Tempi ciclo ottimizzati grazie allo smart control

In un’isola di stampaggio a iniezione coesistono diverse componenti mobili che influenzano le fasi del processo. Ad esempio, i movimenti di ingresso e uscita del robot di estrazione, così come il tempo di apertura e chiusura dello stampo, influiscono in modo critico sul tempo ciclo del processo. È evidente, infatti, che se il robot inizia a muoversi solo quando lo stampo è completamente aperto si spreca buona parte del tempo ciclo. Per ottenere movimenti fluidi all’interno di un’isola di produzione, Engel si concentra sull’interazione tra i movimenti della pressa a iniezione e del robot. In ogni unità che comprende macchina, sistema di automazione e accessori, tutti i componenti fanno capo alla medesima piattaforma di controllo e allo stesso database, ponendo in tal modo le migliori premesse per ridurre al minimo il tempo ciclo complessivo. Dal momento che la pressa non comanda i movimenti in parallelo, l’operatore dovrà programmarli tramite il pannello di controllo centrale o l’unità portatile, e istruire il robot riguardo al percorso, alla velocità e all’accelerazione dei singoli movimenti. Il sistema di assistenza iQ motion control – l’ultimo software della famiglia di sistemi di assistenza intelligenti iQ sviluppati dal costruttore di macchine austriaco – riduce questa complessa operazione a pochi clic.

Ottimizzare il percorso robot riduce il tempo ciclo

I robot lineari generalmente si muovono da un punto all’altro, specificati nel corso del processo di apprendimento. L’operatore determina la traiettoria manualmente e specifica molti punti con l’obiettivo di ottimizzare il percorso (figura 1).

1 iQ motion control opera con la pianificazione del movimento ottimizzata (in basso). La traiettoria del robot viene calcolata nel suo insieme e non generata in base al posizionamento approssimativo dei movimenti sul singolo asse. Foto Engel

Nella funzione di controllo del movimento (iQ motion control), integrata di serie nel nuovo robot lineare Engel viper, è già implementata la pianificazione ottimizzata del movimento. Il robot lineare calcola in modo autonomo il percorso da compiere e quindi è necessario impostare un numero significativamente inferiore di parametri e ridurre le posizioni da determinare. Questa opportunità abbatte significativamente il tempo ciclo del processo di stampaggio, nonché il tempo di configurazione e quello necessario al processo di apprendimento (figura 2).

2 Il diagramma illustra l’elevato potenziale di iQ motion control nella riduzione del tempo ciclo. Foto Engel
LEGENDA: L’azzurro si riferisce ai movimenti dello stampo, mentre il verde ai movimenti del robot
I Corsa dello stampo inferiore alla posizione avvio anticipato
II Corsa dello stampo maggiore o uguale alla posizione avvio anticipato
1 Movimento dell’asse 1
2 Movimento dell’asse 2

Per garantire il massimo vantaggio agli utilizzatori, il funzionamento dei sistemi di assistenza deve essere semplice. Requisito soddisfatto da iQ motion control che, per impostare la procedura di estrazione, è in dialogo intuitivo con tutte le opzioni a disposizione (figura 3).

3 Facilità d’uso e un’interfaccia intuitiva sono le premesse per il successo dei sistemi di assistenza intelligenti. Foto Engel

Come pianificare il percorso del robot

Per pianificare i movimenti di ingresso del robot in modo che raggiunga la posizione di estrazione esattamente nel momento in cui lo stampo termina il movimento di apertura, è necessario tenere conto di alcune condizioni di base. In primo luogo, i parametri impostati dall’end user, come la posizione e le tolleranze lineari nonché il movimento dello stampo, e quindi i valori di soglia di velocità, accelerazione e altri parametri specifici del robot.

Il movimento di ingresso ottimale prevede tre fasi, che vengono elaborate automaticamente con il controllo del movimento iQ attivato.

1 Prima di tutto, è necessario determinare il tempo di percorso ottimale: in base all’ultimo ciclo, il tempo che intercorre tra il raggiungimento della posizione di avvio anticipato impostata per il robot e la misura dell’apertura dello stampo. Questo intervallo, che chiameremo tF, corrisponde al tempo necessario per completare il percorso affinché il robot e lo stampo raggiungano contemporaneamente le rispettive posizioni finali.

2 Il secondo step prevede il calcolo del percorso robot più breve possibile: i limiti cinematici specifici del robot (velocità massima, accelerazione massima…), dei singoli assi e della tolleranza lineare definiti dall’operatore possono essere utilizzati per calcolare la traiettoria del robot. In questo contesto, tR,opt è il tempo più breve ottenibile tenendo conto delle condizioni esistenti. Se la funzione di avvio anticipato è disattivata, il robot eseguirà il movimento di ingresso tenendo conto dei suoi limiti cinematici.

