Chwytak próżniowy nie trzyma: przyczyną nowy karton

Chwytak próżniowy po wymianie kartonów nagle zaczyna generować błędy chwytania. Przyczyna jest niemal zawsze ta sama: nowa powierzchnia uszczelnia gorzej lub przepuszcza więcej powietrza. Dotychczasowy system próżniowy nie wytwarza wtedy wystarczającej siły trzymania. Porowatość, powłoka i sztywność tektury falistej decydują, czy chwytak próżniowy nadal pasuje do opakowania.

Czas czytania: około 8 minut

Dlaczego nowy karton zatrzymuje chwytak

Krótka odpowiedź na pytanie z tytułu: chwytak próżniowy to efektor końcowy, który trzyma kartony za pomocą podciśnienia. Podciśnienie w przyssawce pomnożone przez uszczelnioną powierzchnię wytwarza siłę przekraczającą ciężar kartonu. Jeśli podciśnienie spada z powodu nieszczelności, siła trzymania spada razem z nim. Dokładnie to dzieje się, gdy zmiana dostawcy lub nowe opakowanie zmienia powierzchnię.

3 właściwości nowego kartonu są typowymi przyczynami:

1. Bardziej porowata tektura falista. Powietrze przedostaje się przez materiał. Nieszczelność rośnie, podciśnienie załamuje się. Karton z recyklingu bez powłoki jest zazwyczaj bardziej porowaty niż karton powlekany i uchodzi za trudny do chwytania.
2. Inna powłoka. Lakier lub zabezpieczenie może nagle sprawić, że trudny karton staje się łatwy do chwytania. Jeśli brakuje przyzwyczajonej powłoki, działa to odwrotnie: ze szczelnego kartonu powstaje porowaty.
3. Zmieniona sztywność. Miękka warstwa wierzchnia wciąga się przy zasysaniu do przyssawki, odkształca się i otwiera miejsca nieszczelności na krawędzi wargi uszczelniającej.

Nieszczelność to przepływ powietrza, które przedostaje się do przyssawki przez porowaty materiał lub nieszczelne miejsca. Istotne dla pracy zmianowej: nieszczelność zmienia się od kartonu do kartonu, nawet w obrębie tej samej jakości. Dlatego instalacja działa podczas testu, a później odmawia posłuszeństwa w bieżącej produkcji.

Porowate kartony potrzebują wydajności ssania, nie głębokiej próżni

Wydajność ssania to ilość powietrza na minutę, którą przemieszcza generacja próżni. Najważniejszym błędem myślowym przy błędach chwytania jest założenie, że większe podciśnienie da większą siłę trzymania. Na porowatej tekturze falistej to nieprawda: wyższa wartość zadana próżni nie wytwarza dodatkowej siły trzymania, ponieważ nieszczelność ogranicza osiągalny poziom. Gdy tylko powietrze przedostaje się przez karton, generacja próżni musi zastąpić ten przepływ, aby w ogóle utrzymać poziom.

Piab opisuje jako zasadę, że materiały porowate potrzebują wysokiej wydajności ssania zamiast głębokiego podciśnienia. Dla tektury falistej OnRobot wyraźnie zaleca niski poziom próżni, na przykład 20 %, ponieważ wysoki poziom nie wytwarza dodatkowej siły podnoszenia.

Pomiar terenowy na instalacjach do obróbki tektury falistej, opisany przez Piab, wykazał do 43 % przewymiarowania generacji próżni, ponieważ konwencjonalnie dobiera się ją na najgorszy przypadek. Generacja jest więc przewymiarowana względem przeciętnego kartonu, a mimo to pozostaje wąskim gardłem przy najbardziej nieszczelnym. Rząd wielkości pokazuje dlaczego. Kompaktowy eżektor taki jak SCPLi firmy Schmalz dostarcza do 1 140 litrów na minutę wydajności ssania. Chwytak ze zintegrowaną elektryczną generacją, jak VGP20 firmy OnRobot, osiąga 48 litrów na minutę. Im bardziej porowaty karton, tym więcej wydajności ssania musi zapewnić generacja.

Skutek nieszczelności można zmniejszyć konstrukcyjnie, bez zmiany kartonu:

• Krótsze przewody. Generacja próżni bezpośrednio przy przyssawce eliminuje straty przepływu w długich wężach.
• Większe przekroje. Producent pneumatyki SMC zaleca przy przepuszczalnych przedmiotach bardziej hojne przekroje przewodów i eżektory o wysokiej wydajności ssania.
• Odcinane obwody ssące. Zawór regulacji przepływu to zawór, który automatycznie blokuje nieszczelną przyssawkę. Modele takie jak SVK firmy Schmalz lub piSAVE sense firmy Piab odcinają każdą przyssawkę, która nie uszczelnia. Pojedyncza nieszczelna przyssawka na krawędzi kartonu nie powoduje wtedy załamania próżni całej powierzchni.

