Figura 1 – Nuove funzionalità e l’integrazione nel design di soluzioni all’avanguardia rendono gli SCARA di Yamaha un riferimento per il futuro. Nell’immagine lo SCARA YK400-XE che assicura un rapido ritorno sull’investimento.
Yamaha Motor Europe, Divisione automazione industriale, rappresentata nel nostro paese da ATTI, illustra come le migliorie apportate ai robot SCARA possano incrementarne le performance e l’affidabilità in numerosi comparti industriali.
di Giuseppe Costa
I robot SCARA possono aiutare le imprese ad automatizzare e velocizzare le attività di presa e posizionamento e i processi di assemblaggio leggero, come il trasferimento di pezzi da un processo all’altro, l’avvitatura e la dosatura. Al pari di tutte le tecnologie di automazione di processo pregresse, i robot devono apportare valore aumentando la produttività e riducendo i costi a favore dei loro proprietari. Tutti i progetti industriali devono tenere attentamente sotto controllo velocità e ritmo di produzione, ma anche precisione, ripetibilità e affidabilità, al fine di assicurare un ritorno sull’investimento soddisfacente.
Nel frattempo, le caratteristiche e le performance dei robot SCARA stanno facendo dei passi avanti: i nuovi design permettono anche ai robot più piccoli di affrontare lavori più gravosi e di raggiungere alte velocità di esecuzione, al fine di mantenere bassi i tempi ciclo. I sistemi di visione sono diventati plug & play, semplificando l’integrazione e consentendo una programmazione più facile. Inoltre, stanno per essere introdotte nuove funzionalità che riducono l’usura meccanica e semplificano la manutenzione. Possiamo quindi esaminare più da vicino questi sviluppi andando a vedere come sono fatti gli odierni robot SCARA.
Figura 2 – Le trasmissioni senza cinghia migliorano precisione e longevità dei robot SCARA.
MOVIMENTO ED EQUILIBRIO
Le innovazioni per migliorare il controllo sul movimento del terminale del robot (tcp) consentono di aumentare sia la velocità sia l’accuratezza di posizionamento. I processi di pick & place richiedono un movimento verticale (o sull’asse Z) ben controllato, al pari di quello rotazionale (o sull’asse R). Solitamente, il movimento sull’asse Z è controllato utilizzando una vite azionata dal motore dell’asse verticale, mentre l’asse R è azionato mediante una cinghia collegata al motore dell’albero rotante. Entrambe le trasmissioni mediante cinghia possono essere sostituite da trasmissioni dirette che eliminano l’usura e il rischio di rottura o allungamento delle cinghie, con il risultato di una maggior precisione nel lungo periodo e una manutenzione ridotta.
Yamaha ha sviluppato un meccanismo di viti a ricircolo di sfere con controllo diretto per il controllo dell’asse Z senza cinghia, facendo tesoro dell’esperienza maturata con i robot monoasse, oltre a un motore cavo combinato con un riduttore di velocità coassiale che assicura diversi vantaggi per il controllo del movimento dell’asse R (come illustrato nella figura 1).
Oltre a permettere una trasmissione senza cinghia precisa e in grado di durare nel tempo, il motore cavo e il riduttore di precisione permettono di raggiungere velocità di rotazione più alte sull’asse R, con carichi elevati e offset anche molto significativi. A differenza di un asse R convenzionale azionato tramite cinghia, che ha bisogno di rallentare quando si posizionano carichi con un momento di inerzia elevato, la trasmissione senza cinghia può tollerare un momento di inerzia maggiore in quanto l’asse di rotazione del tcp è direttamente allineato con l’ingranaggio di riduzione di velocità. Inoltre, ottimizzare i rapporti della trasmissione aiuta a raggiungere la velocità di rotazione e il movimento in X-Y più rapido possibile per tutta l’area di lavoro della macchina, ottenendo così tempi ciclo più bassi: questo risulta particolarmente importante per i processi che richiedono il trasferimento di oggetti a grande distanza.
Figura 3 – Lo SCARA YK Orbit Type è caratterizzato da un ingombro ridotto, con una rotazione completamente senza cinghie, e con alta velocità e accuratezza di posizionamento.
