Les línies de producció automatitzades són els sistemes bàsics de la fabricació industrial moderna i el seu funcionament eficient es basa en el treball coordinat de múltiples components clau.
Aquests components no només han de complir els requisits tècnics d'alta precisió i alta estabilitat, sinó que també s'han d'adaptar a les diverses necessitats de producció de diferents indústries (com ara l'automoció, l'electrònica i l'alimentació). A continuació es fa una anàlisi detallada dels components bàsics de les línies de producció automatitzades des de la perspectiva de la classificació funcional, els principis tècnics i les aplicacions de la indústria.
Components de transmissió i control de moviment
Servomotors i controladors
Com a "cor de potència" de les línies de producció automatitzades, els servomotors aconsegueixen un moviment precís d'equips com ara braços robòtics i cintes transportadores controlant amb precisió la velocitat, el parell i la posició. Els seus paràmetres bàsics inclouen la potència (normalment oscil·la entre 0,1-100kW), el rang de velocitat (0-6000 rpm) i la resolució del codificador (fins a 23 bits). Els conductors són els responsables de convertir els senyals de control en accions del motor i han de tenir capacitats de resposta ràpida (nivell de mil·lisegons) i anti-interferències. Per exemple, en una línia de producció de soldadura d'automòbils, un servomotor ha de completar el posicionament de la torxa de soldadura en 0,1 segons, amb un error controlat dins de ± 0,01 mm.
Reductors de velocitat: els reductors de velocitat proporcionen una potència estable a equips pesats (com ara juntes de robots i màquines de fosa a pressió-) reduint la velocitat del motor i augmentant el parell. Els tipus comuns inclouen reductors de velocitat planetaris (alta precisió, llarga vida útil), reductors de velocitat harmònics (mida petita, gran relació de reducció) i reductors de velocitat RV (alta capacitat de càrrega). Per exemple, els robots industrials solen utilitzar reductors de velocitat RV a les seves articulacions, amb un parell nominal que arriba a diversos milers de Newton-metres i una repetibilitat de ±0,02 mm.
Guies lineals i cargols de boles: les guies lineals aconsegueixen un moviment lineal d'alta{0}}precisió mitjançant la fricció de rodament i s'utilitzen àmpliament en màquines-eina CNC, impressores 3D i altres equips. La seva capacitat de càrrega depèn de l'amplada de la guia (normalment 15-55 mm) i del nivell de precàrrega. Els cargols de boles converteixen el moviment de rotació en moviment lineal, amb una precisió de pas que arriba a ± 0,005 mm/300 mm. En equips de fabricació de semiconductors, el seu error de posicionament s'ha de controlar a nivell nanòmetre.
Components de detecció i detecció
Sensors: els sensors són el "sistema sensorial" d'una línia de producció automatitzada, incloent sensors fotoelèctrics (detecció de la presència/posició d'objectes), sensors de pressió (control de la pressió del sistema hidràulic) i sensors de temperatura (control dels processos de calefacció). Per exemple, en una línia de producció d'envasos d'aliments, els sensors fotoelèctrics han de detectar el pas d'un producte en 0,1 segons, provocant accions d'envasament posteriors; Els sensors de pressió de les màquines d'emmotllament per injecció han de controlar la pressió de fusió en temps real per garantir la consistència del producte.
Sistemes d'inspecció de visió: els sistemes d'inspecció de visió basats en càmeres industrials poden aconseguir la identificació de defectes del producte, la mesura de la mida i la guia de posicionament. Els seus paràmetres bàsics inclouen la resolució (fins a 50 milions de píxels), la velocitat de fotogrames (centenars de fotogrames per segon) i el tipus de font de llum (LED, làser, etc.). A les línies de muntatge de components electrònics, els sistemes de visió han de completar la inspecció de qualitat de soldadura de pins de xip en 0,5 segons, amb una precisió de reconeixement fins al nivell del micròmetre.
Components d'execució i manipulació
Robots industrials: els robots industrials aconsegueixen moviments complexos mitjançant l'enllaç multi-articulació. Els seus components bàsics inclouen braços robòtics, efectes finals (com pinces i torxes de soldadura) i sistemes de control. Les capacitats de càrrega van des d'uns pocs quilograms fins a diverses tones, amb una precisió de repetibilitat de fins a ±0,05 mm. A les línies de muntatge d'automòbils, els robots han de completar la instal·lació de la porta en 3 segons, amb una precisió de control de parell que arriba al ±5%.
Components pneumàtics: els sistemes pneumàtics condueixen actuadors (com ara cilindres i pinces) amb aire comprimit, oferint avantatges com una resposta ràpida i un baix cost. Les curses del cilindre solen oscil·lar entre 10 i 2000 mm, amb una empenta que arriba a desenes de tones. A les línies de classificació d'aliments, les pinces pneumàtiques han d'agafar els productes en 0,2 segons i tenir resistència a la corrosió.
Components de control i programari
PLC (controlador lògic programable)
Els PLC són el "cervell" de les línies de producció automatitzades, que permeten l'enllaç d'equips, el control lògic i l'adquisició de dades mitjançant la programació. Els seus punts d'entrada/sortida oscil·len entre desenes i milers, amb velocitats de processament que arriben a nivells de nanosegons. A les línies de producció química, els PLC necessiten controlar les dades de centenars de sensors en temps real i controlar paràmetres com l'obertura de la vàlvula i la temperatura de reacció.
Equips de xarxa industrial
Els commutadors d'Ethernet industrial, els mòduls de bus de camp i altres equips permeten una comunicació d'alta-velocitat entre dispositius (velocitats de fins a 10 Gbps), que admeten la transmissió de dades en temps real- i la supervisió remota. A les fàbriques intel·ligents, les xarxes industrials han de cobrir milers de nodes, amb una latència controlada al nivell de mil·lisegons.
Components auxiliars i de suport
El bastidor, com a estructura de suport de l'equip, ha de tenir una gran rigidesa (la càrrega estàtica pot arribar a desenes de tones) i resistència a les vibracions. Els rails de guia estan mecanitzats amb precisió-(rugositat superficial Ra inferior o igual a 0,8 μm) per garantir un bon funcionament de l'equip. A les màquines eina CNC, la deformació del marc s'ha de controlar dins de ± 0,01 mm/m.
Sistemes de lubricació i segellat: el sistema de lubricació redueix el desgast mecànic i allarga la vida útil de l'equip mitjançant el subministrament automàtic d'oli; el sistema de segellat evita la intrusió de pols i líquids, protegint els components crítics. Per exemple, a les caixes d'engranatges de turbines eòliques, el sistema de lubricació ha de funcionar de manera estable en entorns que oscil·len entre -40 graus i 80 graus, i els segells han de tenir una vida útil superior a 10 anys.