Вакуумни захващащи системи

• Вакуумът е сред най-популярните технологии при хващачите за индустриални роботи и коботи
  
  
• Вакуумните хващачи са все по-търсени в съвременната индустрия поради изключителната им гъвкавост, безопасност, прецизност и издръжливост
  
  
• Тези системи разполагат с една или повече на брой смукателни вендузи (чашки или пластини), които могат да са силфонни или плоски, най-често са с кръгла или овална форма и са изработени от мек и гъвкав материал

Вакуумът е сред най-популярните технологии при хващачите за индустриални роботи и коботи поради множеството предимства, които осигурява. Вакуумните захващащи модули са специализирани крайни изпълнителни устройства, които са все по-търсени в съвременната индустрия за различни стандартни и специфични приложения поради тяхната универсалност, стабилност и издръжливост. Тези устройства позволяват сигурно захващане и прецизно манипулиране с обекти с разнообразна форма, материал и размери, включително плоски, крехки, чупливи и ронливи изделия, кашони, опаковки и т. н.

Значително преимущество на вакуумните хващачи е способността им надеждно да повдигат и преместват детайли с плоски повърхности и голяма площ, например заготовки от листов материал. Те са отлично решение за транспортиране на обекти, при което се изискват точно позициониране и минимален контакт с продукта. Сред водещите приложения на тези системи са задачи като палетизиране, pick-and-place операции, асемблиране и обслужване на машини, а основни сектори, в които се използват, са серийното производство, хранително-вкусовата, фармацевтичната, козметичната и опаковъчната промишленост, електрониката, складовата дейност и логистиката, лабораторната автоматизация, индустриалния печат и др.

Устройство и принцип на работа

Вакуумните хващачи, известни още като смукателни хващачи, разполагат с една или повече на брой смукателни вендузи (чашки/пластини), които могат да са силфонни или плоски, най-често са с кръгла или овална форма и са изработени от мек и гъвкав материал. В модерната индустрия се предпочитат вариантите от синтетични материали, като силикон или PVC, пред тези от естествен каучук. Причина за това е значително по-голямата здравина и издръжливост на синтетичните вендузи на опън, износване, екстремни температури и т. н.

Вакуумният захващащ механизъм използва принципите на динамиката на флуидите и засмукването. Той създава среда с по-ниско от атмосферното (отрицателно) налягане в зоната на захвата. Разликата в налягането поражда частичен вакуум, който се използва за сигурно закрепване на обекта. Вакуумът се генерира чрез вакуумна помпа, вентилатор или друг тип апарат, например система с ефект на Вентури, която изтегля въздуха от зоната между захващащото устройство и обекта.

Предимства на системите на Вентури са тяхното бързодействие, възможността за генериране на вакуум чрез компресиран въздух, както и опцията за предварително конфигуриране на множество вакуумни зони. Съвременните системи в този пазарен сегмент разполагат с богат функционален инструментариум и позволяват гъвкаво програмиране и персонализиране за различни приложения.

Вакуумните помпи в общия случай са по-бюджетно решение за инсталация и експлоатация, макар да действат по-бавно и да са ограничени по отношение на гъвкавостта. При тях вакуумът се генерира с помощта на мотор.

Независимо от източника, предимство на смукателното захващане е, че позволява прецизен контрол на степента на вакуума или смукателната сила чрез регулиране на притока на въздух във вендузата, което прави възможно ефективното захващане на предмети с различни форми, тегло и размери. В някои системи се използват еднопосочни самозатварящи се клапани, които предотвратяват загубата на вакуум и осигуряват продължително захващане на обекта.

Някои прекалено тежки обекти не са подходящи за задържане и преместване посредством смукателна сила, тъй като биха изисквали прекалено високо отрицателно налягане. Идеални за захващане чрез вакуумни устройства са изделия с плоски, гладки и непорести повърхности, макар че чрез специален дизайн на хващачите и повече на брой смукателни чашки под различен ъгъл могат да бъдат задържани ефективно и предмети с извити, неравни и грапави повърхнини. Най-добър избор за транспортиране посредством смукателни хващачи са материали като стъкло, метал, фаянс, пластмаса и др. В практиката такива системи се използват широко и за манипулиране с картонени и найлонови опаковки, стъклени шишета и епруветки, блистерни опаковки, пластмасови и тенекиени контейнери, строителни материали, дървени предмети, а също и с плодове, зеленчуци, месни продукти и дори ронливи печива. Основно преимущество на технологията е възможността за деликатно захващане на крехки обекти без риск от тяхното повреждане.