ROBOT ORBITALI
Gli attuali robot SCARA con trasmissioni senza cinghia arrivano fino a dimensioni di circa 1.200 mm di lunghezza del braccio, con circa 50 kg di carico utile massimo. I modelli più piccoli, che scendono fino a 120 mm di lunghezza del braccio e carico utile massimo di 1 kg, permettono agli utenti di configurare celle di assemblaggio ad alto rendimento, che hanno un’impronta estremamente ridotta.
Nei casi in cui lo spazio disponibile in fabbrica sia particolarmente ridotto, i robot SCARA orbitali montati su soffitto possono raggiungere qualsiasi punto all’interno dell’area di lavoro sottostante (vedi figura 4) e questo permette una maggiore libertà nel minimizzare l’impegno richiesto per il processo.
Grazie ai robot orbitali SCARA l’equilibrio ottimale di peso è fondamentale per raggiungere alte velocità di escursione con un’elevata capacità di carico utile. Yamaha utilizza materiali leggeri e sfrutta le sue conoscenze nel campo dei motori cavi e delle trasmissioni, combinate con un posizionamento interno del motore ottimizzato, al fine di raggiungere un tempo ciclo standard in grado di muovere un carico da 1 kg in orizzontale di 300 mm, e di 25 mm in su e in giù, in soli 0,29 s, con una velocità di circa il 36% superiore rispetto ai modelli precedenti. Il carico utile massimo è di 5 kg.
Un altro vantaggio che proviene dal miglior equilibrio e da una minore inerzia è la riduzione delle tensioni esercitate sul telaio di montaggio che deve essere installato per trasportare il robot: ciò permette un design leggero e semplificato che fa risparmiare costi e facilita l’installazione del sistema all’interno della fabbrica.
Figura 4 – I robot SCARA orbitali, bilanciati in modo ottimale, combinano alta velocità e risparmio di spazio.
LUNGA VITA AGLI SCARA
La precisione di posizionamento a lungo termine e l’immunità rispetto a contaminanti ambientali come umidità, polvere e grasso possono essere invece ulteriormente migliorati sostituendo gli encoder ottici con resolver magnetici per il rilevamento della posizione. I resolver magnetici sono per loro stessa natura immuni a shock e a rumore elettrici che possono invece interferire con gli encoder ottici. Il resolver magnetico ha come vantaggio una costruzione semplice, con un numero minimo di componenti elettrici, assicurando così maggiore affidabilità e performance migliori anche ad alte temperature.
Inoltre, un’estrema attenzione rivolta alla semplificazione della manutenzione può avere un effetto significativo sull’aumento del tempo di funzionamento della macchina. Il progetto di pannelli pensati per poter essere estratti senza necessità di smontare il cablaggio o le tubature fa sì che la manutenzione o le riparazioni necessarie vengano portate a termine rapidamente. Infine, le formule più recenti di grasso lubrificante di lunga durata eliminano la necessità di attività di disassemblaggio e lubrificazione, tipicamente molto dispendiose in termini di tempo, per l’intera vita utile del macchinario.
Il sistema di visione iVY2 di Yamaha e il controller RCX340 migliorano ulteriormente la performance dei robot SCARA.
VISIONE PLUG & PLAY
Aggiungere la funzione che permette la visione aumenta la gamma di funzioni che il robot può compiere per includere la ricerca di pezzi e correggere deviazioni rispetto alla posizione. Tradizionalmente, la visione artificiale è stata controllata separatamente dal robot, e ciò richiedeva conoscenze specialistiche per programmare il sistema di visione e utilizzare i dati nelle istruzioni del robot.
I sistemi di visione più recenti eliminano questa barriera integrando la visione all’interno del programma del robot per permettere un’operatività plug & play che riduce significativamente il tempo di avvio. Anche il ritardo di comunicazione tra il sistema di visione e il robot viene eliminato.
Il sistema di visione iVY2 di Yamaha e il controller RCX340 migliorano ulteriormente la performance grazie a innovazioni come un nuovo comando CTMOVE che esegue un ciclo completo di tracciamento del trasportatore dalla posizione iniziale fino alla raccolta del componente: questa operazione ne sostituisce tre diverse per permettere il pick & place fino a 100 cpm.