3 elementy regulacji: przyssawka, uszczelka, generacja próżni

Gdy chwytak próżniowy po wymianie kartonu generuje błędy chwytania, dostępne są 3 elementy regulacji. Kolejność jest zamierzona: najpierw tani komponent, na końcu generacja.

1. Przyssawka. Warga uszczelniająca to miękki brzeg przyssawki, który uszczelnia powierzchnię styku z kartonem. Przyssawki mieszkowe kompensują różnice wysokości i nierówne powierzchnie, ponieważ mieszek układa się, zanim warga uszczelniająca się zamknie. Przypadek praktyczny z branży opakowaniowej pokazuje działanie. W Smurfit Kappa istniejąca instalacja sporadycznie gubiła perforowane kartony, a przyssawki mieszkowe mocno się zużywały. Rozwiązanie specjalisty od przyssawek Fipa: przyssawki mieszkowe z miękką wargą uszczelniającą i stabilnym korpusem, w połączeniu z skrzynkami eżektorowymi o wysokiej wydajności ssania. Przyssawki mieszkowe wyspecjalizowane w obsłudze kartonów, jak BCP firmy Piab, pracują ze skokiem około 25 mm, który kompensuje różnice wysokości. Warga o średnicy około 40 mm uszczelnia nawet na lekko zapylonych powierzchniach.

2. Uszczelka. Chwytak powierzchniowy to chwytak próżniowy z dużą powierzchnią styku i pianką uszczelniającą zamiast pojedynczych przyssawek. Obsługuje zmienne rozmiary kartonów jednym narzędziem. Pianka uszczelniająca dopasowuje się do powierzchni i uszczelnia drobne nierówności. Seria chwytaków powierzchniowych FMP firmy Schmalz jest wyraźnie zaprojektowana dla silnie porowatych przedmiotów. Praktyczne działanie pokazuje celę paletyzująca w Seeberger. Zastosowany tam chwytak powierzchniowy FXCB firmy Schmalz obsługuje wszystkie występujące rozmiary kartonów jednym narzędziem. Szczegóły w case study Seeberger.

3. Generacja próżni. Jeśli przyssawka i uszczelka same nie wystarczą, instalacja potrzebuje większej wydajności ssania lub zdecentralizowanej generacji przy chwytaku. Wielostopniowe eżektory oparte na zasadzie COAX firmy Piab dostarczają do 3 razy więcej przepływu próżni niż systemy konwencjonalne. Efekt uboczny: zużycie energii spada wraz z poziomem. Obniżenie podciśnienia z −65 do −55 kPa pozwala zaoszczędzić 25 do 30 % energii według producenta.

Jak przetestować nowy karton przed przełączeniem

Test chwytania to próba zasysania na rzeczywistej instalacji z rzeczywistym kartonem. Wiarygodny test chwytania podlega 5 zasadom. Test chwytania należy przeprowadzić przed każdym przełączeniem produkcji na nowy karton. Producent pneumatyki SMC nakazuje przy przepuszczalnych przedmiotach bezwzględnie próbę zasysania na rzeczywistej instalacji z rzeczywistym przedmiotem. Powód: w zależności od generacji wartość zadana próżni nie jest osiągana w pracy. OnRobot formułuje to krócej: najprostszy sposób sprawdzenia, czy karton jest wystarczająco szczelny, to test z chwytakiem.

1. Testuj z nowym kartonem, nie ze starym. Zamów wzorcowe kartony od nowego dostawcy, zanim partia stanie w produkcji.
2. Testuj postarzone kartony. Świeże wzorce są gładsze i sztywniejsze niż kartony po tygodniach w magazynie. Testy chwytania ze świeżymi wzorcami przeoczają dokładnie te właściwości, które później generują błędy chwytania.
3. Testuj na krańcu spektrum. Test musi obejmować najcięższy karton, najmiększą partię i najbardziej niekorzystną pozycję chwytania. Przeciętny element nie wystarcza jako karton testowy.
4. Mierz nieszczelność, nie tylko wynik. Chwytaki z interfejsem IO-Link (szeregowy interfejs czujników) podają wskaźnik nieszczelności i uwidaczniają zużycie przyssawek oraz nieszczelności, zanim kartony upadną.
5. Dokumentuj granice. Które warianty kartonów chwytak trzyma pewnie, należy do dokumentacji instalacji. Następna zmiana opakowania jest wtedy sprawdzana według listy, a nie przeczucia.

Niektórzy dostawcy wspierają takie próby komponentami wypożyczanymi. Piab według własnych informacji udostępnia komponenty testowe w projektach klientów. Przy wyborze nowych chwytaków pomaga spojrzenie na asortyment: 35 chwytaków próżniowych znajduje się w marketplace, od przyssawek mieszkowych po chwytaki powierzchniowe z pianką uszczelniającą. Ile kosztują poszczególne konstrukcje, odpowiada artykuł o cenach dobrych chwytaków robotycznych.

