Si sviluppa la verniciatura a polveri automatizzando le operazioni con robot antropomorfi

Nel campo della verniciatura a polveri per conto terzi è ancora prevalente l’idea che il robot antropomorfo sia uno strumento d’automazione del ritocco, in sostituzione del lavoro che effettuano manualmente uno o due verniciatori quando la complessità dei pezzi non permette ai reciprocatori di effettuare la loro completa copertura.
In un’azienda che vernicia in proprio la produzione il robot viene considerato invece il mezzo più utile per mantenere costante la qualità della verniciatura.

Sono due posizioni distanti e il futuro deciderà quale cammino sarà destinato allo sviluppo dell’automazione in questo senso.

Di seguito riportiamo alcuni casi di robotizzazione della fase d’applicazione polveri, frutto di interviste che abbiamo realizzato negli ultimi mesi, oltre che dei brevi filmati esplicativi.

Abbiamo diviso l’argomento in due grandi categorie, i produttori di robot specifici per la verniciatura (e relativi software), e integratori di robot. I primi offrono sistemi finiti, che richiedono pochi interventi all’atto dell’installazione all’impiantista o direttamente all’utilizzatore, per preparare l’installazione nelle eventuali linee preesistenti. I secondi usano macchine (in gran parte) generiche, che richiedono modifiche (antideflagranza) e lo sviluppo di software specifico, entrambe attività effettuate da aziende con una significativa specializzazione nel campo della verniciatura industriale.

CMA Robotics – iniziano i nostri interlocutori – presente sul mercato dal 1994, offre una gamma di robot di verniciatura per l’automazione industriale altamente specializzata con caratteristiche ad alto standard come:

• certificazioni Internazionali ATEX – zona 1 e 2 (gas) zona 21 e 22 (polveri)
• certificati IECEx Gas, per il territorio estero
• portate polso da 2 a 16 kg e aree di lavoro da 2 a 3,7 m per la gestione di prodotti di tutte le dimensioni
• perfetta integrazione dei vari dispositivi necessari al funzionamento ottimale della soluzione proposta.

I nostri robot di verniciatura si adattano completamente ai differenti tipi di impianto, personalizzandosi a seconda dell’esigenza specifica.

Affianchiamo i clienti dalle prime fasi iniziali del progetto offrendo forniture complete, personalizzate e con qualità garantita, attestata dai clienti che hanno già acquistato le soluzioni CMA. Grazie alla collaborazione con supplyer leader nel mercato, forniamo anche impianti completi e apparecchiature di spruzzatura, in un servizio che include tutto il necessario con la massima professionalità.

Le soluzioni possono provvedere uno o più robot CMA, con la possibilità di integrare il sistema di spruzzatura composto da eventuali pompe e pistole, sistemi di miscelazione vernici, struttura mobile a terra o aerea, cabina, e tutto il sistema di equipaggiamento.

L’esperienza nell’automazione industriale e il punto di forza del nostro ufficio ricerca e sviluppo, che offre agli utilizzatori di vernici la possibilità di usufruire delle migliori soluzioni di verniciatura presenti sul mercato, garantendo sempre un ottimo rapporto qualità prezzo.

Le certificazioni di qualità che ogni anno rinnoviamo, con controlli e esami esterni, sono un altro punto di forza delle competenze che il cliente trova in CMA Robotics: le referenze di importanti aziende a livello nazionale ed internazionale confermano la qualità dei nostri servizi.

Una delle tecnologie più innovative che abbiamo messo a punto e già vengono utilizzate industrialmente è l’autogenerazione dei programmi: per mezzo di dispositivi di visione 2D e 3D, e capace di gestire tutti i parametri di controllo dei movimenti e le modalità di applicazione, è un sistema completamente configurabile dall’utilizzatore in base alle tipologie dei pezzi o alla qualità desiderata.

I sistemi che autogenerano i programmi sono dotati di diverse tecnologie d’acquisizione immagini per il rilievo delle forme dei pezzi in transito. Gli oggetti da verniciare vengono prima “fotografati” per mezzo di sistema di scansione posizionato prima dell’area di verniciatura, i dati di lettura vengono quindi inviati a un computer per essere trattati dal software, che crea il programma esecutivo per il robot in maniera totalmente automatica, senza alcuna necessità di intervento umano.

Il programma creato viene trasferito al robot, il quale, in base a tabelle precostruite, associa l’immagine ad un metodo di verniciatura ottimizzato da regole che si distinguono in base al tipo dell’oggetto da verniciare.

