuse le service plus tard en production réelle.

Les cartons poreux demandent du débit, pas une dépression profonde

Le débit est le volume d'air par minute que la génération de vide déplace. L'erreur de raisonnement la plus fréquente en cas d'erreurs de préhension est l'hypothèse qu'une dépression plus profonde produirait plus de force de maintien. Sur carton ondulé poreux, ce n'est pas vrai : un vide de consigne plus élevé ne crée aucune force de maintien supplémentaire, car la fuite limite le niveau atteignable. Dès que l'air s'infiltre à travers le carton, la génération de vide doit remplacer ce débit pour maintenir le niveau.

Piab décrit comme principe que les matériaux poreux exigent un débit élevé plutôt qu'une dépression profonde. Pour le carton ondulé, OnRobot recommande explicitement un niveau de vide bas, par exemple 20 %, car un niveau élevé ne produit aucune force de levage supplémentaire.

Une mesure de terrain sur des installations de manutention de carton ondulé, décrite par Piab, a révélé jusqu'à 43 % de surdimensionnement de la génération de vide, parce que le dimensionnement conventionnel vise le cas le plus défavorable. La génération est donc surdimensionnée par rapport au carton moyen et reste néanmoins le goulot d'étranglement sur le plus fuyard. Les ordres de grandeur montrent pourquoi. Un éjecteur compact comme le SCPLi de Schmalz fournit jusqu'à 1 140 litres par minute de capacité d'aspiration. Un préhenseur à génération électrique intégrée comme le VGP20 d'OnRobot atteint 48 litres par minute. Plus le carton est poreux, plus la génération doit fournir de capacité d'aspiration.

L'effet de la fuite peut être réduit mécaniquement, sans modifier le carton :

• Des lignes plus courtes. La génération de vide directement sur la ventouse élimine les pertes d'écoulement dans les longs flexibles.
• Des sections plus généreuses. Pour les pièces perméables, le fabricant de pneumatique SMC recommande des sections de ligne plus importantes et des éjecteurs à haute capacité d'aspiration.
• Des circuits d'aspiration déconnectables. Une vanne de régulation de flux est une vanne qui bloque automatiquement une ventouse non étanche. Des modèles comme le SVK de Schmalz ou piSAVE sense de Piab isolent chaque ventouse qui n'étanchéifie pas. Une seule ventouse fuyarde au bord du carton ne fait alors plus chuter le vide de toute la surface.

3 réglages : ventouse, joint, génération de vide

Quand le préhenseur à vide produit des erreurs de préhension après un changement de carton, 3 réglages sont disponibles. L'ordre est voulu : d'abord le composant bon marché, la génération en dernier.

1. La ventouse. La lèvre d'étanchéité est le bord souple de la ventouse qui étanchéifie la surface de contact contre le carton. Les ventouses à soufflet compensent les différences de hauteur et les surfaces irrégulières, car le soufflet se pose avant que la lèvre d'étanchéité ne se ferme. Un cas pratique de l'industrie de l'emballage montre l'effet. Chez Smurfit Kappa, l'installation existante perdait sporadiquement des cartons perforés, et les ventouses à soufflet s'usaient fortement. La solution du spécialiste des ventouses Fipa : des ventouses à soufflet à lèvre d'étanchéité souple et corps stable, combinées à des boîtiers d'éjecteurs de haute capacité d'aspiration. Les ventouses à soufflet spécialisées dans la manutention de cartons comme le BCP de Piab travaillent avec une course d'environ 25 mm, qui compense les variations de hauteur. La lèvre d'environ 40 mm de diamètre étanchéifie même sur des surfaces légèrement poussiéreuses.

2. Le joint. Un préhenseur de surface est un préhenseur à vide avec une grande surface de contact et une mousse d'étanchéité au lieu de ventouses individuelles. Il couvre des tailles de cartons variables avec un seul outil. La mousse d'étanchéité s'adapte à la surface et étanchéifie les petites irrégularités. La série de préhenseurs de surface FMP de Schmalz est explicitement conçue pour les pièces fortement poreuses. L'effet pratique est illustré par la cellule de palettisation chez Seeberger. Le préhenseur de surface FXCB de Schmalz qui y est utilisé couvre toutes les tailles de cartons présentes avec un seul outil. Les détails figurent dans la case study Seeberger.

3. La génération de vide. Si la ventouse et le joint ne suffisent pas, l'installation a besoin de plus de capacité d'aspiration ou d'une génération décentralisée sur le préhenseur. Les éjecteurs multi-étagés selon le principe COAX de Piab fournissent jusqu'à 3 fois plus de flux de vide que les systèmes conventionnels. Effet secondaire : la consommation d'énergie baisse avec le niveau. L'abaissement de la dépression de −65 à −55 kPa économise 25 à 30 % d'énergie selon le fabricant.

Comment tester le nouveau carton avant la conversion

Un test de préhension est un essai d'aspiration sur l'installation réelle avec le carton réel. Un test de préhension fiable suit 5 règles. Le test de préhension a lieu avant toute conversion de la production vers un nouveau carton. Pour les pièces perméables, le fabricant de pneumatique SMC impose un essai d'aspiration sur l'installation réelle avec la pièce réelle. La raison : selon la génération, le vide de consigne n'est pas atteint en fonctionnement. OnRobot le formule plus brièvement : le moyen le plus simple de vérifier si un carton est assez étanche est le test avec le préhenseur.

