Door Raimund Bauer, Sales Engineer SMC Germany
Perfect op elkaar afgestemde pneumatische en elektrische oplossingen voor machines die gesinterde onderdelen en andere werkstukken inspecteren. Medische implantaten, indexeerbare wisselplaten, boren, frezen, tandwielen – de verscheidenheid aan metalen en keramische componenten die in de industrie worden gebruikt, is vrijwel eindeloos. Als grote hoeveelheden nodig zijn, kunnen veel onderdelen worden geproduceerd met behulp van sinteren. Vaak worden ze in een sinterproces eerst uit poeder geperst en vervolgens verhit. Sommige afgewerkte werkstukken moeten worden geïnspecteerd, gelabeld en verpakt – dit gebeurt meestal automatisch en non-stop. Om een efficiënte kwaliteitsborging te garanderen, heeft Roboworker een machine ontwikkeld voor micrometer nauwkeurige, all-round inspectie van werkstukken met hoge eisen: de RoboInspect. Zowel in deze machine als in andere systemen van Roboworker worden veel elektrische en pneumatische automatiseringscomponenten van SMC gebruikt.
Productie van grote hoeveelheden metalen en keramische onderdelen met complexe vormen vindt vaak plaats met behulp van het sinterproces. Daarin wordt poeder in een gedefinieerde vorm geperst en met een geschikte warmtebehandeling – sinteren – in de nieuwe structuur samengeperst en gehard. Afhankelijk van de toepassing kunnen in verdere processtappen extra coatings worden aangebracht. De afgewerkte werkstukken worden gebruikt in diverse industriesectoren en dor consumenten bijvoorbeeld in de doe-het-zelfsector.
Om ervoor te zorgen dat de werkstukken in de juiste kwaliteit en met een optimale verpakking in de schappen terechtkomen, moeten ze in de laatste productiestap aan de tand worden gevoeld. Alleen perfect gecoate en gevormde onderdelen mogen op de markt komen. De auto-industrie, ruimtevaart, batterijtechnologie en medische technologie stellen immers strenge eisen aan de prestaties van hun onderdelen. Om volledig automatisch complete inspecties van de werkstukken uit te voeren, heeft Roboworker de RoboInspect (RIS) uitgerust met 3D+ functionaliteiten voor het controleren van de nauwkeurigheid van de afmetingen en de kwaliteit van een werkstuk. Het systeem kan optioneel worden uitgebreid met modules voor het lasermarkeren of verpakken van de werkstukken. SMC draagt bij met een uitgebreid pneumatisch en elektrisch automatiseringspakket, bestaande uit onder meer een onderhoudsunit, ventieleilanden, elektrische en pneumatische actuatoren, drukversterkers en ionizers. Deze componenten zorgen ervoor dat de werkstukken voorzichtig, precies en snel worden behandeld tijdens het inspecteren, labelen en verpakken.
Roboworker is al meer dan dertig jaar bekend om zijn uitgebreide expertise in automatisering en inspectie. Met krachtige lineaire robots, grijpers, sensoren en cameratechnologieën creëren de werktuigbouwkundige experts uit Weingarten bij Ravensburg flexibel inzetbare en modulaire hightech automatiseringssystemen voor de productie van precisieonderdelen. Het aanbod omvat ook optimale automatische inspectiemachines voor gesinterde onderdelen en werkstukken, gemaakt van uiteenlopende grondstoffen, zoals hardmetaal, ijzerpoeder en keramiek. Veeleisende industriesectoren, zoals de metaalverwerking, automobielindustrie en de batterij- en medische technologie maken gebruik van de uiterst efficiënte systemen van Roboworker.
Inspectie, etikettering en verpakking van gesinterde onderdelen
Wie sintert, gebruikt een van de oudste bekende productieprocessen. Het principe werd waarschijnlijk voor het eerst gebruikt bij het gieten en bakken van porselein. Het idee erachter is eenvoudig. Het is niet praktisch om een porseleinen blok te maken en er vervolgens de gewenste vorm weer uit te snijden of te beitelen. Daarom was het eenvoudiger om het uitgangsmateriaal in ‘ruwe’ vorm te gieten en het dan te fixeren met hitte en glazuur.
Tegenwoordig doorlopen veel kleine metalen onderdelen een soortgelijk proces. “Het voordeel van sinteren is dat kleine werkstukken met lastige vormen in grote hoeveelheden kunnen worden geproduceerd”, zegt Toralf Schramm, Manager Inspectie- en Verpakkingssystemen bij Roboworker. “Een gesinterde indexeerbare insert bijvoorbeeld hoeft meestal alleen maar gecoat te worden.” De grondstoffen voor het proces zijn mengsels van verschillende poedervormige metalen die in het eindproduct zeer sterke eenheden vormen. Hiervoor worden ze eerst in vorm geperst met een druk van 16 tot 400 ton, afhankelijk van het materiaal en de toepassing. Door de verdichting van het gemengde poeder tijdens het persproces blijven deze ruwe matrijzen bij elkaar, totdat ze verder worden verdicht door warmtebehandeling tijdens het sinteren. Dit geeft de werkstukken hun vereiste sterkte.
Geen enkel defect werkstuk mag de hal verlaten. Daarom wordt het afgewerkte product nogmaals grondig getest voordat het verpakt wordt. Dit garandeert een optimale kwaliteit. Toralf Schramm: “De geometrie van de onderdelen is bijzonder belangrijk. Toepassingen in de medische technologie of de auto-industrie hebben enorm lage toleranties, dus elk product moet perfect zijn.” Deze toleranties bevinden zich in bereiken die met het menselijk oog niet meer zichtbaar zijn. De RoboInspect controleert daarom de nauwkeurigheid van de afmetingen en de kwaliteit van het werkstuk met behulp van zeer precieze technologieën die werken in het micrometerbereik. Hierdoor kunnen de kleinste defecten, zoals lokale afbrokkeling van randen en vorm- en coatingdefecten betrouwbaar worden geïdentificeerd en getraceerd aan de hand van gedetailleerde documentatie.
