Atteindre la précision de positionnement du convoyeur automatisé

À mesure que l'automatisation de la fabrication progresse rapidement, les convoyeurs ne sont pas seulement utilisés pour le transport, mais aussi pour le placement précis des matériaux (ou des produits). Ils sont souvent tenus de livrer régulièrement des produits à un endroit précis. Lors du transport de produits par convoyeur, le choix de l'équipement aura un impact considérable sur la capacité du système à livrer de manière fiable à une position cible, qu'elle soit stationnaire (indexation) ou de nature dynamique. Cet article explore certains types de convoyeurs courants et compare les plages de précision de positionnement auxquelles vous pouvez vous attendre avec chaque type.

Ci-dessous, nous utiliserons les résultats publiés par Dorner Manufacturing en 2019 pour comparer les performances des poulies couronnées et des convoyeurs à guidage en V moleté, ainsi que les données publiées par divers fabricants de convoyeurs. Plusieurs facteurs peuvent avoir un impact sur la position du produit final. Cependant, pour cette discussion, on suppose que le matériau peut être placé avec précision et se déplacer sans glissement sur la surface de la courroie, et sans aucune fixation supplémentaire utilisée.

Historiquement, les convoyeurs ont simplement fourni une méthode de transport de produits d'un endroit à un autre. L'utilisation de convoyeurs dans la fabrication est largement acceptée comme essentielle, car ils offrent de nombreux avantages facilement reconnaissables. Bien qu'ils soient considérés comme essentiels, ils sont souvent considérés après coup dans le processus de conception du système.

L'un des avantages les plus reconnus est la réduction de la main-d'œuvre impliquée dans le transport des produits entre les processus de fabrication. Un autre avantage clé est la réduction des travaux en cours (WIP), qui peut entraîner une réduction des coûts de transport des matériaux ou, dans certains cas, une perte due à la ferraille (la ferraille peut se produire lorsque le matériau est placé dans des conteneurs ou manipulé pendant le transport). Alternativement, dans certaines applications, les convoyeurs peuvent être utilisés pour augmenter intentionnellement le matériau en tant que tampon entre les processus afin d'améliorer l'efficacité globale de l'équipement (OEE). La sécurité peut être un facteur crucial dans l'utilisation des convoyeurs, car ils évitent aux travailleurs d'être en contact direct avec les machines et peuvent potentiellement éliminer certaines blessures liées aux mouvements répétitifs.

Pour cet article, il est important de clarifier un peu de vocabulaire. Le suivi de la bande, tel qu'utilisé ici, fait référence au mouvement latéral (axe x) qui se produit lorsqu'un convoyeur à bande fonctionne. Ce mouvement est basé sur la position de la surface de la courroie par rapport à l'axe central de la broche d'entraînement et de renvoi. Bien qu'il ait un son similaire, le suivi du convoyeur (axe y) est utilisé dans les applications robotiques où la vitesse du convoyeur en mouvement est calculée de manière à ce qu'un robot puisse saisir ou placer des objets en mouvement sur la surface dynamique. Le terme dérive fait référence à l'écart entre la distance de rotation parcourue par la circonférence de la broche d'entraînement et la distance réelle parcourue par la courroie. Cet écart est anticipé, et la position réelle est causée par un micro-glissement de la courroie sur l'axe d'entraînement.

Les convoyeurs à broches couronnées sont utilisés pour déplacer le charbon et le minerai depuis leur invention en 1892 par Thomas Robins. En 1913, Henry Ford a introduit le tapis roulant sur sa chaîne de montage chez Ford Motor Company. À cette époque, les convoyeurs reposaient principalement sur la conception de broches couronnées. La couronne fait référence à une broche avec un diamètre légèrement plus grand au centre de la surface d'entraînement qu'aux bords. Le phénomène physique des bandes transporteuses suivant le plus grand diamètre de la broche et donc auto-centrant ou suiveur est fascinant. Cette méthode de suivi des convoyeurs est acceptée depuis plus d'un siècle.

Lorsqu'elle est poussée d'un côté, la courroie retrouve automatiquement son chemin vers le centre de la broche. Le fait que la ceinture se centre automatiquement après une perturbation reconnaît qu'elle peut également se déplacer dans une certaine mesure ou être déplacée latéralement. Cela peut se produire pour diverses raisons, telles que des incohérences de la bande, un chargement irrégulier sur la bande ou le transfert de matériau sur ou hors d'un convoyeur avec des forces latérales, telles qu'un transfert latéral de produits. Il convient de noter que lors de l'exécution dans la direction non préférée, la capacité de la poulie couronnée à suivre avec précision est plutôt médiocre. La direction préférée est avec la poulie de broche entraînée à l'extrémité de décharge.

