Tecnología de accionamiento para máquinas flexibles

Los procesos de envasado son extremadamente complejos: las máquinas deben cargarse automáticamente tanto con el material de envasado como con los respectivos productos. Los sistemas de automatización deben realizar una serie de tareas antes de que el paquete acabado pueda salir de la máquina. Los procesos involucrados en la manipulación y el proceso de envase y embalaje real requieren una gran cantidad de servoaccionamientos potentes, que a menudo también tienen que funcionar con robots de pick&place. Por lo tanto, es extremadamente práctico si los diferentes componentes se pueden controlar con un solo controlador. Esto significa que el programador puede concentrarse completamente en la aplicación sin tener que preocuparse por la tecnología subyacente de los diferentes sistemas.

Imagen 1. La máquina flexible envasa muestras de cosméticos y perfumes individualmente para promociones. Foto: Esatec.

Esatec, empresa francesa especializada en máquinas de envasado, ha desarrollado una máquina de envasado altamente flexible en forma de Turbomailing (Imagen 1). Esta máquina es capaz de colocar y pegar casi todo tipo de productos rígidos y flexibles, ya sea precortados o en rollo, sobre cualquier soporte o lámina de cartón y luego doblar los envases. Estos incluyen, por ejemplo, muestras de perfume o cosméticos, tarjetas de regalo, Blu-ray y DVD, así como sobres para polvos, líquidos o alimentos. A2C, la empresa matriz de Esatec, ya utiliza este tipo de envasadora Turbomailing en su planta de Puymoyen, en el departamento de Charente (Francia). La empresa está especializada en operaciones de envasado para las industrias cosmética y alimentaria y, gracias a su maquinaria, es capaz de responder con extrema rapidez a una amplia variedad de requisitos de los clientes.

Imagen 2. Dependiendo de la especificación del producto, se crean entre 6.000 y 10.000 envases de alta calidad por hora. Foto: Esatec.

En Puymoyen, la nueva máquina Esatec se utiliza para envasar muestras de cosméticos y perfumes individualmente para su uso en promociones. Los diferentes modos de funcionamiento permiten acomodar hasta tres muestras diferentes en un soporte y, si es necesario, combinarlas también con folletos de instrucciones. Las muestras y los soportes se introducen primero en la máquina en una cinta transportadora y se colocan en la estación de carga mediante un alimentador de fricción. Un robot delta de cuatro ejes y otra unidad patentada de pick&place de cinco ejes colocan las muestras en el soporte, que luego se pliega dos o tres veces. Dependiendo de la especificación del producto, de esta manera se crean entre 6.000 y 10.000 unidades de envases de alta calidad por hora (Imagen 2). Por lo tanto, los tiempos de ciclo son extremadamente cortos, lo que significa que los accionamientos muy rápidos son esenciales. Por tanto, se seleccionaron componentes de Yaskawa tanto para la robótica como para los servoaccionamientos por varias razones.

Imagen 3. El robot delta tiene cuatro ejes controlados con precisión, lo que lo hace ideal para este tipo de aplicaciones de pick&place: es capaz de colocar incluso los productos más pequeños en un espacio reducido de forma rápida y con precisión milimétrica. Foto: Yaskawa.

El robot delta D4 de Codian Robotics (Imagen 3), por ejemplo, utilizado en la máquina de envasado tiene cuatro ejes controlados con precisión, lo que lo hace ideal para aplicaciones de pick&place, ya que es capaz de colocar rápidamente y con precisión milimétrica con una reproducibilidad de 0,1 mm incluso los productos más pequeños en un espacio limitado. Si bien la segunda unidad de pick&place es más adecuada para objetos planos, la forma del producto no tiene importancia para este robot. Equipado con un sistema de visión por cámara, el robot delta recoge elementos de cualquier forma que entrega el transportador de fricción.