De gecoate werkstukken worden op stapels pallets in het systeem ingevoerd. Om afkeur van foutieve werkstukken te beperken, vermindert een ionisator eerst de statische lading en wordt aanhangend stof van de werkstukken verwijderd. Het vrijgekomen stof wordt afgezogen door een ZH-volumebooster van SMC om te voorkomen dat het stof zich in de machine afzet of dat de filters verstopt raken. Nauwkeurige robots plaatsen de werkstukken afzonderlijk op een inspectieplateau, waar krachtige, extreem gevoelige camera’s ze van alle kanten inspecteren. Verschillende kenmerken worden binnen enkele seconden gecontroleerd: beschadigingen van de snijrand tot op 5 micron, nauwkeurigheid van de afmetingen tot op 0,01 millimeter en defecten van de oppervlakte tot op 0,05 millimeter, afhankelijk van de kwaliteit van het oppervlak. Daarna kunnen de werkstukken indien nodig worden gelabeld met een laser, voordat ze terug in de pallets worden geplaatst. Daarnaast kunnen ze optioneel direct worden verpakt in een verpakkingsmodule, gelabeld en verzendklaar gemaakt voor de gebruiker. “De RoboInspect is een revolutionaire machine die flexibel kan worden uitgebreid en zeer precies zijn werk doet in het proces”, benadrukt Toralf Schramm. “Grijpers en camera’s moeten complexe bewegingspatronen zeer nauwkeurig in kaart kunnen brengen en altijd in de juiste positie staan.”
Automatiseringspakket aangepast aan alle vereisten
Om een soepele inspectie van de gesinterde onderdelen te garanderen, moeten de veeleisende handlingprocessen binnen de RoboInspect betrouwbaar en nauwkeurig zijn. “Een andere uitdaging zijn de verschillende persluchtvereisten van verschillende locaties in onze machines”, zegt Ralf Trotzki, Design Manager voor Inspectie- en verpakkingssystemen bij Roboworker. “Om bijvoorbeeld werkstukken los te maken die worden vastgehouden door een magnetische grijper op een aflegplaat, is een hogere druk nodig dan de ingestelde druk van het systeem om de vereiste loslaatkracht te bereiken. Alleen wanneer dat nodig is, verhoogt een drukversterker daarom de druk voor de ontluchtingscilinder. Dit kan veel perslucht besparen.” Alle gebruikte componenten moeten ook uiterst ruimtebesparend en betrouwbaar zijn. De eisen van de industrie zijn zeer hoog en de beschikbare ruimte in fabriekshallen is beperkt. De juiste automatiseringstechnologie bij Roboworker komt vrijwel uitsluitend van SMC.
De SY-serie ventieleilanden van SMC vormt het pneumatisch hart van RoboInspect en zorgt met het modulaire ontwerp voor de juiste druk in iedere toepassing.
Timo Schlauch, teamleider bij SMC: “De experts van Roboworker weten dat ze op onze oplossingen kunnen vertrouwen. Ze gebruiken tenslotte al 24 jaar SMC-technologieën in hun machines.” Het hart van de pneumatische automatisering in RoboInspect zijn de ventieleilanden uit de SY-serie. Deze hebben een modulair ontwerp, waardoor uiteenlopende actuatoren kunnen worden geleverd met verschillende vereiste drukken. Bovendien zijn de ventieleilanden uitgerust met EtherCat-busmodules die ze in een netwerk verbinden met de bovenliggende machinecontroller en met elkaar. “Dit bespaart veel ontwerp- en installatiewerk in vergelijking met afzonderlijke bekabeling. Het complete systeem is minder gevoelig voor storingen. Het wordt ook veel eenvoudiger en kostenefficiënter om de installatie tijdens werking te onderhouden,” zegt Timo Schlauch. “In dergelijke complexe installaties moeten de afzonderlijke processen optimaal op elkaar worden afgestemd, ook in het besturingssysteem.” Proportionele ventielen uit de ITV-serie van SMC worden voor bepaalde processen upstream van het ventieleiland aangesloten en regelen nauwkeurig de kracht van de pneumatische grijpers om beschadiging van de werkstukken te voorkomen, bijvoorbeeld tijdens het oppakken en verplaatsen. Het compacte ontwerp van het SY-ventiel met zijn busbesturing maakt decentrale montage direct in de Roboworker-modules mogelijk en zorgt er ook voor dat ze met elkaar en met het besturingssysteem in een netwerk kunnen worden opgenomen.
Jarenlange ervaring en vertrouwde samenwerking
Alle inspectiemachines die Roboworker sinds 2010 heeft geleverd, werken vandaag de dag nog steeds, mede dankzij het perfect op elkaar afgestemde automatiseringspakket van SMC. “De jarenlange samenwerking met SMC stelt ons in staat om altijd vol vertrouwen de juiste technologieën voor onze machines te vinden en te gebruiken”, benadrukt Toralf Schramm. In de toekomst zullen de werktuigbouwkundige experts ook kunnen profiteren van nieuw ontwikkelde en nog compactere ventieleilanden die direct in de robotarmen zijn geïntegreerd. Alle componenten hebben een lange en betrouwbare levensduur in de wereldwijde productie. En mocht vervanging nodig zijn, dan stuurt het service- en ondersteuningsnetwerk van SMC snel de juiste component naar elke locatie.
