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Du nouveau chez les robots multi-axes pour le moulage de pièces plastiques par injection

Jan 28, 2014

Lors de l'achat d'une voiture, de nombreux critères peuvent être considérés. Par exemple, entre les avantages d'une 4 roues motrices contre une 2 roues motrices ou encore le confort des jambes entre tel ou tel modèle. Le but de l'acheteur n'est pas de savoir si un véhicule est meilleur que l'autre, mais de déterminer lequel est le mieux adapté à ses besoins : aptitude sur routes verglacées et enneigées ou espace suffisant pour un conducteur de grande taille... Il en va de même pour le fabricant de pièces plastiques par injection qui s'interroge sur les différentes configurations des robots. Devant la multitude de choix possibles aujourd'hui, il est crucial de comprendre les tenants et les aboutissants de chaque solution.

Des robots pour les plasturgistes

Le robot cartésien 3 axes (parfois appelé « robot linéaire ») a déjà prouvé sa fiabilité dans les applications automatisées de moulage par injection. À la différence des robots polyarticulés 6 axes et d'appareils plus simples comme les robots SCARA, utilisables pour pratiquement n'importe quelle application industrielle, les robots cartésiens sont particulièrement bien adaptés pour répondre aux besoins spécifiques du moulage par injection. Mais d'où vient ce nom de « robot cartésien » ? Tout simplement du philosophe et mathématicien français, René Descartes qui a défini l'espace selon trois axes principaux : X, Y et Z. Les robots cartésiens possèdent tous un axe Z vertical leur permettant d'accéder à l'espace situé entre les deux moitiés du moule, un axe X défini par la poutre horizontale qui s'étend normalement d'une zone au-dessus du moule à un point en dehors de la machine, et un axe Y qui déplace le bras vertical parallèlement à la machine pour retirer les pièces de l’empreinte du moule ou les positionner dans la zone de dépose. Si vous cherchez simplement un robot pour retirer une pièce de la presse dans une application rapide et répétitive, un robot 3 axes suffira probablement. En revanche, si vous attendez davantage d'un robot – manipulations supplémentaires à l'intérieur du moule ou à l'extérieur de la machine – vous devriez envisager d'investir dans des robots 3, 5 ou 6 axes plus perfectionnés. Les robots articulés 6 axes, les robots les plus sophistiqués, sont équipés d'un bras similaire par bien des aspects au bras humain. Ce bras peut pivoter autour de sa base comme un bras humain autour de l'épaule. Il se plie au milieu comme un coude et dispose d'un poignet qui peut déplacer la préhension suivant un mouvement curviligne. Un robot à bras articulé peut donc saisir un objet sous presque tous les angles à l’intérieur de son rayon d'action. Certains de ces mouvements ont été intégrés à la rotation pneumatique du robot linéaire 3 axes. C'est ce que Sepro désigne par rotations R1 et R2, où la rotation pivote de 0 à 90° ou 0 à 180° sans aucune position intermédiaire. Toutefois, selon le niveau d'automatisation supplémentaire intégré à une cellule de moulage (par exemple, des distributeurs d'inserts ou des dispositifs de contrôle, d'ébavurage, de soudage ou de décoration), l'ajout de rotations pneumatiques sur de simples robots 3 axes permet de les intégrer à des systèmes automatisés assez complexes.

Les robots 5 axes numériques

5x-35 LD_NEW_recadréEn octobre 2012, Sepro a lancé sa gamme 5X Line de robots 5 axes numériques. Une gamme qui reprend bon nombre des fonctions de manipulation des pièces d'un robot à bras articulé 6 axes, mais dans une configuration familière aux utilisateurs de robots linéaires 3 axes. Les axes X, Y et Z sont identiques, la différence se situant au niveau de la rotation numérique à l'extrémité du bras vertical. On y retrouve R1 et R2, mais au lieu des mouvements complets sur 0 à 90° ou 0 à 180°, la rotation numérique peut à tout moment parcourir n'importe quelle portion de ces arcs et les mouvements sont tous exécutables simultanément. En fait, le robot peut se déplacer sur les 5 axes à tout moment, avec une maîtrise totale. Le secret ? Les servomoteurs ! Par le biais d'un système pneumatique, une vanne s'ouvre, la rotation s'exécute sous l'effet de la pression d'air, puis se poursuit jusqu'à une butée mécanique Le servomoteur possède un codeur de position qui détecte l'emplacement exact de l'arbre d'entraînement à tout moment. Le contrôle du système est capable d'intégrer les signaux de positionnement de tous les servomoteurs sur les 5 axes afin de détecter en permanence le positionnement spatial exact de la préhension et de la pièce. Le robot peut ainsi accomplir des mouvements très compliqués de façon très précise et avec une répétabilité parfaite. Pour une pièce complexe qui ne peut être éjectée de l’empreinte selon un mouvement rectiligne ou en cas d'espace restreint entre les deux moitiés du moule ou les colonnes, il peut être nécessaire de faire pivoter la pièce pour la sortir de la machine. La rotation numérique est capable d'accomplir ces mouvements multi-axes de la même façon qu'une main et un poignet le feraient, mais beaucoup plus rapidement et avec une très grande précision. Une fois la pièce hors du moule, d'autres opérations peuvent s'imposer comme le collage, l'assemblage ou le flammage pour éliminer toute bavure. Sans lâcher la pièce, le robot 5 axes peut la déplacer avec précision devant une flamme stationnaire ou une tête de collage. Un procédé bien plus efficace que de faire appel à un opérateur pour réaliser ces tâches ou de placer la pièce dans un dispositif exécutant automatiquement d'autres opérations annexes. Aujourd'hui, les robots cartésiens numériques 5 axes offrent une rapidité d'exécution pour des cycles plus courts et la flexibilité d'un robot à polyarticulé, à l'intérieur comme à l'extérieur du moule. Ces robots sont donc capables de réaliser des tâches complexes de manipulation des pièces, auparavant confiées à des robots polyarticulé 6 axes.