REQUISITI SPECIALI
Infine, nuove configurazioni possono essere prese in considerazione per soddisfare requisiti speciali. I robot SCARA di tipo inverso sono progettati specialmente per sollevare il pezzo dal basso, evitando così la contaminazione delle particole che cadono, come polvere o umidità, che potrebbero accumularsi sulla superficie del robot. Sono anche disponibili robot SCARA per camere bianche, con il vantaggio del funzionamento senza cinghia che elimina gli agenti contaminanti dovuti al deterioramento della cinghia. Inoltre, questi robot includono un soffietto di protezione nella parte superiore per evitare l’emissione di polveri.
Anche il design dei robot SCARA sta migliorando in molti modi diversi, dalla gestione dell’asse Z fino all’interfaccia del controller, al fine di aumentare la resa, la velocità e l’affidabilità, consentendo una maggiore produttività e un rapido ritorno sugli investimenti.
I nuovi design permettono anche ai robot più piccoli di affrontare lavori più gravosi e di raggiungere alte velocità di esecuzione, al fine di mantenere bassi i tempi ciclo.
UNA PARTNERSHIP VINCENTE
Yamaha Factory Automation Section (FA Section) è una sottodivisione di Yamaha Motor Robotics Business Unit, all’interno di Yamaha Motor Corporation, e il suo obiettivo è quello di offrire robot industriali flessibili e ad alta precisione per sfide di automazione ad alta precisione. Con le sue radici che affondano nell’introduzione della tecnologia dei robot all’interno delle attività di assemblaggio delle motociclette Yamaha, la divisione ha oltre quarant’anni di esperienza nella risoluzione di sfide nel campo dell’automazione a ogni livello, dal più grande al più piccolo.
Imprese leader di tutto il mondo hanno riposto la loro fiducia nei robot industriali Yamaha per le attività più disparate come la realizzazione di semiconduttori o l’assemblaggio di prodotti elettronici, elettrodomestici, componenti per l’automazione e pannelli a cristalli liquidi di grandi dimensioni. Yamaha FA Section offre una gamma unificata di soluzioni per l’assemblaggio robotico, che includono robot monoasse, robot SCARA, robot cartesiani e robot articolati. Oltre a questi, propone anche innovazioni come il modulo trasportatore lineare LCM100, un erede delle tradizionali linee di trasporto con cinghia, maggiormente versatile e in grado di far risparmiare spazio. Tutte queste innovazioni segnano il passo nell’automazione industriale. Le tecnologie robotiche di base, così come i componenti chiave e i sistemi robotici completi vengono realizzati all’interno dell’azienda, assicurando qualità costante e controllo dei tempi di consegna.
Con sede a Hamamatsu, in Giappone, Yamaha FA Section serve clienti in tutto il mondo attraverso la propria rete di vendita che opera in Cina, Taiwan, Corea, Asia del sud, USA, Australia, Nuova Zelanda ed Europa. In Italia, il punto di riferimento per i robot la tecnologia Yamaha è ATTI s.r.l., specializzata in forniture industriali e distribuzione di articoli tecnici per la movimentazione e l’automazione industriale.
Nata negli anni ’80 come azienda familiare, dall’esperienza di Armando Facchinetti nel settore dei cuscinetti a sfera, grazie a una crescita costante e a una serie di accordi strategici con i marchi più prestigiosi e le aziende leader nel settore, ATTI è oggi un’affidabile realtà che propone un catalogo completo di componenti e articoli tecnici per le trasmissioni industriali, acquistabili anche online grazie al servizio di e-commerce. A disposizione del cliente è previsto anche il supporto di un reparto tecnico particolarmente qualificato, esperto nella programmazione di strumenti elettronici. Nel corso degli anni, l’azienda si è specializzata anche nel motion control e da lì il passaggio al settore della robotica, che, dal 2016, l’ha portata ad essere il partner ufficiale per la distribuzione dei robot industriali Yamaha per il mercato italiano. ©TECNeLaB
Figura 7 – Al fine di ottenere le soluzioni di automazione più efficienti, è possibile operare con Yamaha Factory Automation Section attraverso la rete distributiva italiana di ATTI s.r.l.