Imagen 4. Características tales como arranque rápido, alta producción y máxima fiabilidad operativa fueron el foco al desarrollar los servoaccionamientos de la serie Sigma-7. Foto: Yaskawa.

Los servodrives de la serie Sigma-7 (Imagen 4) controlan el resto de las tareas asociadas con la carga de la máquina y el envase de las muestras de cosméticos y perfumes. Dos de estos servoaccionamientos accionan la cinta transportadora principal, mientras que dos más aseguran un espaciado de productos controlable en el transportador de fricción. Los cinco ejes de la unidad patentada pick&place también se mueven mediante estos accionamientos y se instala un servoaccionamiento Sigma-7 en la unidad de plegado.

Hubo muchas razones por las que se utilizaron estos sistemas de accionamiento. Por ejemplo, al desarrollar los servoaccionamientos de la serie Sigma-7, la atención se centró en características como un arranque rápido, una alta productividad y una máxima fiabilidad operativa, que beneficiaron a los diseñadores de la máquina de envasado. También hubo una gran selección. Los servomotores de CA cubren salidas de 50 W a 15 kW con voltajes de alimentación de 200 y 400 V, cuentan con dimensiones extremadamente compactas y son muy silenciosos cuando están en funcionamiento. La serie incluye módulos amplificadores estrechos de uno y dos ejes para 200 V o 400 V en un diseño que ahorra espacio. Estos se pueden alinear sin problemas en el armario de control y se pueden conectar en cadena fácilmente si es necesario. Esto reduce el trabajo de instalación requerido. También hay una ventaja adicional en términos de espacio: a temperaturas ambiente de -5 °C a + 55 °C, no se requiere refrigeración adicional. Los servos cuentan con una resolución impresionantemente alta (encoder absoluto de 24 bits integrado), alta dinámica, así como funciones como supresión de vibraciones, supresión de frecuencias de resonancia de la máquina y una función sin “Auto-tunning” para un arranque sencillo.

Los servodrives y el robot delta se pueden controlar con un solo controlador. Esto es posible gracias al controlador de máquina compacto MP3300iec RBT utilizado en el Turbomailing (Imagen 5). Yaskawa lo recomendó al especialista francés en máquinas de envasado, principalmente debido a la programación de aplicaciones estandarizada utilizando una única herramienta de software con bloques de función estándar PLCopen y específicos de Yaskawa, que están disponibles de forma gratuita y simplifican significativamente la programación del sistema. Las funciones integradas también incluyen herramientas de visualización, sistemas de cámaras de visión artificial, seguimiento del transportador y un grupo de cajas de herramientas para admitir el código G, además de muchas más funciones. Los ingenieros mecánicos pueden incluso utilizar esta solución para implementar robots sin la necesidad de un dispositivo de programación (teachbox) o un lenguaje de programación de robot patentado. La secuencia de movimiento de los ejes individuales del robot se calcula en el firmware del controlador y se transfiere al controlador del robot. El programador puede así concentrarse en la aplicación sin tener que preocuparse por la compleja tecnología subyacente.

Imagen 5. Los servoaccionamientos y el robot delta se pueden controlar con un solo controlador. Esto es posible gracias al controlador de máquina compacto MP3300iec RBT. Foto: Yaskawa.

Los servoaccionamientos también se pueden programar en el mismo entorno de software. Con el bus Ethernet Mechatrolink III en tiempo real, el controlador compacto facilita la sincronización de robots y servoaccionamientos. El controlador de movimiento realmente destaca cuando se combina con los servosistemas Sigma-7: de esta manera se pueden controlar hasta 62 ejes reales y 2 virtuales. Además de los datos de proceso, los servosistemas también proporcionan al controlador información de estado, como un análisis de vibraciones. Estos datos permiten sacar conclusiones sobre el estado del sistema en general y permiten una planificación de mantenimiento eficiente. En conjunto, esto da como resultado las mejores condiciones para aplicaciones de movimiento potente, como en la máquina de embalaje descrita.