3 La procedura si conclude con l’adattamento del percorso: quando la funzione di avvio anticipato è attivata, bisogna assicurarsi che il tempo tR,opt sia maggiore o uguale al tempo di percorso ottimale tF,opt. Nel primo caso però, a causa dei limiti cinematici, il robot non potrà raggiungere la posizione target simultaneamente allo stampo.
Al contrario, se tR,opt è inferiore a tF,opt, il robot potrebbe avvicinarsi eccessivamente allo stampo. Per evitare che questo avvenga, il percorso viene adattato in modo da soddisfare la condizione tR,opt = tF,opt.
Questa funzione compensa eventuali effetti a lungo termine, come le differenze di funzionamento a macchina fredda e calda, l’effetto della temperatura…

I vantaggi della funzione avvio anticipato del robot

In molti sistemi di produzione, il tempo ciclo viene inutilmente prolungato anche quando, durante l’apertura, lo stampo deve attendere che il robot entri nell’area di estrazione per rimuovere i pezzi stampati. Dal momento che, grazie al sistema di controllo integrato, il robot in un’isola di stampaggio a iniezione Engel ha accesso diretto ai dati della macchina, come la corsa di apertura dello stampo e la posizione del piano mobile, il robot e la pressa eseguono movimenti coordinati e, idealmente, al momento di eseguire l’estrazione, si trovano nello stesso istante rispettivamente nella posizione di estrazione e nella posizione di apertura dello stampo.

In questo caso, l’ingresso del robot non provoca alcun allungamento dei tempi, anzi grazie al sistema di assistenza iQ motion control, il tempo di ciclo viene ridotto, poiché lo stampo non deve attendere il robot.

Grazie alla funzione “avvio anticipato” totalmente integrata nel software, può entrare nell’area della macchina quando lo stampo ha iniziato a muoversi, senza attendere il completamento della corsa di apertura dello stampo.

La finestra di dialogo delle impostazioni visualizza un suggerimento per la posizione di avvio anticipato basato sui parametri di impostazione del robot e della macchina, consentendo anche agli operatori meno esperti di sfruttare in modo efficiente e affidabile i vantaggi di questo sistema di assistenza Engel.

Più fasi per garantire la sicurezza

Nonostante l’ingresso anticipato nell’area della pressa, è possibile escludere con certezza una collisione tra il robot e il semistampo mobile, poiché iQ motion control opera con una funzione di sicurezza a due stadi. Il primo corregge il movimento del robot in una fase iniziale nel caso che siano state identificate deviazioni dal movimento pianificato per lo stampo. Il secondo stadio, invece, verifica che il robot sia in grado di frenare in tempo utile prima della collisione con lo stampo in situazioni straordinarie o in caso di arresto di emergenza.

Inoltre, grazie allo scambio diretto di dati all’interno del sistema di controllo comune a tutte le attrezzature dell’isola di stampaggio, il robot conosce la posizione esatta del piano portastampo mobile ed è quindi in grado di fermarsi in caso di una possibile collisione, evitando così danni allo stampo e alla pinza provocati da posizioni e impostazioni errate  impreviste.

Per processi semplici e complessi

La funzione iQ motion control è ideale per ottimizzare anche i processi che prevedono movimenti di estrazione semplici, ma assicura le migliori prestazioni nello stampaggio di parti stampate a iniezione con recessi profondi, come ad esempio i componenti di alloggiamenti, cassette o contenitori stampati con nuclei lunghi (si veda l’immagine in apertura), perché la pressa deve eseguire una corsa di apertura dello stampo molto estesa.

Le potenzialità del sistema sono state dimostrate da Engel nel corso di un test condotto con un robot lineare Engel viper 12. Durante le prove, condotte mantenendo una corsa di apertura dello stampo di 490 mm e una velocità massima del piano portastampo mobile di 1.465 mm/s, è stato ottenuto un tempo di ciclo complessivo di 15 secondi.

L’avvio anticipato del robot è avvenuto alla quota stampo di 303 mm, valore che ha consentito di ottenere un tempo di attesa notevolmente più breve (figura 4).

4 I test confermano che i tempi di attesa vengono notevolmente ridotti grazie a iQ motion control e all’avvio anticipato del robot. Foto Engel

Per tempo di attesa si intende l’intervallo che intercorre tra il completamento del movimento dello stampo e la fine del movimento di ingresso della pinza nell’area stampo. Il tempo di attesa fa parte, a tutti gli effetti, del tempo ciclo, perché in quella fase il movimento dello stampo viene bloccato dal robot.

I vantaggi ottenuti sono notevoli. Ipotizzando un processo continuo su tre turni, un tempo ciclo complessivo di 15 secondi permette infatti di produrre 236 parti in più per singola impronta al giorno rispetto all’estrazione sequenziale a tre punti (figura 5).

5 La riduzione del tempo ciclo comporta un aumento significativo della produttività. Foto Engel

L’impiego di iQ motion control è indipendente dal tipo di pressa a iniezione e dal sistema di estrazione adottato, poiché si adegua automaticamente sia alla variante di estrazione esistente, che può essere verticale od orizzontale (nel caso delle macchine senza colonne), sia al tipo di deposizione, che può avvenire sul lato dell’operatore, sul lato non operatore oppure all’estremità (quest’ultima nel caso di pezzi a sviluppo longitudinale). Questa caratteristica non è destinata a rimanere l’unica mirata a ottenere un’interazione ancora più stretta tra la macchina e il robot, perché sono in fase di sviluppo nuovi upgrade per migliorare il sistema di assistenza che copre sia la macchina sia il robot.