Prawidłowy dobór siły trzymania i współczynnika bezpieczeństwa

Statyczna siła trzymania podlega wzorowi F = Δp × A z 2 wielkościami: różnica ciśnień w pascalach razy efektywna powierzchnia przyssawki w metrach kwadratowych daje siłę w niutonach. Dla cykli ruchomych z przyspieszeniem i siłą poprzeczną Schmalz rozszerza obliczenie. Dochodzą masa, przyspieszenie ziemskie i przyspieszenie, a także współczynnik tarcia między przyssawką a kartonem. Współczynnik tarcia musi dostarczyć próba, tabele podają tylko wartości orientacyjne. SMC podaje 0,1 dla powierzchni naoliwionych, 0,2 do 0,3 dla mokrych, 0,5 dla drewna, metalu i szkła oraz 0,6 dla powierzchni szorstkich.

Współczynnik bezpieczeństwa to mnożnik obliczonej siły trzymania, który amortyzuje kurz, starzenie i wahania partii. W kwestii współczynnika bezpieczeństwa producenci podają sprzeczne zalecenia:

Zalecenia mieszczą się więc, zależnie od źródła i przypadku obciążenia, od 1,5 do 4,0, a w doborze urządzeń SMC przy podnoszeniu pionowym do 8,0. Dla przedmiotów porowatych Schmalz i SMC podają co najmniej 2,0. Wiążąca jest dokumentacja danego producenta chwytaka. Kto dobiera z najmniejszym dopuszczalnym współczynnikiem, nie ma w pracy zmianowej rezerwy na kurz, starzenie wargi uszczelniającej i miękkie partie. Zależności między chwytakiem, taktem a wydajnością instalacji omawia artykuł o wydajności robotów paletyzujących.

Częste pytania

Dlaczego chwytak próżniowy gorzej trzyma karton z recyklingu?

Karton z recyklingu bez powłoki jest zazwyczaj bardziej porowaty niż karton powlekany. Powietrze przedostaje się przez materiał, nieszczelność rośnie, a podciśnienie w przyssawce załamuje się. Siła trzymania spada poniżej ciężaru kartonu, a chwytak upuszcza opakowanie lub zatrzymuje cykl.

Czy większe podciśnienie daje większą siłę trzymania na tekturze falistej?

Nie. Przy porowatych kartonach nieszczelność ogranicza osiągalny poziom próżni, dlatego wyższa wartość zadana próżni nie daje dodatkowej siły trzymania. Decydująca jest wysoka wydajność ssania generacji próżni, która zastępuje nieszczelność. OnRobot wyraźnie zaleca dla tektury falistej niskie poziomy próżni, na przykład 20 %.

Jaka jest różnica między przyssawką mieszkową a chwytakiem powierzchniowym?

Przyssawka mieszkowa to pojedyncza elastyczna przyssawka, której mieszek kompensuje różnice wysokości i nierówne powierzchnie. Chwytak powierzchniowy łączy większą powierzchnię styku z pianką uszczelniającą i obsługuje zmienne rozmiary kartonów jednym narzędziem. Przyssawki mieszkowe nadają się do pojedynczych kartonów o zmiennych pozycjach, chwytaki powierzchniowe do formatów mieszanych i pełnych warstw.

Czy chwytak trzeba dostosowywać przy każdej wymianie kartonu?

Nie przy każdej. Jeśli nowy karton pozostaje w granicach, dla których dobrane są przyssawka, uszczelka i generacja próżni, wystarczy test chwytania dla potwierdzenia. Komponenty wymienia się dopiero, gdy porowatość, powłoka lub ciężar wykraczają poza te granice. Udokumentowany test chwytania dla każdego wariantu kartonu odpowiada na pytanie o dostosowanie przed przełączeniem.

Czy mogę sam obliczyć siłę trzymania mojego chwytaka?

Statyczna siła trzymania oblicza się jako różnica ciśnień razy efektywna powierzchnia przyssawki, F = Δp × A. Dla cykli ruchomych dochodzą masa, przyspieszenie, współczynnik tarcia i współczynnik bezpieczeństwa, który producenci podają różnie. Obliczenie nie zastępuje próby zasysania na rzeczywistym kartonie, wymiarowuje jedynie punkt wyjścia.

Kiedy wystarczy regulacja, kiedy chwytak trzeba wymienić?

Regulacja wystarczy, gdy nowy karton znów staje się pewnie chwytalny za pomocą 3 elementów regulacji: inna przyssawka, inna uszczelka, większa wydajność ssania. Chwytak wymienia się, gdy nawet to nie wystarcza, na przykład ponieważ konstrukcja nie pasuje do rozmiaru kartonu lub ciężaru. Test chwytania ze wzorcowymi kartonami pokazuje, który poziom jest potrzebny.