Non esistono programmi memorizzati, ogni volta il sistema crea un nuovo programma di lavoro, rendendo quindi possibile la lavorazione di qualsiasi forma, semplice o complessa.

Per quanto concerne il prossimo futuro, Cma Robotics, leader internazionale nella realizzazione di robot per la verniciatura automatizzata, in ogni settore, è in fase avanzata di sviluppo di una nuova idea: la creazione di un sistema per la programmazione dei robot per mezzo della realtà virtuale. Ormai la tecnologia per accedere a queste dimensioni è disponibile a costi accessibili, il nostro obiettivo è di portarla sul mercato con la qualità di sempre e la visione innovativa del futuro che ci caratterizza.

Epistolio è una realtà aziendale familiare attiva nel campo dell’automazione e automazione robotizzata da oltre 20 anni sul territorio italiano e internazionale.

L’azienda – spiegano i nostri interlocutori – si è sviluppata nel corso degli anni affiancando all’originaria attività di fornitore di strumentazione elettrica e meccanica per l’industria in generale – ed in particolare per l’industria delle materie plastiche e gomma – altre 2 divisioni produttive, in modo da ampliare ed offrire al mercato della manifattura industriale soluzioni e servizi completi e di qualità: la divisione robotica e di autimazione dei processi industriali.

La Epistolio Robot opera da oltre 10 anni nel campo specifico dell’automazione robotizzata dei processi industriali di verniciatura, offrendo soluzioni differenziate in termini di programmazione, partendo da sistemi ad autoapprendimento, passando da programmazione punto a punto, fino a sistemi off-line, sempre con l’obiettivo di soddisfare le specifiche necessità dei nostri clienti.

Le nostre soluzioni, infatti, sono sempre sviluppate in accordo con gli utilizzatori, customizzando e costruendo gli impianti sulle specifiche esigenze delle singole applicazioni, in modo da fornire un pacchetto completo che permetta di ottenere la migliore qualità in termini di efficienza e di risparmio economico.

I robot Epistolio possono essere applicati in ogni tipo di industria manifatturiera e nella lavorazione di ogni tipo di materiale: dal metallo, per applicare vernici in polvere o liquide alla plastica, al legno, alla ceramica. Ogni processo richiede l’uso di tecnologie adatte alle specifiche esigenze, per questo la nostra gamma di robot è corredata da sistemi di programmazione per autoapprendimento o punto a punto – è il caso del nostro robot MRK – oppure con programmazione off-line, come per il nostro modello WINSIX.

Punto di forza della azienda, oltre alle specifiche competenze nel campo della verniciatura e dell’automazione, è la flessibilità e capacità di studiare e realizzare progetti ad hoc, su misura per ogni singola richiesta, anche in campi applicativi nuovi e in diversi mercati internazionali.

In questo mondo che ci cambia sotto gli occhi l’importanza della sicurezza in campo lavorativo è oggi più che mai al centro dell’attenzione. Nei sei decenni di storia della Gaiotto Automation – ci dicono i responsabili nella sede di Piacenza (Italia) – l’azienda ha da sempre hanno messo al centro della propria filosofia la grande attenzione al presente e lo sguardo sul futuro. Non potrebbe essere altrimenti per una storia iniziata nei ruggenti anni ’60 quando l’automazione industriale era una utopia da film di fantascienza mentre oggi, nel 2020, l’Industry 4.0 è diventata una realtà consolidata. I principi di quella che è stata definita la quarta rivoluzione industriale sono adesso ancor più necessari nel mondo del lavoro alla luce della crisi che la nostra società sta vivendo a seguito della pandemia mondiale che ci ha investito. Tra i tanti traguardi della nostra azienda, parte integrante del gruppo Sacmi di Imola, c’è quindi, e non da oggi, anche quello della pianificazione delle fasi di lavoro in sicurezza con una particolare attenzione alla salute degli operatori. Un processo iniziato sin dagli albori della storia aziendale.

