Các dạng máy bôi keo tự động phổ biến trong công nghiệp

Robot bôi keo để bàn

Hợp lý khi khẳng định rằng một số nhà công nghệ và nhà sản xuất muốn phân phối robot. Tuy nhiên, sự khác biệt là nhưng người đi trước lại muốn loại bỏ chúng, trong khi nhóm đi sau muốn phát triển nhiều hơn với chúng — cụ thể là các mô hình Descartes và SCARA. Lý do rất đơn giản: Robot phân phối chất kết dính và các vật liệu khác nhanh hơn và chính xác hơn con người, ít lãng phí.

Các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm tại một nhà sản xuất thiết bị điện tử theo hợp đồng biết điều này. Trong hai năm qua, họ đã sử dụng hệ thống phân phối có thể tùy chỉnh trên bàn của Dispense Works Inc. để nhanh chóng lắp ráp một bộ cảm biến thủy tinh nhỏ. Trước đó, ba công nhân đã chiết riêng biệt một lượng nhỏ silicone lưu hóa ở nhiệt độ phòng từ một ống tiêm cầm tay vào khung chì và đặt một cảm biến thủy tinh (hình vuông 0,0625 inch) lên khung.

Theo Emil Cindric, chủ tịch của Dispense Works, quy trình thủ công tốn nhiều công sức, lãng phí nguyên liệu và dẫn đến chất lượng sản phẩm không đồng nhất. Để loại bỏ những vấn đề này, công ty của ông đã phát triển một hệ thống có robot Descartes với dụng cụ đặc biệt được gắn trên giàn (Gantry). Bên cạnh việc pha chế, công cụ thực hiện lắp ráp và thử nghiệm các bộ phận được hướng dẫn bằng mô phỏng.

Một phần của dụng cụ chứa một ống tiêm để di chuyển và phân phối silicone trên khung. Phần còn lại sử dụng chân không để nâng cảm biến và đặt nó trên khung. Sau vài giây, công cụ hút chân không nâng bộ phận đã lắp ráp và đặt nó lên băng tải. Tổng thời gian chu kỳ là 3 giây. Bên cạnh việc đảm bảo chất lượng bộ phận phù hợp, hệ thống còn tiết kiệm cho phòng thí nghiệm 32.000 đô la mỗi tuần.

Sử dụng robot để phân phối vật liệu để lắp ráp không phải là mới. Trên thực tế, các nhà cung cấp đã chế tạo những chiếc máy này hơn 30 năm. Tuy nhiên, trong thập kỷ qua, họ đã làm cho robot để bàn dễ sử dụng hơn bằng cách đơn giản hóa phần mềm cần thiết để tạo ra các mẫu pha chế. Quan trọng không kém, họ đã mở rộng khả năng và sự hấp dẫn của robot bằng cách cung cấp cho các nhà sản xuất nhiều tùy chọn tính năng hơn.

Một cách hay nhiều hơn

Khi các rô bốt giàn SCARA và Descartes lần đầu tiên được phát triển vào cuối những năm 1970 và đầu những năm 1980, chúng chỉ có sẵn với kích thước tương đối lớn. Sự phát triển của chúng đối với kích thước để bàn đã xuất hiện nhờ vào quá trình thu nhỏ sản phẩm.

Robot để bàn thường có đường bao công việc từ 200 đến 1.000 milimét (khoảng 3 feet) vuông, nhưng chúng hoạt động theo cách giống như những người anh em lớn hơn của chúng trong chu kỳ pha chế. Sau khi bộ phận được cố định, cánh tay hoặc giàn robot (với ống tiêm được gắn) sẽ di chuyển đến bộ phận hoặc các bộ phận, phân phối vật liệu và trở lại vị trí ban đầu của nó.

Robot SCARA có bốn trục chuyển động. Hai khớp đầu tiên là khớp hướng tâm trong mặt phẳng nằm ngang cho phép cánh tay xoay quanh đế của nó và tự gập vào giống như một màn hình gập. Trục thứ ba, hoặc trục Z, tạo ra chuyển động thẳng đứng, trong khi trục thứ tư tạo ra chuyển động quay quanh trục Z.

SCARA xuất sắc trong hai ứng dụng khác nhau. Một là nâng và chuyển ống tiêm theo chiều ngang một khoảng cách ngắn và đặt nó ngay phía trên bộ phận trước khi phân phối vật liệu. Cách khác là chuyển ống tiêm theo chiều ngang qua một khoảng cách xa hơn hoặc một vật thể (như băng tải) trước khi phân phối. Robot SCARA lý tưởng cho các ứng dụng này vì chúng không bao giờ nghiêng ống tiêm.

