Maneggiare le provette con i servomotori ultra compatti
Zimmer Group, lo specialista della manipolazione, utilizza i servomotori brushless BX4 di Faulhaber per le sue pinze GEP2000 utilizzate nell’automazione di laboratorio. Oltre alla coppia elevata, tra i punti di forza di questo azionamento a quattro poli troviamo le basse vibrazioni e la bassa rumorosità, il design compatto e la lunga vita utile.
di Elena Magistretti
La provetta va messa nella centrifuga, il componente al proprio posto e il pacchetto sul nastro trasportatore: afferrare e posizionare oggetti è una delle azioni meccaniche fondamentali nella maggior parte dei processi produttivi. Oggi le operazioni di pick-and-place sono svolte da pinze automatizzate. Queste ultime devono operare con forza e, nello stesso tempo, con delicatezza, precisione e affidabilità, per milioni di volte. Sempre più spesso a fornire l’energia necessaria sono i motori elettrici come il BX4 di Faulhaber. Zimmer Group, specialista nella tecnologia di manipolazione, li utilizza per la sua nuova serie di pinze GEP2000 che viene utilizzata, ad esempio, nell’automazione di laboratorio.
Pinze azionate elettricamente al posto delle pinze pneumatiche
Durante la pandemia da Covid-19, ancora in corso, l’industria farmaceutica e i laboratori hanno lavorato sotto pressione e con estrema rapidità. È stato necessario aumentare la capacità produttiva, soprattutto per quanto riguarda i test. Uno dei fattori chiave che ha permesso di vincere questa sfida è stata l’automazione, che ha avuto un forte sviluppo. Dispositivi di laboratorio automatici e robot flessibili possono alleggerire notevolmente il lavoro degli specialisti e incrementare sia il rendimento che l’efficienza.
La presa e la manipolazione automatizzata di campioni, pipette o reagenti rientrano tra le fasi principali e ricorrenti in questo tipo di processo produttivo. Per questi compiti servono pinze industriali delicate in grado di manipolare componenti molto piccoli. Maik Decker, product manager presso Zimmer Group, spiega: “Ad oggi le pinze presenti sul mercato sono per lo più pneumatiche, ossia ad aria compressa; tuttavia questa tecnologia non è idonea per gli ambienti igienici dei laboratori, in medicina ma anche nel settore farmaceutico e in quello delle tecnologie medicali. Per questo motivo, in questi campi si ricorre a pinze azionate elettricamente”.
Grazie al motore elettrico di Faulhaber le pinze diventano flessibili
Oltre all’aspetto igienico, queste pinze presentano un ulteriore vantaggio: funzionano senza un impianto ad aria compressa. Inoltre, le pinze sono installate su macchine a loro volta già azionate elettricamente. Un collegamento elettrico è molto più semplice da realizzare rispetto a un’alimentazione ad aria compressa. Inoltre, il controllo dei componenti elettrici è più semplice e più flessibile rispetto ai componenti pneumatici.
I nuovi prodotti di Zimmer Group, come la serie GEP2000, sostengono e consolidano questa tendenza. La pinza non solo afferra e mantiene in posizione componenti fino a cinque chili di peso (variabili a seconda della versione) ma è anche in grado di manipolare senza problemi pezzi delicati e sensibili come le provette. Inoltre l’azionamento elettrico è in grado di adattare in qualsiasi momento la forza di presa ai vari oggetti. Abbinata al giusto controllo, la pinza processa componenti diversi tra loro mentre il processo è in corso.
La lunga durata dei servomotori BX410 assicura milioni di cicli senza manutenzione
La forza per eseguire queste fasi di lavorazione è fornita dal servomotore brushless CC della serie BX4 di Faulhaber. Oltre alla coppia elevata, tra i punti di forza di questo azionamento a quattro poli troviamo le basse vibrazioni e la bassa rumorosità, il design compatto e una lunga vita utile. Questo prodotto è fornito con una garanzia che copre più di 10 milioni di cicli senza manutenzione. Il motore deve anche avere una serie di caratteristiche aggiuntive per essere all’altezza delle richieste di funzionamento continuo di una tipica applicazione pick-and-place.
Un esempio simile può essere la produzione di chiavi per auto, caratterizzata da grandi quantità e cicli di produzione elevati. I cosiddetti ‘gripper robot’ operano costantemente sotto stress e ad altissimo ritmo, con cicli di lavoro brevissimi. Dunque, il motore deve avviarsi e arrestarsi a brevi intervalli. In questo caso ad essere decisiva è l’accelerazione del motore, dato che nel processo complessivo conta ogni decimo di secondo. Inoltre, il motore deve essere in grado di dissipare correttamente il calore che si forma durante questo tipo di funzionamento, in modo da escludere un eventuale surriscaldamento.
Zimmer group e Faulhaber: una collaborazione collaudata
Zimmer Group aveva già installato i motori BX4 di Faulhaber nella famiglia di pinze GEH6000, una serie di pinze a corsa lunga che lavorano come le pinze per piccoli componenti. La loro corsa, ossia la distanza tra la posizione di apertura e di chiusura delle ganasce, è decisamente più ampia e può arrivare fino a 80 millimetri. All’interno dello stesso processo il dispositivo si presta quindi a un’ampia gamma di oggetti target di dimensioni diverse. La pinza più piccola, GEP2000, riesce a svolgere il proprio lavoro anche in condizioni di spazio molto limitate, una condizione possibile solo grazie a un motore che fornisce una potenza elevatissima in uno spazio molto ridotto.
Tutte le pinze di questa serie hanno una caratteristica in comune con altri prodotti di Zimmer Group: la potenza del motore viene trasmessa alle ganasce da un azionamento a vite senza fine con filettatura a passo ripido. Anche in caso di black-out, la forza di presa rimane e la rispettiva posizione viene mantenuta. Una volta afferrati, i pezzi da lavorare vengono trattenuti in maniera sicura grazie a questa funzione di bloccaggio automatico, senza necessità di dispositivi aggiuntivi come ad esempio dei freni.
Le elettroniche di controllo presenti nei due tipi di pinze funzionano in modo leggermente diverso tra loro. Nel caso della GEH6000 i segnali dell’encoder dell’azionamento vengono usati per il posizionamento delle ganasce, mentre nella GEP2000 questo compito viene svolto con l’ausilio di un sensore di posizionamento. Entrambe le soluzioni raggiungono un alto grado di ripetibilità: il percorso predefinito delle ganasce viene riprodotto entro un cinquecentesimo.
In tante applicazioni è molto importante il pre-posizionamento durante l’abbassamento della pinza verso l’oggetto target. In spazi limitati, la posizione di apertura spesso può essere solo leggermente più ampia di quella di chiusura. Quando si deve manovrare un braccio robotizzato in un ambiente complesso può anche rendersi necessario effettuare delle impostazioni preliminari molto precise. Zimmer Group utilizza un’elettromeccanica di precisione, dove il motore riveste nuovamente un ruolo cruciale, e una connessione dati flessibile. I dispositivi possono essere dotati di IO-Link e I/O digitali.