1. Testez avec le nouveau carton, pas avec l'ancien. Demandez des cartons d'échantillon au nouveau fournisseur avant que le lot n'arrive en production.
2. Testez des cartons vieillis. Les échantillons frais sont plus lisses et plus rigides que les cartons après des semaines d'entreposage. Les tests de préhension avec des échantillons neufs ignorent exactement les propriétés qui produisent des erreurs de préhension plus tard.
3. Testez au bord du spectre. Le test doit inclure le carton le plus lourd, le lot le plus souple et la position de préhension la plus défavorable. La pièce moyenne ne suffit pas comme carton de test.
4. Mesurez la fuite, pas seulement le résultat. Les préhenseurs avec interface IO-Link (interface capteur série) fournissent le taux de fuite et rendent visibles l'usure des ventouses et les fuites avant que les cartons ne tombent.
5. Documentez les limites. Les variantes de cartons que le préhenseur tient de manière sûre appartiennent à la documentation de l'installation. Le prochain changement d'emballage est alors vérifié contre une liste au lieu de l'intuition.

Certains fournisseurs soutiennent de tels essais avec des composants de prêt. Piab met, selon ses propres indications, des composants de test à disposition pour les projets clients. Pour le choix de nouveaux préhenseurs, le regard sur l'assortiment aide : 35 préhenseurs à vide figurent sur la marketplace, des ventouses à soufflet aux préhenseurs de surface à mousse d'étanchéité. Ce que coûtent les modèles est expliqué dans l'article sur les prix des bonnes pinces robotisées.

Dimensionner correctement force de maintien et facteur de sécurité

La force de maintien statique suit la formule F = Δp × A avec 2 grandeurs : la pression différentielle en pascals multipliée par la surface de ventouse effective en mètres carrés donne la force en newtons. Pour les cycles en mouvement avec accélération et force latérale, Schmalz étend le calcul. La masse, la gravité et l'accélération s'ajoutent, ainsi qu'un coefficient de friction entre la ventouse et le carton. Le coefficient de friction doit provenir d'un essai, les tableaux ne donnent que des valeurs indicatives. SMC indique 0,1 pour les surfaces huilées, 0,2 à 0,3 pour les surfaces humides, 0,5 pour le bois, le métal et le verre et 0,6 pour les surfaces rugueuses.

Le facteur de sécurité est un multiplicateur appliqué à la force de maintien calculée, qui amortit la poussière, le vieillissement et les variations de lot. Sur le facteur de sécurité, les fabricants se contredisent :

Selon la source et le cas de charge, les recommandations vont ainsi de 1,5 à 4,0, et dans la sélection d'appareils de SMC jusqu'à 8,0 pour le levage vertical. Pour les pièces poreuses, Schmalz et SMC indiquent au moins 2,0. La documentation du fabricant du préhenseur fait foi. Celui qui dimensionne avec le plus petit facteur admissible n'a, en fonctionnement en équipes, aucune réserve pour la poussière, le vieillissement de la lèvre d'étanchéité et les lots souples. Les liens entre préhenseur, cadence et performance de l'installation sont traités dans l'article sur le débit des robots de palettisation.

Questions fréquentes

Pourquoi un préhenseur à vide tient-il moins bien sur carton recyclé ?

Le carton recyclé sans revêtement est typiquement plus poreux que le carton couché. L'air s'infiltre à travers le matériau, la fuite augmente et la dépression dans la ventouse s'effondre. La force de maintien tombe sous le poids du carton, et le préhenseur laisse tomber la boîte ou arrête le cycle.

Une dépression plus profonde apporte-t-elle plus de force de maintien sur carton ondulé ?

Non. Sur les cartons poreux, la fuite limite le niveau de vide atteignable, un vide de consigne plus élevé n'apporte donc aucune force de maintien supplémentaire. Ce qui compte, c'est une capacité d'aspiration élevée de la génération de vide, qui remplace la fuite. OnRobot recommande explicitement des niveaux de vide bas pour le carton ondulé, par exemple 20 %.

Quelle est la différence entre ventouse à soufflet et préhenseur de surface ?

Une ventouse à soufflet est une ventouse flexible individuelle dont le soufflet compense les différences de hauteur et les surfaces irrégulières. Un préhenseur de surface combine une plus grande surface de contact avec une mousse d'étanchéité et manutentionne des tailles de cartons variables avec un seul outil. Les ventouses à soufflet conviennent aux cartons individuels à positions variables, les préhenseurs de surface aux formats mixtes et aux couches complètes.

Le préhenseur doit-il être adapté à chaque changement de carton ?

Pas à chaque fois. Si le nouveau carton reste dans les limites pour lesquelles la ventouse, le joint et la génération de vide sont dimensionnés, un test de préhension suffit pour confirmer. Les composants ne sont remplacés que si la porosité, le revêtement ou le poids se situent hors de ces limites. Un test de préhension documenté par variante de carton répond à la question de l'adaptation avant la conversion.

Puis-je calculer moi-même la force de maintien de mon préhenseur ?

La force de maintien statique se calcule comme pression différentielle multipliée par la surface de ventouse effective, F = Δp × A. Pour les cycles en mouvement s'ajoutent la masse, l'accélération, le coefficient de friction et un facteur de sécurité, que les fabricants indiquent différemment. Le calcul ne remplace pas l'essai d'aspiration sur le carton réel, il ne dimensionne que le point de départ.

Quand un réglage suffit-il, quand le préhenseur doit-il être remplacé ?

Un réglage suffit quand le nouveau carton redevient préhensible de manière sûre avec les 3 réglages : autre ventouse, autre joint, plus de capacité d'aspiration. Le préhenseur est remplacé quand même cela ne suffit pas, par exemple parce que le modèle ne correspond pas à la taille du carton ou au poids. Le test de préhension avec des cartons d'échantillon montre quel niveau est nécessaire.