Basti pensare che già negli anni ’60 era stata sviluppata l’automazione nei processi di verniciatura e grazie alla creazione delle prime cabine con abbattimento ad acqua si era aperto il capitolo “cura della sicurezza e della salute degli operatori”. Negli anni ’70 invece nasce quella intuizione che ancora oggi è un fiore all’occhiello dello sviluppo industriale: la programmazione del robot in autoapprendimento, una tecnologia di programmazione apprezzata e ampiamente utilizzata ancora oggi, anche se, come vedremo, lo sviluppo di una nuova mentalità tecnologica di programmazione è tra i punti focali dei traguardi tagliati nel nuovo millennio dalla Gaiotto Automation. A cavallo tra gli anni ’70 e ’80 invece ci fu l’epocale passaggio dai robot a movimentazione idraulica a quelli a movimentazione elettrica. In quegli stessi anni la Gaiotto approdò alla creazione dei primi impianti ad automazione integrale.

Negli anni ’90 nasce una seconda generazione di robot e di programmazione computerizzata, contemporaneamente all’integrazione nel grande gruppo Sacmi di Imola.
E in questi anni che stanno caratterizzando il nuovo secolo?
L’azienda ha proseguito a migliorarsi ascoltando le esigenze del mercato, sviluppando la ricerca verso due direzioni ben precise, la visione e la finitura completamente automatica: i nostri robot sono in grado di valutare la correttezza dei processi industriali che stanno effettuando e compiono tutte quelle operazioni di finitura e revisione dei pezzi prima delegate all’operatore.

Questi anni per la Gaiotto sono stati anche teatro di un’altra rivoluzione: l’abbandono della sede storica di Vaiano Cremasco (Cremona), e il trasferimento nel cuore del polo della meccatronica di Piacenza, che permette una più diretta conoscenza e integrazione di nuove tecnologie, e soprattutto di nuovi occhi con cui guardare il futuro, quelli di una generazione di nuovi tecnici e programmatori che, facendo ricorso al background storico dell’azienda, hanno avviato un profondo processo di rinnovamento. Oggi Gaiotto ha una squadra di tecnici giovane e preparata ad affrontare le nuove sfide del mondo globalizzato. Questo quadro storico è necessario per capire quanto oggi Gaiotto Automation sia più che mai presente nel complesso mondo dell’automazione industriale, con i piedi nel presente e lo sguardo sul futuro.

Il nostro prodotto di punta è tra i più apprezzati a livello mondiale per i processi di verniciatura e spruzzatura industriale: è un robot antropomorfo leggero e robusto, con una affidabilità maturata da anni di lavoro sul campo. Una macchina con un ampio raggio di azione, una buona velocità di esecuzione e il pieno rispetto della normativa Atex per l’installazione in ambienti potenzialmente esplosivi. Il tutto contenuto in un peso ridotto, solamente 550 chilogrammi: è una macchina leggera e maneggevole che oggi, per il settore della verniciatura industriale, è disponibile in due diversi modelli (GA25P e GA25P-OL). Lo sviluppo è stato indirizzato anche dalla ricerca della facilità d’utilizzo: entrambi i modelli di robot dispongono di una tastiera di programmazione “amichevole” – nel mondo globalizzato dei nuovi mercati, dialoga con gli operatori in molteplici lingue, non solo le lingue classiche dell’Unione Europea (anche cinese, russo, arabo e tante altre) – che può essere configurata ad hoc dai nostri tecnici sviluppatori, sempre pronti a comprendere e adattare la macchina alle esigenze dell’utilizzatore. Ed è proprio la flessibilità estrema uno dei punti di forza della nostra azienda. I robot Gaiotto sono macchine dove i tre tipi di funzione di programmazione che sono stati sviluppati nel corso degli anni convivono, per l’utilizzo più sensato in base alle esigenze di ciascuno: alla classica programmazione in autoapprendimento (come detto, ormai un must storico), la precisa programmazione punto a punto e l’innovativa programmazione off-line.

L’attenzione alla gestione semplice del robot è stata una delle strade maestre del nostro sviluppo tecnologico di questi anni.

Abbiamo creato un software proprietario, sviluppato ex-novo dai tecnici della Gaiotto, che permette agli operatori l’elaborazione di programmi precisi, completi, e il controllo di ogni risvolto del programma fino ai minimi dettagli, stando comodamente davanti ad un PC, senza quindi interferire con i processi lavorativi. Dalla definizione delle traiettorie alla simulazione dello spruzzo e degli spessori del materiale applicato.

