Blog

Jul 21, 2023

Alimentadores vibratorios de tazón para ensamblaje automatizado

Los cuencos vibratorios alimentan una amplia gama de piezas de metal y plástico, incluidos tornillos, tuercas, pasadores, clavijas, tapas, enchufes, filamentos de bombillas, insertos roscados y otros sujetadores. Foto cortesía de Mirai.

Los cuencos vibratorios alimentan una amplia gama de piezas de metal y plástico, incluidos tornillos, tuercas, pasadores, clavijas, tapas, enchufes, filamentos de bombillas, insertos roscados y otros sujetadores. Foto cortesía de Mirai Inter-Technologies Systems Ltd.

Este recipiente interior (cascada) alimenta componentes para un producto de consumo desechable. Foto cortesía de Arthur G. Russell Co. Inc.

Los tazones con herramientas exteriores tienen un diseño de paredes rectas. Las piezas viajan dentro siguiendo hasta la parte superior del recipiente, donde son capturadas para una orientación adecuada. Foto cortesía de Homer City Automation

Dependiendo de cómo se interprete, una pregunta puede tener más de una respuesta correcta. Por ejemplo, considere la pregunta: ¿Cuál es el estado de los alimentadores de tazones vibratorios utilizados en el ensamblaje automatizado?

Algunos fabricantes pueden responder “Indiana”, porque en ese estado hay, o han tenido, más proveedores de tazones vibratorios que en cualquier otro lugar del país desde principios de la década de 1950. Otros, sin embargo, pueden interpretar la palabra "Estado" en el sentido de la condición del mercado económico y responder: "muy fuerte". Ellos también estarían en lo cierto.

"El mercado de alimentadores de cuenco vibratorios es vibrante y continúa aumentando para mantener el ritmo de las crecientes demandas de producción", señala Greg Pflum, presidente de Performance Feeders Inc. "Una de las principales razones de esto es que los fabricantes que han relocalizado saben que es necesario automatizar el ensamblaje y minimizar los costos de producción”.

Aunque ahora tiene su sede en Florida, Performance Feeders tenía su sede originalmente en el área de Indianápolis a principios de la década de 1970 y permaneció allí hasta 2007. El proveedor construye tazones de alimentación para OEM y Tier 1 en las industrias automotriz, médica, aeroespacial, de electrodomésticos y de productos de consumo.

El año pasado, diseñó un complejo sistema de alimentación vibratoria de un solo recipiente para un fabricante de dispositivos médicos. El recipiente orienta tres estilos de piezas de plástico cilíndricas de modo que el extremo abierto de la copa quede hacia arriba. Las piezas salen del recipiente en cuatro líneas, que se fusionan en dos líneas y luego se mueven sobre una pista vibratoria de 10 líneas que acumula cientos de piezas antes de liberarlas para su posterior ensamblaje.

El recipiente, que mide 30 pulgadas de diámetro, cuenta con herramientas exteriores que alimentan 300 piezas por minuto. Pflum dice que el recipiente está diseñado específicamente para evitar que las piezas se alojen en las cavidades y queden en el recipiente al cambiar el estilo de la pieza que se alimenta.

Los alimentadores de tazón vibratorio también funcionan extremadamente bien en aplicaciones automatizadas simples, como orientar un tipo de pieza y alimentarla a un robot, tubo de alimentación u otro equipo. Esta flexibilidad es la razón principal por la que los tazones de alimentación se utilizan con tanta frecuencia para singularizar y orientar piezas a granel. El funcionamiento sencillo es otra razón, aunque existen varios consejos, técnicas y mejores prácticas que los fabricantes pueden implementar para optimizar el rendimiento a diario.

Los alimentadores de cuenco vibratorio se clasifican según la ubicación de sus herramientas de alimentación. Los cuencos con herramientas interiores tienen forma de cascada o cónica (como un wok), siendo esta última mucho más común en Europa. Los tazones con herramientas exteriores tienen un diseño de paredes rectas. El utillaje es metálico y está soldado mediante TIG o atornillado al vaso, dependiendo de su material, tamaño y pieza a alimentar.

Los tazones miden de 3 a 60 pulgadas de diámetro; están fundidos en plástico duradero o aluminio y fresados, o fabricados en acero o acero inoxidable. Por lo general, cuentan con herramientas personalizadas para orientar y alimentar una pieza o un conjunto de piezas específico. Por esta razón, la construcción manual de tazones “no es una ciencia, sino un verdadero arte negro que debe aprenderse a través de la experiencia”, afirma Ron Merle, gerente de aplicaciones de Homer City Automation.

Durante la operación, una tolva, un elevador o un prealimentador descarga las piezas en el recipiente, que se asienta sobre una unidad de accionamiento vibratorio. La amplitud de las vibraciones está gobernada por un controlador cercano. Cuando se enciende la unidad de accionamiento, hace vibrar el recipiente y fuerza las piezas hacia las herramientas internas (dentro de los recipientes en cascada) o sobre pistas inclinadas estrechas (en recipientes de paredes rectas).

