Questions à se poser avant d’opter pour un préhenseur à air

Le choix du préhenseur le plus adapté à vos besoins optimise les performances, le temps de fonctionnement et la sécurité si tous les facteurs sont pris en compte.

Dans les secteurs de l’automobile, de la pharmacie, de l’électronique et des biens de consommation, les choix de préhenseurs pour les systèmes d’automatisation Pick-and-place sont nombreux. Les nombreux types de préhenseurs, qui ont tous leur propre taille, leur mode de fonctionnement et le niveau d’interaction humaine requis peuvent vous décourager. Cela conduit à des choix non éclairés qui ne répondent pas aux besoins de votre application. Il est essentiel que vous preniez en compte toutes les variables avant de choisir votre pince pneumatique.

Cet article met en lumière les huit questions à se poser avant de choisir son préhenseur.


1. Quelles sont les exigences de fonctionnement ?

Les utilisateurs et les intégrateurs doivent connaître le fonctionnement de l’installation de fabrication. Dans la fabrication automatisée, le choix se porte sur les préhenseurs électriques ou pneumatiques. Les pinces électriques remplissent la même fonction que les pinces pneumatiques, mais leur coût est deux à quatre fois plus élevé. Les pinces pneumatiques constituent la norme depuis des années, avec plus de 95 % des pinces actionnées par l’air. Les pinces sont idéales lorsqu’elles sont utilisées pour trois tâches basiques :

  • Transfert - Les opérations de transfert exigent que la pince tienne un produit ou un composant pendant qu’il est transféré vers ou depuis un convoyeur, un poste de travail ou une machine. Les applications les plus courantes sont la maintenance des machines, le placement des pièces, le chargement et le déchargement, ainsi que les applications de conditionnement en fin de chaîne. Pour les applications pharmaceutiques, les tâches de distribution et de remplissage sont courantes.

  • Orientation - L’orientation des pièces exige que le préhenseur aligne une pièce avant l’étape suivante du processus, comme le placement dans une boîte.

  • Maintien - Le maintien permet d’effectuer un travail pendant que le préhenseur tient l’objet, par exemple l’application d’une étiquette d’expédition sur la boîte.

 

 



2. L’environnement est-il propre ou contaminé ?

Le choix du préhenseur implique l’identification du préhenseur adapté aux conditions. Il existe deux catégories communes d’environnements opérationnels à prendre en compte :

  • Environnement propre- L’objectif consiste à empêcher que la graisse ou les contaminants présents sur ou dans le préhenseur ne soient libérés dans l’environnement et ne contaminent la pièce ou le processus, comme les aliments et les médicaments. Il est essentiel de disposer d’un environnement de production propre dans les industries médicales, pharmaceutiques, électroniques et alimentaires, où seules de petites quantités de contaminants sont autorisées. Sélectionnez donc un préhenseur qui est homologué pour le travail en salle blanche. Pour garantir un environnement opérationnel propre, des ports de balayage sont disponibles sur de nombreux préhenseurs. Les ports de balayage permettent d’éviter que les contaminants du préhenseur pneumatique ne s’échappent dans l’environnement en utilisant un vide de faible niveau qui crée une pression négative à l’intérieur du préhenseur. Ce vide aspire l’air propre de l’extérieur, empêchant ainsi les graisses ou les contaminants de s’échapper.

  • Environnement contaminé - Dans un environnement contaminé, le préhenseur doit être protégé. Les contaminants comprennent la sciure, les copeaux de métal, les produits chimiques, etc. Le fait d’empêcher les contaminants d’entrer dans un préhenseur permet d’en assurer la fonctionnalité et la durabilité. La poussière, les débris, l’huile et la graisse sont courants dans l’industrie automobile, la fonderie, l’usinage et les applications industrielles générales. Ces environnements peuvent nuire au fonctionnement interne de vos préhenseurs. Afin d’éviter toute contamination, la plupart des préhenseurs pneumatiques sont équipés de ports de purge. Ce port est situé sur le corps du préhenseur et dispose d’un canal atteignant les mécanismes internes. Pendant le fonctionnement, de l’air à basse pression pénètre dans le boîtier du préhenseur. Cette pression empêche les contaminants de pénétrer dans les mécanismes internes. L’utilisation de raccords de graissage ajoute une protection supplémentaire. Dans des environnements extrêmement difficiles, les raccords de graissage peuvent purger la graisse sale.