Les robots à polyarticulé 6 axes

sepro_6xvisual_6x200lL'une des principales préoccupations concernant l'utilisation de robots à polyarticulé avec des presses à injection a toujours été la complexité de leurs systèmes de programmation et de contrôle. Même un simple mouvement rectiligne d'un polyarticulé exige la coordination de l’ensemble des 6 axes. Certains plasturgistes ressentent ainsi la nécessité d'un personnel spécialement formé à la programmation et à la maintenance de ces robots. Cette idée a évolué depuis un an, quand Sepro a lancé sa gamme 5X Line de robots cartésiens en même temps que la gamme 6X Line de robots à polyarticulé conçus pour utiliser les mêmes commandes que ses robots cartésiens. Avec le module « Déchargement Simple », l'opérateur a juste besoin d’apprendre manuellement quelques points et positions dans le cycle du robot (préhension, contrôle qualité, déchargement, empilage, etc.). Ensuite, les  trajectoires entre chaque point sont automatiquement calculées, qu'elles soient rectilignes ou curvilignes. Les fabricants de pièces par injection ne peuvent plus dire que les robots 6 axes sont difficiles à utiliser ! Ils peuvent ainsi envisager les configurations cartésiennes et polyarticulés en faisant un choix en fonction de leur application.

Atouts et contraintes

Une des grandes différences entre les robots 5 axes et 6 axes réside dans la portée  sur une zone de travail à 360°. Les robots cartésiens travaillent suivant un mouvement parallèle ou perpendiculaire à la presse. Une poutre plus longue peut augmenter la portée latérale ou, lorsque le robot est installé dans une configuration axiale (avec la longue poutre de l'axe X parallèle à l’axe de la machine), celui-ci peut décharger les pièces en bout de presse et d'optimiser l'utilisation de l'espace au sol en rapprochant les presses les unes des autres. Les robots cartésiens sont normalement montés sur le plateau fixe de la presse. Ils ne peuvent donc pas atteindre l'extrémité d'injection de la machine. À titre de comparaison, un robot 6 axes couvre un rayon d'action à 360° avec une portée égale dans toutes les directions. Lorsqu’ils ne sont pas sur le plateau fixe de la presse à l'instar des robots cartésiens qui ont accès dans la moule par le dessus, les robots 6 axes constituent une bonne solution automatisée avec un accès latéral pour des installations disposant d'un espace limité en hauteur. Sachant qu'ils entrent normalement dans la zone du moule par le côté et non par le haut comme le font les robots cartésiens, les robots polyarticulés sont aussi mieux adaptés à des presses verticales. Leur rayon d’action est bien adapté pour  atteindre facilement plusieurs positions sur le plateau tournant équipant souvent ce type de presse. Mais ces atouts peuvent aussi se transformer en contraintes dans d'autres circonstances. Ainsi, le montage au sol et l’accès latéral conviennent en cas de hauteur de plafond réduite, mais peuvent devenir problématique lorsque l'espace autour de la machine est limité. L'entrée latérale implique l’implantation des robots 6 axes à l'arrière de la machine pour que l'opérateur ait toujours facilement accès au panneau de commande. Le robot cartésien offre lui un accès plus simple de tous les côtés de la presse. Les améliorations apportées ces dernières années aux robots polyarticulés leur permettent aujourd'hui d'être aussi rapides que les cartésiens pour de nombreux mouvements. Cependant, on considère encore que les robots cartésiens sont plus rapides pour entrer et sortir de l'espace du moule pour y récupérer les pièces. Un facteur qui peut être déterminant dans certaines applications à cycles rapides. Enfin côté prix, même avec l'ajout de la rotation numérique, un robot cartésien est de manière générale près de 30 % moins cher qu'un robot polyarticulé. Toutefois, aucun de ces critères ne doit mener à la conclusion qu'une configuration est meilleure ou pire qu'une autre. En vérité, cela dépend des conditions propres à chaque usine de moulage et en fonction de chaque application spécifique. Les robots cartésiens et polyarticulés sont parfois même utilisés ensemble. Le robot cartésien monté sur la machine saisit la pièce pour la présenter à l'unité polyarticulé en vue d’opérations annexes. C’est une configuration idéale pour des cycles de moulage relativement courts et des opérations en aval particulièrement nombreuses, compliquées ou longues. Grâce aux nouvelles technologies de Sepro et de ses partenaires, les plasturgistes ont plus de choix que jamais pour automatiser leurs processus. Mais une offre plus large complique aussi le processus décisionnel quant aux fonctionnalités et capacités requises. Aussi, de la même façon que vous feriez appel à un concessionnaire compétent et digne de confiance pour l'achat d'une voiture, il est essentiel de solliciter les conseils avisés d'un fournisseur fiable pour vous orienter vers le robot adapté à vos besoins. Scott KendrickPar Scott Kendrick, Chef de projet Produit chez Sepro Robotique

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