Las piezas que no están correctamente orientadas por un cierto punto en el interior del herramental se dejan caer nuevamente sobre la sección inferior del herramental y se recirculan. Por el contrario, las piezas de los tazones de paredes rectas viajan por el carril hasta la parte superior del tazón, donde son capturadas para una orientación adecuada. Las piezas mal orientadas son sopladas hacia una bandeja de retorno para su recirculación.

Los comederos vibratorios en funcionamiento producen un nivel de ruido promedio de 90 a 100 decibelios. Este volumen equivale a una sierra circular cortando madera.

Según Merle, los cuencos vibratorios alimentan una amplia gama de piezas de metal y plástico, incluidos clavos, tornillos, tuercas, pasadores, clavijas, tapas, remaches de impacto y autoperforantes, clips, tapones, anillos, filamentos de bombillas, insertos roscados, tornillos autoperforantes. -sujetadores de remachado y otras piezas.

Los tazones en cascada se usan con mayor frecuencia para alimentar piezas simples a moderadamente complejas (como artículos con cabeza) porque tienen un área de herramientas limitada. Se prefieren las pistas exteriores para orientar piezas más complejas.

Curiosamente, los alimentadores vibratorios han sido víctimas de su propio éxito. La tecnología ha funcionado tan bien durante tanto tiempo que no ha sido necesaria la innovación en el diseño y la función del recipiente. Sin embargo, durante la última década han aparecido algunos avances relacionados con otros componentes del sistema de alimentación.

Tradicionalmente, los accionamientos del alimentador se han basado en bobinas electromagnéticas para hacer vibrar los tazones. Pero esa ya no es la única opción. Durante los últimos años, Mirai Inter-Technologies Systems Ltd. ha distribuido accionamientos Sanki con resonadores piezoeléctricos fabricados de cerámica fina (titanato de plomo y circonato de plomo).

"Hemos concientizado a muchos fabricantes de América del Norte sobre los beneficios de esta tecnología japonesa", dice Nathan Scott, gerente de ingeniería y distribución de Mirai. "Más del 90 por ciento de los sistemas de alimentación que construimos ahora cuentan con accionamientos piezoeléctricos".

Debido a que los alimentadores piezoeléctricos son impulsados ​​directamente por ballestas que oscilan a un ritmo elevado, pueden alimentar piezas pequeñas y delgadas sin moverse. Scott dice que los alimentadores piezoeléctricos consumen un 70 por ciento menos de energía que los alimentadores electromagnéticos, no se ven afectados por las condiciones ambientales y no generan calor. Además, el resorte impulsor no requiere ajuste. Una vez que se completan las herramientas, los alimentadores se ajustan digitalmente sin necesidad de ajustar los resortes impulsores. Los controladores se adaptan a 50 o 60 hercios automáticamente.

Afag Automation Inc. fabrica accionamientos de bobina electromagnética, pero funcionan según un principio de contravibración conocido como compensación de fuerza reactiva. Sean McBride, gerente nacional de ventas de Afag, dice que esta tecnología evita la transmisión de vibraciones a los alimentadores lineales conectados, lo que permite montarlos con una tolerancia muy estrecha al lado del tazón.

Sin necesidad de un tope de goma, los alimentadores lineales se ubican con mayor precisión en la salida del tazón y cerca de los dispositivos de escape. La tecnología también permite la alimentación de piezas con geometría compleja.

Otro componente importante del sistema alimentador es el controlador, que libera un pulso de corriente cronometrado desde la línea eléctrica a través de las bobinas impulsoras para crear vibración. El controlador debe sintonizarse para que su frecuencia de pulso por segundo coincida con la de la línea eléctrica: 60 hercios en América del Norte y 50 hercios en Europa y la mayor parte de Asia.

Los controladores VibroBlock de Arthur G. Russell Co. Inc. son autoajustables. La electrónica de última generación dentro del controlador varía la duración del pulso de energía al variador de forma automática y muy ligeramente, lo que resulta en un control estricto de la amplitud y un funcionamiento eficiente del tazón, dice Bill Mis, vicepresidente de ventas de Arthur G. Russell.

"A medida que un recipiente se vacía y se vuelve más liviano, las piezas a menudo comienzan a saltar mucho más violentamente que cuando el recipiente estaba lleno", explica Doug Daubenspeck, ingeniero de proyectos durante 26 años en Vibromatic Co. Inc. "En el pasado, las únicas opciones del operador Habría sido reducir manualmente la frecuencia de vibración o agregar más piezas”.

Sin embargo, hoy en día los fabricantes utilizan un controlador digital en su sistema de alimentación para garantizar una frecuencia constante. Con la serie MFS (fabricada por la empresa alemana REO), un operador ingresa un punto de ajuste de frecuencia y el controlador lo mantiene independientemente de cuántas piezas haya dentro del recipiente de alimentación. Vibromatic vende el controlador desde 2001.