3. Quel type de protection de préhenseur est nécessaire ?

Qu’il s’agisse d’un environnement propre ou sale, la protection peut dévier les débris du préhenseur et contribuer à empêcher la graisse et les éléments internes confinés de s’échapper dans un environnement propre. Les protections des préhenseurs peuvent être de différents styles et matériaux, y compris de simples caches en tôle formée, des protections flexibles, des soufflets ou des cames à lèvres. La protection peut être standard, en option ou disponible sur demande. Vous pouvez également ajouter votre propre protection lors de l’intégration. L’orientation des préhenseurs par rapport à la direction des contaminants doit également être prise en compte afin de minimiser les surfaces ou les ouvertures en contact avec les débris.

Les préhenseurs pneumatiques peuvent être fabriqués à partir de nombreux matériaux et à l’aide de divers processus. Les matériaux et les revêtements, tels que l’acier inoxydable, le nickelage et l’anodisation dure, peuvent empêcher les surfaces de se corroder ou les débris de provoquer le grippage des mors du préhenseur. Dans les applications de salles blanches ou de transformation des aliments, ces revêtements peuvent également empêcher l’oxydation ou le rejet de bactéries dans l’environnement de travail.

Diverses lubrifications peuvent être à haute température, de qualité alimentaire, ou résistantes à l’eau pour manipuler des environnements spécialisés ou tout besoin d’entretien par lavage. Les joints pneumatiques peuvent supporter des températures extrêmes ainsi que des graviers et des débris. Le Buna-N (nitrile) est normalement considéré comme le joint standard de l’industrie, le Viton® et le silicone étant sélectionnés pour une utilisation à des températures plus élevées. Les joints métalliques sont généralement utilisés dans les préhenseurs pour gérer la chaleur extrême et/ou la contamination.


4. Quelles sont les principales caractéristiques des préhenseurs ?

Une fois que les exigences de l’environnement opérationnel sont comprises, les concepteurs de systèmes peuvent prendre en compte les caractéristiques des préhenseurs, en tenant compte du fait que la conception et la construction déterminent les performances. Les préhenseurs se composent de trois parties : le corps (comprenant la transmission de puissance), les mors et les doigts.

Généralement, le fabricant du préhenseur conçoit et construit le corps et les mors, que l’on appelle le « mode d’actionnement ». Parallèlement, le fabricant de machines fournit des doigts personnalisés pour saisir ou encapsuler la pièce. Quelle que soit l’application prévue, il convient de prendre en compte la longueur appropriée des doigts, tout en conservant à l’esprit qu’une longueur excessive peut entre le grippage d’un préhenseur. En ce qui concerne la force de préhension, une force trop importante endommagera la pièce et une force trop faible entraînera un problème de sécurité et la chute des pièces. La course du préhenseur est également importante. En effet, une trop grande course entraîne une perte du temps de fonctionnement et une trop petite course engendre une mauvaise prise ou un relâchement d’une pièce. Les préhenseurs disposent d’un grand nombre de temps d’actionnement différents qui ont un impact sur le débit d’un processus.


 

La répétabilité est généralement plus importante que la précision et devient essentielle si le processus comprend la préhension de petits objets, par exemple une aiguille de seringue, ou lors d’applications de haute précision où un objet est placé à l’intérieur d’un autre objet pour l’assemblage. Le fabricant publie normalement ces caractéristiques pour tout modèle de préhenseur. Il convient ainsi de consulter les ingénieurs d’application s’ils opèrent en dehors des spécifications de performance du préhenseur.


5. Quel type de mécanismes de soutien des mors devrais-je envisager ?

Les exigences de l’application détermineront le type de mécanisme de support des mors de préhension à envisager. Les différents préhenseurs peuvent être de la même taille et remplir la même fonction, mais peuvent avoir des conceptions complètement différentes, certains étant meilleurs que d’autres pour des environnements de fonctionnement divers.