Les résultats varient en fonction de la longueur, de la largeur et de la vitesse configurées du convoyeur. Un tel test a été récemment exécuté, et les résultats sont ci-dessous.

Certains fabricants ajoutent une bande de guidage en V à l'arrière de la bande transporteuse pour permettre un suivi plus précis de la bande. En appliquant une telle courroie à un convoyeur avec des rainures de guidage en V dans l'entraînement, les poulies folles et la plaque d'assise du convoyeur, la courroie sera moins susceptible de suivre ou de se déplacer d'un côté à l'autre. Ce processus de fabrication augmente les coûts mais présente plusieurs avantages, notamment une configuration plus facile. Le motif de moletage ou de diamant en relief usiné dans les broches peut également réduire la dérive de la bande. Cependant, ce modèle est moins pratique lorsqu'il est appliqué à une poulie couronnée. Les résultats pour le suivi et la dérive peuvent être significatifs. Notez que les mouvements latéraux et axiaux ont diminué.

Les convoyeurs de précision sont une catégorie quelque peu nouvelle de convoyeurs à bande qui peuvent correspondre aux caractéristiques de suivi d'une bande de guidage en V tout en éliminant la dérive. Ce type de convoyeur peut être à bande plate ou fixe. Bien que des méthodes plus précises de placement de produit soient mentionnées plus loin dans cet article, ce style de convoyeur peut être une alternative moins coûteuse. L'ajout d'un servomoteur à un convoyeur à bande de précision peut améliorer ses capacités de performance, telles que des vitesses plus élevées, des accélérations plus élevées et une indexation plus précise de la position. Notez qu'il n'y a plus de dérive.

Les convoyeurs de palettes sont disponibles dans différents styles qui utilisent des modules de levage et de localisation pour le positionnement des palettes. Bien que plus coûteux, les convoyeurs à palettes offrent plusieurs avantages, notamment un placement précis des produits. Le compromis est que la palette doit s'arrêter et être soulevée en place à l'aide de goupilles qui s'alignent sur la base de la palette. La précision du convoyeur de palettes n'est pas affectée par la dérive ou l'errance, puisque la palette s'arrête pour un positionnement précis.

Les chiffres de précision présentés varient et sont destinés à illustrer les directives générales. Consultez toujours le fabricant de votre convoyeur pour ses données publiées et ses conseils généraux.

Ces convoyeurs se distinguent de deux manières. Premièrement, le produit transporté ne roule pas directement sur une courroie flexible; il est généralement emboîté dans un appareil solidaire de la palette, qui fait office de porteur. Le dispositif permet de s'assurer que l'alignement du produit est cohérent tout au long du processus. La deuxième différence est qu'elles sont asynchrones - les palettes individuelles sont maintenues en place suffisamment longtemps pour terminer le processus. Les palettes peuvent être libérées dans une zone pour rester en file d'attente ou passer directement à la prochaine station de levage et de localisation.

Les différents styles de convoyeurs à palettes comprennent la chaîne flexible, les doubles brins à centre ouvert et les rouleaux à bord à centre ouvert. Chacun utilise des dispositifs de levage et de localisation uniques mais similaires pour positionner avec précision la palette une fois qu'elle arrive à la station de levage et de localisation. Remarquez maintenant que le mouvement latéral et le mouvement axial sont très petits.

En comprenant les caractéristiques de précision de positionnement de divers convoyeurs (tableau 1), vous pouvez sélectionner et appliquer un produit approprié pour répondre ou dépasser les besoins de votre application. Bien qu'il puisse être tentant de choisir le produit le moins cher pour déplacer et positionner les produits, il est important de se souvenir de l'impact que cela peut avoir sur l'OEE de votre équipement. Une incapacité du produit installé à répondre à vos exigences de précision de position peut affecter considérablement vos capacités de production en termes de qualité et de débit.

Récemment, nous avons vu l'application tendance des convoyeurs de type courroie de distribution, à la fois de type à courroie plate et à montage fixe. Les convoyeurs à bande de précision avec servocommande, capacités de vitesse et de débit élevées et élimination de la dérive de la bande sont particulièrement utiles dans les applications robotiques. Les convoyeurs à courroie de synchronisation de précision sont de plus en plus populaires, où un mélange de haute précision et de débit est essentiel. Il y aura toujours un besoin de convoyeurs de type palette, car le travail d'assemblage de haute précision nécessite souvent plus de précision que n'importe quel style de courroie actuel peut offrir.

Cet article a été rédigé par Dan Toynton, spécialiste des convoyeurs, Motion Ai (Birmingham, AL). Pour plus d'informations, rendez-vous ici.

Cet article est paru pour la première fois dans le numéro d'avril 2023 de Motion Design Magazine.

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