Otra área donde la tecnología ha avanzado y ha permitido a los ensambladores mejorar drásticamente el proceso de posicionamiento de piezas es la visión artificial. Las cámaras y los sensores de visión son más rápidos, precisos y más baratos que nunca. Es más, aumentan en gran medida la flexibilidad de los sistemas de tazones de alimentación para manejar piezas de diversos tamaños y formas.

Como resultado, los sistemas de visión se integran regularmente en las herramientas del tazón, señala Gary Marsh, vicepresidente ejecutivo de ventas de Shibuya Hoppmann Corp. Las cámaras verifican con precisión la orientación de la pieza en la salida del tazón, mientras que los sensores a menudo monitorean varias áreas del tazón para activar automáticamente el prealimentador o la tolva para mantener las piezas en un nivel óptimo para el funcionamiento del tazón. Incluso se pueden utilizar sensores fotoeléctricos para apagar los alimentadores de tazones cuando un operador está ausente o los niveles de piezas son demasiado bajos.

Aunque los tazones vibratorios generalmente están diseñados para alimentar solo una pieza robusta específica, existen varias formas de aumentar su flexibilidad. Para alimentar piezas frágiles, la superficie del recipiente (interior y exterior) se puede revestir con uretano, caucho, teflón o poliuretano. Dave Goodenough, director de desarrollo de tecnología robótica de Edgewater Automation, afirma que este revestimiento también reduce el ruido.

Las piezas siempre deben estar limpias y secas, independientemente del tamaño o material, recomienda McBride. Los fabricantes también deben asegurarse de que los tipos de piezas utilizadas en la prueba final sean los mismos que se utilizarán en la producción real. Si difieren, es posible que el proveedor no esté proporcionando el diseño de tazón óptimo.

Cuando se trata de una operación adecuada del alimentador, confíe más en su proveedor a menos que el operador tenga amplia experiencia o capacitación. McBride también sugiere dar a los supervisores de línea y a los técnicos más acceso de control a los alimentadores que a los operadores.

También es una buena idea establecer y cumplir un programa regular de limpieza y mantenimiento. Esto podría incluir limpiar con cuidado o usar aire para limpiar todas las áreas de la taza y eliminar el polvo y los residuos. Los alimentadores que manipulan piezas recubiertas definitivamente necesitan una limpieza adicional, dice McBride.

"Esfuércese siempre por lograr un rendimiento constante del alimentador", dice Scott. “Si el alimentador funciona bien por la mañana pero mal más tarde durante el día, podría ser que las bobinas electromagnéticas se vean demasiado afectadas por las diferencias de temperatura, voltaje o frecuencia en la línea de montaje. Usar un accionamiento piezoeléctrico puede resolver este problema”.

Asegúrese de que el espacio libre de las secciones contenidas tenga la altura adecuada. Scott dice que se debe evitar demasiado o muy poco. Espacio suficiente es aquel que permite que las piezas avancen (bajo vibración) sin atascarse entre las orugas.

Al alimentar componentes electrónicos sensibles, como condensadores de chip, resistencias de chip y conectores, Scott recomienda utilizar alimentadores piezoeléctricos. La razón es que estos alimentadores vibran con mayor frecuencia y menor amplitud.

"Un comedero sirve para alimentar las piezas, no para almacenarlas", dice Merle. “No diseñe su sistema de modo que el operador simplemente arroje las piezas y se vaya hasta que el recipiente esté casi vacío. Confíe en el prealimentador o la tolva para eso. Llenar demasiado un recipiente provoca atascos frecuentes, pero muy pocas piezas provocarán una velocidad de alimentación inadecuada”.

Siempre que sea posible, los fabricantes deben involucrar a los proveedores de alimentadores en el diseño de las piezas. Hacer esto elimina el costoso y lento problema de hacer que ciertas piezas sean más amigables con el alimentador después del hecho. Los ejemplos, según Merle, incluyen piezas 3D que pueden requerir que se les agregue una pestaña o piezas asimétricas que deben hacerse más simétricas.

Daubenspeck destaca la importancia de mantener afinado el accionamiento del alimentador. Cuando está mal sintonizado, las bobinas tienen un resorte excesivo o insuficiente y la tensión de la bobina no se corresponde con la frecuencia natural de la masa del alimentador. Cualquiera de las dos condiciones impide que la masa del alimentador regrese a su posición neutral antes de que ocurra el siguiente pulso dentro de 0,5 segundos. La corriente normal de 60 hercios produce 120 ciclos magnéticos por segundo y los transmite al recipiente.

"Tenga en cuenta que la calidad de las piezas que alimenta puede cambiar con el tiempo", dice Pflum. “Las piezas formadas con un troquel nuevo pueden no tener rebabas, pero, años más tarde, a medida que el troquel se desgasta, pueden aparecer rebabas. Cambiar de proveedor de piezas también puede dar lugar a que las piezas sean más difíciles de alimentar y orientar”.

Jim es editor senior de ASSEMBLY y tiene más de 30 años de experiencia editorial. Antes de unirse a ASSEMBLY, Camillo fue editor de PM Engineer, Association for Facilities Engineering Journal y Milling Journal. Jim tiene un título en inglés de la Universidad DePaul.