Un petit bijou de technologie : système de manutention en espace confiné

Date: 27 juillet 2015

Dans un des laboratoires de VSL à Delft, une installation de mesurage très précis de la masse de bouteilles de gaz a récemment été mise en service. A cette intention, un système de manutention – niché au cœur de l’installation – a été développé en étroite collaboration entre VSL et Mijnsbergen. VSL est l’institut métrologique national des Pays-Bas (anciennement NMi). C’est un institut de connaissance de réputation internationale dans le domaine de la métrologie.

Mesurer en plage nanométrique

Rien n’est aussi complexe que de mesurer des poids dans la plage nanométrique. Or c’est le défi qu’ont soumis les clients de VSL aux spécialistes de Delft. Comme il y a toujours des influences externes, notamment la température, l’étalonnage du système de mesure est toujours la base d’une mesure précise. La nouvelle mission confiée à VSL porte sur le pesage de bouteilles de gaz d’une masse pouvant atteindre 20 kilos. Pas facile à positionner sur une balance. Et pour réduire les influences externes à un minimum, un robot exécute désormais la manipulation des bouteilles de gaz.

Le système de pesage est toujours d’abord calibré par des masses étalonnées. Le système comprend par conséquent un magasin de masses étalonnées, qui sont placées sur le système de pesage par le système de manutention. En outre, ce même système de manutention doit saisir les bouteilles de gaz et les placer sur la balance. Les bouteilles de gaz sont entreposées dans un magasin situé du côté opposé, avec le système de pesage entre les deux.

Robot cartésien, robuste et compact

Pour être installé dans l’espace confiné du laboratoire, le système devait être compact. Sauf que : en raison de la taille du magasin et de la diversité des formats de bouteilles, la plage dans les directions X et Z atteignait un mètre. Pendant les séances de brainstorming entre VSL et Mijnsbergen, l’idée d’un robot cartésien rigide est rapidement arrivée sur la table. Avec comme base un axe X de 1000 mm, sur lequel est installé l’axe vertical Z de 1000 mm. Un moteur rotatif placé sur le chariot de l’axe Z peut tourner la pince dans trois directions, à savoir les positions de prise des masses étalonnées, à 180° les positions de prise des bouteilles de gaz et entre les deux, à 90°, la position de positionnement sur le système de mesure. Un axe Y a été placé sur le moteur rotatif. Avec une plage de 300 mm, il accompagne la rotation et déplace la pince de manière télescopique vers les positions de prise et de positionnement.

Défi d’un système compact

D’un point de vue mécanique, le principal défi réside dans la nécessité d’obtenir une construction rigide dans un espace compact. La solution a été trouvée dans la série Delta d’unités linéaires HSB. Ces unités linéaires se composent d’un profilé aluminium avec une vis à billes intégrée et un double rail de guidage. De ce fait, il est possible d’obtenir des couples de renversement de 8500 Nm. Chaque axe linéaire est livré avec un servomoteur Stöber.

L’actionneur du mouvement rotatif est le réducteur planétaire à renvoi d’angle série KS de Stöber. Grâce au roulement robuste, aucun palier d’appui supplémentaire n’est nécessaire, ce qui permet un mouvement rotatif entre l’axe Z et l’axe Y très compact et très simple.

Système de commande avec Labview

Le système de mesure et de commande de VSL a été développé avec Labview. Outre le défi mécanique, il fallait aussi relever celui du pilotage du robot à partir du système de commande central. Souvent, et c’était également le cas dans cette situation, la solution Mijnsbergen est le sous-ensemble de contrôle de mouvement Trio Motion Technology. Par la fonctionnalité standard avec commandes OCX incluses dans ce contrôleur de mouvement, il est assez simple de faire communiquer le système de commande central de VSL avec Labview. Le contrôleur Trio MC464 utilisé commande ensuite les servovariateurs SD6 Stöber via EtherCAT. Il en résulte une solution numérique complète et flexible avec un câblage minimal.

Une bonne collaboration entre les spécialistes de la commande chez VSL et Mijnsbergen a permis une mise en œuvre et un fonctionnement rapide du système.

Pourquoi VSL a-t-il opté pour Mijnsbergen ?

Une raison importante est que Mijnsbergen est à même de livrer un système complet, en faisant appel aux différents fournisseurs du programme de livraison. Des axes linéaires compacts au système d’asservissement en passant par le contrôleur de mouvement. Mais la principale raison est peut-être la collaboration entre VSL et Mijnsbergen, dans laquelle VSL s’occupe de ses spécialités et les experts de Mijnsbergen imaginent l’idée mécanique, effectuent les calculs et sélectionnent finalement les composants. Les collègues du département Commande s’assurent ensuite que tout ce qui a été imaginé sur le plan théorique soit également réalisé dans la pratique. Un excellent exemple de collaboration entre VSL et Mijnsbergen.