Robot SR4404 SCARA bốn trục của Nordson EFD bao phủ khu vực làm việc 440 milimet vuông và nhanh chóng truy xuất tới 255 chương trình pha chế và 30.000 điểm. Các tính năng tiêu chuẩn bao gồm phần mềm điều khiển chuyển động PC và động cơ bước năm pha với bộ mã hóa, đảm bảo hoạt động trơn tru. Một mặt dây chuyền dạy học tùy chọn cho phép người vận hành tạo trình tự pha chế mà không cần sử dụng PC.

Trên rô bốt Descartes, ống tiêm được gắn di chuyển theo đường thẳng dọc theo các trục X, Y và Z. Mỗi trục là một cơ cấu truyền động tuyến tính riêng biệt được dẫn động bởi một trục vít me hoặc dây curoa. Một số kiểu máy xoay ống tiêm theo trục Z hoặc song song với nó theo trục thứ tư.

Các lợi ích chính của robot Descartes đối với các ứng dụng pha chế là độ chính xác và độ lặp lại tốc độ cao và tính mô đun. Bởi vì rô bốt Descartes phân bổ tải đồng đều trên một khung cứng, nó phân phối vật liệu một cách chính xác và liên tục ở tốc độ cao. Cấu trúc mô-đun của robot cho phép nhanh chóng sửa chữa hoặc thay thế các trục riêng lẻ và toàn bộ hệ thống có thể được tháo rời để sử dụng trong các ứng dụng điều khiển chuyển động khác.

Theo các nhà cung cấp, rô bốt SCARA yêu cầu ít không gian bàn hơn rô bốt Descartes, nhưng cần nhiều khoảng không hơn. Một sự khác biệt nữa là phong bì công việc. SCARA là hình trụ, trong khi Descartes là hình chữ nhật.

Năm ngoái, Fisnar đã giới thiệu robot Descartes F7405 của mình, có chiều sâu dấu chân tổng thể dưới 30 inch và đế đúc hạng nặng mang lại sự ổn định và đảm bảo phân phối nhất quán trên toàn bộ khu vực làm việc 400 milimet vuông. Robot di chuyển theo năm trục: X, Y và Z, cũng như xoay và nghiêng trên trục Z.

Karlo Lapasaran, kỹ sư trưởng dự án tại Fisnar Inc., lưu ý: “Trong suốt những năm 1980 và 1990, các nhà sản xuất điện tử có xu hướng sử dụng rô bốt SCARA để đặt mạch và các thành phần khác trên PCB hơn là phân phối”, Karlo Lapasaran, kỹ sư trưởng dự án tại Fisnar Inc. trong ngành công nghiệp đó đã xem xét nghiêm túc các robot Descartes để pha chế vì lập trình đơn giản hơn của chúng. ”

Kể từ đó, robot Cartesian để bàn đã trở nên phổ biến với các nhà sản xuất điện tử cho một loạt các ứng dụng pha chế. Họ cũng nhận thấy sự ưu ái với các nhà sản xuất ô tô, thiết bị y tế, bảng điều khiển năng lượng mặt trời và đồ trang sức, cũng như những nhà sản xuất trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

Cindric cho biết các nhà sản xuất thiết bị y tế sử dụng robot Descartes của công ty ông để pha chế chất kết dính kết dính các bộ phận nhỏ khác nhau của máy bơm máu. Trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, một nhà sản xuất sử dụng một robot để bàn tùy chỉnh với tầm nhìn trên máy bay để định hướng các thấu kính thủy tinh được khắc cho một máy bay quân sự. Sau khi rô-bốt phân phối một loại mực đặc biệt che đi viền của ống kính, một đầu chọn và đặt sẽ tự động tải nó lên một pallet.