Concludiamo con qualche dato tecnico che permetta d’inquadrare le potenzialità delle nostre macchine: la comunicazione tra il robot e i dispositivi ausiliari è sicura e testata ed avviene mendiate bus di campo; il sistema a riduttori reversibili di precisione di cui sono dotati i robot permette una ripetibilità statica di ±1 mm, con il movimento fatto tramite servomotori brushless che hanno permesso l’eliminazione di spazzole o circuiti elettrici in movimento, soggetti ad usura e a problematiche ambientali. Infine, sottolineiamo ancora una volta il puntuale controllo dei parametri di spruzzo tramite il software integrato nel robot.

Lesta progetta, sviluppa e produce soluzioni automatizzate per la verniciatura industriale dal 2010. Il focus aziendale – sottolineano i nostri interlocutori – è lo sviluppo di sistemi automatici di semplice utilizzo per la verniciatura industriale, a partire dal software di controllo fino alla progettazione e realizzazione meccanica ed elettrica di soluzioni innovative.

Il top di gamma della produzione Lesta sono i robot antropomorfi a 5 e 6 assi in autoapprendimento, della serie LeBot MV. L’autoapprendimento rende semplice ed immediata la creazione di programmi di verniciatura per qualsiasi tipo di applicazione, nella verniciatura di legno, plastica, metallo e compositi.

La tecnologia robotica in sé non è nuova. La cosa che riteniamo distingua la nostra proposta è che la comprovata tecnologia di Lesta è così semplice che, al termine dell’installazione, il cliente (che sia una piccola azienda o una multinazionale) può letteralmente creare i propri programmi e verniciare subito, è operativo sin dal primo giorno.

I robot Lesta in autoapprendimento riproducono fedelmente i movimenti del verniciatore, anche i più articolati, senza la necessità di una programmazione complicata.

Come recente evoluzione all’insegna della semplicità d’uso, proponiamo inoltre robot antropomorfi con capacità di visione 2D e 3D che, in base alla particolare geometria del pezzo, permettono l’autogenerazione di percorsi di verniciatura, mediante software dedicato.

Con il robot Elettrospray – ci spiegano i responsabili della Ravarini Castoldi & C. – completiamo l’ampia gamma di apparecchiature elettrostatiche manuali ed automatiche per l’pplicazione di vernici – sia liquide a solvente o all’acqua – sia in polvere, che sono fabbricate in Italia da oltre sessant’anni.

Unico tra i robot leggeri presenti sul mercato, il nostro robot può essere attrezzato con un’unità a campana rotante – la Turbodyn 20K – oltre che con tutta la gamma di unità air-spray, airless e a polvere che produciamo, coprendo così l’utilizzo dell’intera gamma di prodotti vernicianti presenti sul mercato.

La programmazione può essere fatta sia in linea che fuori linea con i metodi più vari e più consoni ai vari tipi d’impianto. Il robot è disponibile in esecuzione antideflagrante a norme Cenelec.

Siver è l’azienda italiana che, in collaborazione con Nordson, ha aperto la strada dei sistemi d’applicazione polveri ad alta efficienza (senza venturi) – che Nordson definisce “in fase densa” – sul mercato italiano. Come noto, i sistemi senza venturi (quasi airless) utilizzano pompe meccaniche che permettono il controllo fine delle quantità di polveri erogate a bassa pressione, favorendo efficienza di trasferimento, migliore formazione della pellicola applicata, riduzione dell’overspray. Tutte queste caratteristiche possono essere ulteriormente amplificate proprio utilizzando i robot antropomorfi.

Uno dei primi casi d’impiego di robot antropomorfo con sistema in fase densa, è già conosciuto ai lettori di Verniciatura Industriale (si veda Verniciatura Industriale n. 584/2016).

La linea di robot di verniciatura di Kawasaki Robot distribuiti dalla Tiesse Robot di Visano, Brescia – ci dicono in azienda – è stata totalmente rinnovata con l’introduzione della serie KJ (modelli Kj125,155,194,244,264, in versione sia per montaggio a terra che shelf).

Si tratta di una gamma di 12 modelli antideflagranti, con sbracci da 1299 a 2450 mm, ad elevate prestazioni di lavoro ed elevata flessibilità di programmazione. Tutti i modelli sono dotati di polso cavo (tipo RRR) con passaggio di 70 mm, che permette la collocazione dei tubi del circuito vernici, e una migliore flessibilità di movimento.