Il est important de choisir le mécanisme adapté à l’application prévue. Cela garantit un actionnement fiable et précis du préhenseur. Examinons-les en fonction de l’application. Les mécanismes de support de mors communs comprennent :

  • Application à forte charge - Utiliser un palier lisse ou cunéiforme, qui est identifié comme un palier à grande surface de contact glissant. Il s’agit notamment de roulements à surface plane et de roulements à coussinet cylindrique. Une large surface de roulement est idéale pour supporter des charges continues à fort impact. Ce type de mécanisme permet de conserver une grande précision lorsqu’il est usiné avec des tolérances serrées et fournit un support de mors. En général, seul un ajustement limité, voire nul, est possible afin de compenser l’usure du préhenseur.

  • Applications de haute précision à faible coefficient de frottement - Utilisez un préhenseur à roulement à rouleaux à contact linéaire pour ces applications. Ces roulements à faible coefficient de frottement incluent des roulements à rouleaux croisés et des roulements Dual V. Les roulements faisant office de support pour les mors peuvent être préchargés pour plus de précision. Ce système de roulement est facile à entretenir grâce à un réglage externe de la précharge. Utilisez cette configuration dans les applications qui nécessitent un jeu latéral nul des doigts des préhenseurs. Cette conception à faible coefficient de frottement peut également constituer une méthode facile pour « ajuster » la force de serrage en réglant la pression de l’air.

  • Applications de précision à basse pression pneumatique - Utilisez un roulement à billes à contact ponctuel, qui convient bien aux applications de précision. Ce mécanisme peut fonctionner à de faibles pressions d’air où un mouvement fluide et constant est essentiel. Le fonctionnement à faible pression présente un avantage supplémentaire : il réduit les projections de graisse causées par le préhenseur.

Le type de roulement utilisé et l’aire de contact de la surface employée dans la conception du roulement détermineront la capacité de vos préhenseurs à fonctionner à très basse pression d’air, à résister aux chocs, à exécuter des actions répétitives et à présenter des modèles d’usure si l’usure des préhenseurs peut être compensée par le réglage de la précharge du roulement.


6. Quel mode de transmission de l’énergie est nécessaire ?

Le mode de transmission de l’énergie fait référence à la liaison et au transfert de l’énergie du ou des pistons pneumatiques internes aux mors du préhenseur qui s’ouvrent et se ferment, produisant une force de serrage.

  • Applications à force de serrage élevée et à taille de préhenseur - Les applications qui exigent une force de serrage élevée, mais qui sont limitées par l’espace, peuvent nécessiter une conception de préhenseur à verrouillage double face qui offre une grande surface de transmission de l’énergie aux mors avec une répartition égale de la puissance. Ce modèle se caractérise généralement par une conception à un seul piston pouvant présenter un rapport élevé entre la force de serrage et la taille. Le mouvement des mors et des doigts du préhenseur est intrinsèquement synchronisé sans nécessiter de composants supplémentaires. Le verrouillage à double face est robuste et peut supporter des charges d’impact élevées qui peuvent être répercutées sur le mécanisme.

  • Solutions rentables de préhenseurs parallèles - Une conception d’entraînement direct utilise une broche ou une tige pour coupler directement le piston aux mors. Il s’agit normalement de modèles à deux pistons et qui nécessitent une liaison de synchronisation des mors. La conception est simple, rentable et facile à protéger. Il s’agit de la conception de base de votre préhenseur.

  • Solutions rentables de préhenseur angulaire - De nombreux préhenseurs angulaires utilisent une conception à cames avec une transmission de puissance directe et synchronisée et un contact de ligne de roulement pour transmettre la force aux mors. Cette conception comporte un point de pivot par mors avec un nombre minimal de pièces mobiles. La came est capable de générer un avantage mécanique, ce qui permet d’obtenir un préhenseur avec une force de serrage élevée dans un ensemble relativement petit. La came est couramment utilisée dans les préhenseurs à mors à mouvement angulaire et peut être trouvée dans d’autres types de préhenseurs.