Phil Cohen, giám đốc bán hàng quốc gia của Janome IE USA Inc., giải thích: “Mục tiêu của chúng tôi là giúp các nhà sản xuất thực hiện một công việc bình thường, như pha chế thủ công và tự động hóa nó để đảm bảo sự đồng nhất của các chấm và hạt”, Phil Cohen, giám đốc bán hàng quốc gia của Janome IE USA Inc., giải thích: “Các robot pha chế tiêu chuẩn ngày nay, dù là Cartesian hay SCARA, hãy làm cho mục tiêu đó có thể đạt được và giá cả phải chăng. ”

 

Vật liệu và các vấn đề khác

Các phương pháp pha chế khác nhau giữa các robot để bàn, mặc dù áp suất thời gian khí nén vẫn là phổ biến nhất. Trong phương pháp này, một bộ điều khiển kỹ thuật số điện tử áp dụng một lượng áp suất không khí đo được, trong một khoảng thời gian đo được, vào mặt sau của ống tiêm dùng một lần (3 đến 55 cc), ép vật liệu ra khỏi đầu bơm. Đối với các ứng dụng yêu cầu độ chính xác, hệ thống phân phối có thể sử dụng động cơ bước hoặc động cơ servo (thay vì khí nén) để tác động lực lên pít-tông đẩy vật liệu ra khỏi thùng ống tiêm.

Bộ điều khiển là chìa khóa để pha chế chính xác, bất kể phương pháp nào. Nó đảm bảo độ chính xác bằng cách lưu trữ cài đặt cho các vật liệu cụ thể, tự động điều chỉnh cài đặt theo thời gian và cho phép các kỹ sư khóa cài đặt để ngăn người vận hành điều chỉnh không cần thiết.

Tùy thuộc vào nhà cung cấp, robot để bàn có thể được mua có hoặc không có hệ thống pha chế được cài đặt. Điều này mang lại cho người dùng cuối sự linh hoạt khi mua một hệ thống khác từ bên thứ ba, thay vì chấp nhận những gì được cung cấp. Một ví dụ điển hình là khi ứng dụng yêu cầu hệ thống phân phối ảnh chụp microlit, nhưng hệ thống được cung cấp thiếu khả năng này.

Một số nhà cung cấp, như Techcon Systems, tự chế tạo hệ thống pha chế và các thành phần (máy bơm, ống tiêm, van, đầu tip) và yêu cầu chúng phải được sử dụng với robot của họ. Những người khác chỉ chế tạo robot và mua tất cả các thiết bị và linh kiện pha chế của họ từ các nhà cung cấp đặc biệt.

 

Một nhà sản xuất thiết bị y tế sử dụng robot Descartes nhỏ nhất của Techcon, TSR2201, để phân phối cyanoacrylate và các thành phần liên kết được sử dụng trong thiết bị theo dõi tim di động. Robot đã thay thế ba công nhân dán các hạt kết dính theo cách thủ công lên 300 bộ phận mỗi ngày, với tỷ lệ loại bỏ từ 7 đến 10 phần trăm.

Van màng TS5622VU và bộ điều khiển van TS250 giữ cho hệ thống phân phối hoạt động trơn tru, cho phép công ty tăng sản lượng lên đến 500 bộ phận mỗi ngày và giảm tỷ lệ loại bỏ xuống dưới 1%. Một người điều khiển duy nhất giám sát robot.

Gần như tất cả các rô bốt để bàn đều có hệ thống phân phối xử lý các vật liệu có độ nhớt thấp và cao (1 đến 2 triệu centipoise), bao gồm chất kết dính một phần và hai phần, cyanoacrylates, chất kết dính có thể xử lý được bằng tia cực tím, chất bịt kín, thuốc thử, lớp phủ tuân thủ, chất hàn và chất bôi trơn. Các ứng dụng bao gồm từ nạp khí và làm bầu, đến đổ đầy, liên kết và bảo vệ PCB bằng các lớp phủ bảo vệ.

Johnathan Titone, đại diện bán sản phẩm của Nordson EFD cho biết: “Đối với bất kỳ ứng dụng pha chế nào, bao gồm cả robot để bàn, việc lựa chọn van phù hợp là rất quan trọng. “Ví dụ, một vật liệu nhớt như keo hàn cần có van tăng áp, trong khi van màng là lựa chọn tốt cho chất kết dính UV và cyanoacrylat có độ nhớt từ thấp đến trung bình. Van kim được thiết kế để xử lý các vật liệu có độ nhớt cao như dầu mỡ. ”

Keo nóng chảy theo truyền thống không được phân phối bởi robot để bàn do thời gian khởi động lâu và tắc van thường xuyên. Tuy nhiên, vào cuối tháng này, Techcon Systems sẽ giới thiệu một loại van cho phép robot Descartes của công ty phân phối vật liệu một cách hiệu quả về mặt chi phí.