Важно условие за получаването на добър вакуум е повърхностите на обектите да са чисти и сухи, без прах, остатъци от масла и други замърсявания, както и без дълбоки драскотини. Същото важи и за самите вендузи.

Предимства

Смукателните хващачи са популярно решение за задачи като роботизирано палетизиране в логистиката и производството поради изключителната им гъвкавост и способността им да боравят с огромно разнообразие от складови и опаковъчни единици, като кашони, торби, чували, палети и др.

Водещо предимство на тези системи в сравнение с механичните, пневматичните и други типове захващащи модули е възможността обектът да бъде захванат отгоре, без необходимост от взаимодействие с долната и страничните му части. Вакуумните хващачи разпределят равномерно силата на задържане по цялата повърхност на обекта в зоната на захвата, което елиминира риска от деформация или повреждане.

В допълнение, смукателните хващачи могат да бъдат прецизно конфигурирани и персонализирани за работа с разнообразни по форма и размери обекти, като за целта е необходимо единствено адаптиране на броя и позицията на вендузите и/или клапаните.

В множество приложения смукателните захващащи системи са предпочитан избор поради тяхната висока енергийна ефективност и ниските им нива на шум. Те са лесни и бързи за програмиране и инсталиране (на plug-and-play принцип), като с относително проста в технически и конструктивен аспект технология осигуряват ефективен и надежден метод за задържане и транспортиране на огромен асортимент от обекти.

Нещо повече – решенията в сегмента се отличават с висока точност и бързодействие, което ги прави перфектен избор за прецизни приложения. Тези системи могат да бъдат изпълнени в различни размери и мащаб, включително като микрохващачи, подходящи за обработване на миниатюрни компоненти и изделия, например фини оптични елементи.

Меките гъвкави материали, от които се изработват вендузите, както и липсата на твърди, остри и метални елементи, правят смукателните захващащи системи много по-безопасни от механичните им аналози. Вакуумът като метод на задържане също е значително по-безопасен за човека от механичния захват, при който се прилагат големи сили на натиск. Ето защо вакуумните хващачи са предпочитано решение за колаборативни приложения. Смукателните захващащи модули могат много по-лесно и бързо да бъдат интегрирани в съществуващи роботизирани станции, клетки и линии в сравнение с пневматичните хващачи например, което пести на предприятията ценно време и средства във връзка с нежелани престои.

Високата издръжливост на силиконовите или изработените от PVC вендузи на екстремни температури, химикали, масла, както и на абразиви и други агресивни агенти, ги прави подходящи за взискателни приложения в редица индустрии. Примери са хранително-вкусовата и фармацевтичната промишленост, където опростеният дизайн на смукателните хващачи е изцяло в синхрон с хигиенните изисквания, а интензивното промиване с водни струи под налягане и силни почистващи препарати практически не представлява проблем.

В обобщение, вакуумните хващачи се доказват не само като просто и лесно за интегриране решение, но и като технология, която насърчава автоматизацията на редица доскоро извършвани ръчно манипулации в серийното производство. Паралелно с това значително намаляват трудовите инциденти, както и разходите на предприятията в дългосрочен план.

Съображения при избора

При селектирането на конкретен модел или бранд вакуумен хващач за дадено приложение експертите препоръчват да се следват няколко ключови стъпки. Първата включва идентифициране на потребностите на задачата, а именно събиране на информация за типа, размерите, формата на обектите в съответната продуктова програма, с която ще работи системата, както и за материалите, от които са изработени. Подходът е различен при приложения, в които се борави с един вид компонент или изделие, и при такива, в които асортиментът е голям. Необходимо е още да се анализират в детайли и самите повърхности и текстури на предметите, за да се вземе решение какъв дизайн (в т. ч. форма и размери) на вендузата би бил най-подходящ.

Следва оценка на необходимите нива на прецизност, както и на експлоатационните условия, които също оказват влияние върху избора на смукателни чашки или пластини и по-специално на специфичен материал, от който да са произведени. От факторите на работната среда зависи и това хващач с каква степен на защита, издръжливост и специфична устойчивост реално е потребен.

С оглед на наличните възможности и бюджета се подбира оптимално решение за генериране на вакуум, като се вземат предвид нужната смукателна сила и дебитът на системата. Специфични са изискванията към вакуумните хващачи, предназначени да работят в чисти среди и помещения, например в електронното производство, фармацевтичната и хранително-вкусовата промишленост. За максимална прецизност и надеждност на захвата е препоръчително да се заложи на решение с интегрирани сензори, което осъществява мониторинг на състоянието и работата на хващача и следи за неговата безопасност и ефективност. Отлична възможност е изборът на модел с IO-Link интерфейс, който позволява изпращането на събраните данни към контролна система.