  • Applications de haute précision et à haute répétabilité - Pour les applications de précision, la transmission à crémaillère est courante. Le fonctionnement fluide et synchrone d’un système d’entraînement à crémaillère produit une usure minimale des composants de l’entraînement pour une plus grande durabilité. Une crémaillère usinée avec des tolérances serrées permet d’obtenir un jeu de mors nul ou faible. Elle facilite également la construction d’un préhenseur à mors non synchrone.


7. Quelles sont les meilleures conceptions de doigts et les meilleures méthodes de préhension ?

La sécurité avant tout ! Les doigts de serrage doivent être conçus de sorte à éviter la chute de pièces lors d’une perte de pression de l’air. Une analyse de sécurité permet de minimiser les risques de blessures ou de dommages au système en cas de chute d’une pièce. Tenez compte du matériau utilisé pour les doigts de serrage et de la surface de préhension du produit. Les doigts de serrage sont susceptibles de laisser des marques sur le produit. Afin d’éviter que cela n’arrive, il est possible d’utiliser des matériaux doux comme le nylon, le delrin ou des matières plastiques pour les doigts de serrage au lieu de l’aluminium ou de l’acier. Pour les pièces fragiles, des coussinets d’uréthane peuvent être placés sur les doigts, ce qui augmente la friction de préhension sans endommager la pièce.

Vous pouvez envisager trois méthodes de préhension courantes :

  • Préhension par friction - Il s’agit de la méthode de préhension la plus courante, avec des surfaces de contact qui se ferment et s’arrêtent sur la pièce, créant une force de friction qui maintient la pièce. En cas de chute de la pression de l’air, la pièce est relâchée à moins que le préhenseur ne dispose de mécanismes de sécurité intégrés. Les doigts par friction ne doivent pas être utilisés si vous manipulez des pièces huilées ou graissées.

  • Préhension courbe - Les doigts sont construits de manière à profiler la pièce à manipuler, c’est-à-dire arrondi contre arrondi. Les doigts se ferment et exercent une force de pression sur la pièce à la manière d’un arceau. En cas de perte de pression d’air, la pièce est généralement maintenue. Si le poids de la pièce est suffisamment important pour compenser la force de recul nécessaire pour ouvrir le préhenseur, les doigts peuvent « s’écarter » sous l’effet de la gravité et faire tomber la pièce.

  • Encapsulé - Généralement considéré comme le moyen de préhension le plus sûr. Le profil des doigts correspond à celui de la pièce, c’est-à-dire de rectangle à rectangle. Les doigts se ferment et s’arrêtent sur, ou près de, la pièce et s’appuient sur l’encapsulation pour maintenir la pièce en position. Cette conception est considérée comme la plus sûre, car si la pression de l’air est interrompue, la pièce ne tombera pas à moins d’être soumise à une force extérieure.

8. Quels sont les dispositifs de sécurité supplémentaires à prendre en considération ?

En cas de panne d’électricité entraînant une perte de pression d’air opérationnelle, il existe d’autres moyens d’empêcher qu’une pièce ne se détache accidentellement du préhenseur et ne cause éventuellement des blessures corporelles ou des dommages à la pièce ou à la machine.

L’un d’entre eux consiste à utiliser un ressort interne afin de solliciter le piston et ainsi maintenir les doigts ou les mors en position sur ou autour de la pièce. Il faut veiller à ce que la force du ressort soit suffisante. Une deuxième option consiste à utiliser des soupapes de sécurité externes qui sont ajoutées aux ports afin de contrôler l’air vers le préhenseur en position ouverte ou fermée. Une troisième option consiste à utiliser des verrous à tige qui se bloquent automatiquement sur les tiges de guidage des mors en cas de perte de pression d’air. Certains modèles de préhenseurs permettent l’installation de verrous à tige.



Conclusion

Il existe de nombreux préhenseurs pneumatiques qui remplissent la même fonction, mais ce sont leurs caractéristiques et leurs capacités qui déterminent s’ils fonctionneront dans diverses applications. Ces options ont une incidence directe sur la sécurité, les performances et la durabilité de votre application d’automatisation. Posez-vous donc les bonnes questions pour vous aider à faire le bon choix. Nous contacter.

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