Ana Maria Grigonis, kỹ sư bán hàng và ứng dụng tại Fisnar cho biết: “Chuyển từ pha chế thủ công sang pha chế bằng robot để bàn luôn có ý nghĩa kinh tế. “Pha chế bằng robot mang lại một số lợi ích, do đó, giảm chi phí pha chế trong thời gian ngắn và dài hạn”.

Grigonis cho biết thông lượng cao hơn, ít lãng phí vật liệu và quá trình làm lại, và thời gian chu kỳ ngắn hơn là điều quan trọng nhất đối với các nhà sản xuất. Họ cũng muốn pha chế có thể lặp lại, đáng tin cậy, chính xác và không có lỗi.

Can La, giám đốc sản phẩm tại Techcon, cho biết thời gian thiết lập nhanh hơn và an toàn hơn cho người lao động là những lý do khác khiến các nhà sản xuất sẵn sàng đầu tư từ 6.000 đến 20.000 USD cho một robot pha chế để bàn. Ông lưu ý rằng một số nhà sản xuất thích pha chế tự động vì nó gần như loại bỏ việc xử lý nguyên liệu của công nhân.

Để kết hợp phù hợp rô bốt với một hoặc nhiều ứng dụng, nhà cung cấp cần biết kích thước của từng bộ phận và mức sản xuất mong muốn. Điều quan trọng không kém là số lượng điểm phân phối và mẫu mỗi chu kỳ, loại và số lượng (chấm, hạt, hình tròn, mẫu phức tạp) của vật liệu được phân phối. Lapasaran nói rằng các yếu tố môi trường làm việc – chẳng hạn như nhiệt độ xung quanh, độ ẩm và cách vật liệu xử lý – cũng cần được giải quyết.

Một điều quan trọng

Cohen nói: “Nhiều năm trước, lý do chính mà các nhà sản xuất sử dụng robot pha chế để bàn là để cắt giảm chất thải nguyên liệu. “Ngày nay, trọng tâm chính của họ là đảm bảo người vận hành có thể định cấu hình và truy xuất mẫu pha chế mà không cần phải học lập trình phức tạp.”

Cohen nói rằng tất cả 15 robot SCARA (trục đơn, trục kép và phòng sạch) trong dòng JS của Janome đều dễ vận hành. Các rô bốt có chiều dài cánh tay từ 250 đến 1.000 mm và có một bộ tuần tự tích hợp có thể thực hiện tới 100 chương trình hoặc 1.000 bước. Người vận hành có thể hiển thị đơn vị đo theo inch hoặc milimét theo yêu cầu.

Hoạt động dễ dàng cũng là một điểm bán hàng quan trọng của mô hình Descartes. Dòng EV ba trục từ Nordson EFD đi kèm với phần mềm DispenseMotion hướng dẫn thị giác cho phép người vận hành nhanh chóng tạo ra các mẫu phân phối làm bằng dấu chấm, đường thẳng, hình tròn, cung tròn hoặc cung tròn ghép. Các mẫu EV có camera bút chì để xác minh sự hiện diện của sản phẩm và một máy tính nhỏ được trang bị phần mềm DispenseMotion cho phép người vận hành điều khiển chuyển động của robot trên bất kỳ trục nào.

Tất cả ba robot Descartes trong dòng RP của Dispense Works đều có màn hình LCD hiển thị thời gian chu kỳ, số lượng lô, tỷ lệ phần trăm hoàn thành và các thông số pha chế khác trong thời gian thực. Các robot có các khu vực làm việc từ 6 x 4 inch đến 5 x 12 feet.

Không bằng lòng với việc chỉ làm cho robot để bàn dễ vận hành hơn, các nhà cung cấp đã tăng cường và nâng cao các tùy chọn tính năng mà họ cung cấp cho các nhà sản xuất. Hệ thống thị giác tích hợp, ví dụ, chụp và phân tích hình ảnh của các bộ phận để đảm bảo rằng vật liệu được phân phối đúng cách.

Các tùy chọn khác bao gồm máy quét mã vạch (để xác minh sản phẩm), rèm che sáng (để đảm bảo an toàn cho người lao động) và giao thức fieldbus giúp đơn giản hóa mạng tự động hóa. Techcon thậm chí còn cung cấp một thiết bị cảm biến điều chỉnh chiều cao kim tiêm mà không cần phải lập trình lại hệ thống phân phối.