I robot si adattano a qualsiasi applicazione, dalla cella con singolo robot ai sistemi multirobot (tipici del settore automobilistico, ove Kawasaki è fornitrice di Toyota), sia per l’applicazione di vernici liquide sia in polvere. In particolare, i modelli Kj314 e 244 sono specificatamente studiati per il settore automobilistico, e dotato di 7 assi per garantire l’accessibilità ottimale ai corpi vettura. I modelli dal KJ244 hanno un braccio che permette posizionamento del pacco valvole per il cambio colore automatico.

Tutti i controllori sono dotati di connessione Ethernet e software di comunicazione per il collegamento alla rete aziendale.

La programmazione può avvenire tramite teach pendant in versione antideflagrante o tramite software di simulazione utilizzando uno dei 2 metodi di programmazione Kawasaki, Block Step o Linguaggio AS.

In Giappone è già disponibile un sistema di programmazione (denominato Successor) che permette, tramite un dispositivo laser in mano all’operatore, di muovere il robot e programmare il ciclo da una posizione di sicurezza, senza quindi contatto fisico col robot. Prevediamo di lanciare il sistema sul mercato europeo questo anno.

Siamo un’azienda di recente costituzione – ci spiegano nella sede portoghese dell’azienda – creata da tecnici di lunga esperienza nel campo della verniciatura industriale. Siamo degli integratori di robot prodotti da aziende specializzate, che noi trasformiamo e integriamo nelle linee di verniciatura che progettiamo. Recentemente abbiamo avviato un’applicazione robotizzata di vernici in polvere che ha cambiato drasticamente la capacità produttiva di una linea di verniciatura di ruote di bicicletta. Abbiamo modificato la cabina preesistente e robotizzato l’applicazione delle polveri su di un “pacchetto” di cerchi che, nella precedente configurazione più “tradizionale”, si caratterizzava per una disposizione molto meno efficiente, per evitare i problemi di mascheratura di un cerchio con l’altro. Inoltre, la soluzione installata permette una significativa riduzione dell’overspray, che invece caratterizzava l’applicazione con il precedente sistema (reciprocatori più ritocco manuale).

Con 2 robot antropomorfi, ciascuno equipaggiato con 2 pistole, abbiamo sostituito 2 reciprocatori con 5 pistole ciascuno, che non riuscivano a rivestire i pezzi con la necessaria omogeneità, generando una grande quantità di cerchi da riprendere e riverniciare. Oggi l’azienda applica, su ciascun cerchio, 60 μm di spessore con una variazione massima compresa tra +/- 5 μm, e ha ridotto i consumi di polvere, a parità di cerchi verniciati, del 50%.

Il sistema è perfettamente interconnesso con il circuito polveri preesistente (Wagner), e consente un cambio colore molto rapido, tenuto conto, tra l’altro, della drastica riduzione d’overspray, che permette di lavorare sempre con una cabina pulita.

CONCLUSIONI

Nel caso tipico di un’azienda di verniciatura per conto terzi, o comunque di linee non strettamente dedicare a una tipologia omogenea di pezzi, i principali produttori di robot specifici per la verniciatura soprammenzionati mettono a disposizione sistemi di programmazione semplici e alla portata di qualsiasi buon verniciatore, a partire dall’autoapprendimento (il robot copia i movimenti e le operazioni del verniciatore sulla pistola di verniciatura) per finire ai più potenti sistemi di autogenerazione dei programmi (il robot si costruisce autonomamente traiettorie e gestione della pistola, a partire da alcuni parametri di massima) . Nei casi in cui, nel mix di produzione, siano previsti lotti da “reciprocatore”, praticamente tutti i produttori citati hanno a disposizione programmi preimpostati specifici, che tengono conto dell’effetto “zebra” e altri accorgimenti ben conosciuti e collaudati (si perde un po’ di efficienza rispetto a un sistema a reciprocatori, che si riguadagna con ampi margini quando i pezzi da verniciare presentano maggiore complessità). Anche gli integratori più preparati, pur privilegiando le applicazioni a liquido – che richiedono solitamente il controllo stretto di più parametri d’ambiente rispetto a quanto necessario per la verniciatura a polveri – iniziano a mettere a disposizione sistemi competitivi per la verniciatura a polvere. L’applicazione robotizzata delle polveri è un’opzione che consente di ottimizzare drasticamente questa fase, in termini di precisione d’applicazione (omogeneità di spessori) e riduzione dell’overspray, cosa che – oltre all’aumento della qualità della finitura – permette alle aziende che verniciano con questa tecnologia di utilizzare prodotti più tecnici e a maggior valore aggiunto rispetto allo standard di mercato.