- Vérifier l’offre par rapport à la demande en utilisant une limite inférieure conservatrice pour le débit de source de vide et une limite supérieure conservatrice pour le débits de fuite. Le seuil d’acceptation dans cet article est un ratio d’au moins 1.50.
- Activer le levage uniquement après que chaque zone requise atteigne le seuil de pression, reste stable pour la fenêtre spécifiée et satisfait à la logique d’autorisation de mouvement.
- Vérifiez la capacité de maintien normale, la résistance au glissement tangentiel et la distribution du moment sur la trajectoire de mouvement complète, y compris les conditions de défaillance définies.
- Le temps de maintien est basé sur le temps total de positionnement d’urgence. Les pièces avec des capacités de maintien ou de positionnement contrôlé insuffisantes sont directement jugées non applicables.
00 Résumé analytique
Les cartons, le carton ondulé, les sacs et les composites poreux admettent continuellement l’air. Le débit d’aspiration évacue à la fois le gaz dans le volume de tuyauterie et compense les fuites à travers la lèvre de la ventouse et les pores du matériau. Lorsque le débit entrant approche du débit d’aspiration effectif au niveau du vide de travail, le vide peut se développer lentement, fluctuer ou ne pas atteindre le seuil permissif. La sélection doit donc tenir compte de la fuite, du temps d’évacuation, du frottement, de l’excentricité, de l’accélération dynamique et de la défaillance locale; le modèle pression-différence-temps-aire pour l’acier lisse seul est insuffisant.
GB/T 41098 — 2021, Grues — Sécurité — Accessoires de levage, est actuellement en vigueur et est identique à ISO 17096:2015 [ 1 ][ 2 ]. Les deux exigences ne s’appliquent qu’aux accessoires de levage non fixes pour grues, palans et dispositifs de manipulation de charges à commande manuelle. ISO 17096 exclut expressément les dangers des composants pneumatiques, de sorte qu’il ne peut pas être étendu directement à une base de sécurité complète pour un effeteur final de robot ou un circuit pneumatique. GB/T 32293 — 2015 est actuellement en vigueur et est utilisé uniquement pour sélectionner une méthode d’essai d’étanchéité pour les fuites matérielles Q_H dans les équipements sous vide; il n’établit pas la conformité aux normes pour le débit de porosité du carton Q_P ou l’entrée du processus à la lèvre de la ventouse Q_E [ 3 ]. ISO 4414:2010 s’applique à la conception, à l’isolation, à l’énergie résiduelle et à l’entretien des systèmes pneumatiques sur les machines, mais exclut les systèmes d’alimentation en air d’usine, les bouteilles à gaz et les réservoirs d’air [ 4 ].
Ce rapport définit la version technique du sous-système de préhension sous vide. L’évaluation des risques de la machine complète, la validation des contrôles liés à la sécurité, la conformité de l’intégration robotique et la conformité du récepteur d’air nécessitent des dossiers préalables formels. Après que les tests de sous-système passent, complétez la libération de sécurité de niveau de machine aussi bien. Cette méthode utilise un facteur de sécurité de charge de 2.5, un facteur de réserve de débit de 1.5, une limite d’établissement de 2.0 s, et une tolérance aux défauts de quatre zones comme base de recherche sélectionnée pour le calcul et la vérification.
Base de recherche commune
| Article | Étude de référence | Conditions de réussite |
|---|---|---|
| Différentiel de maintien minimum pendant une défaillance | Δp_min,LB = 45 kPa | Utilisez la limite inférieure de mesure; chaque zone saine reste à ou au-dessus de celle-ci jusqu'à ce que la charge atteigne le support |
| Différentiel de permission de levage normal | Δp_pick,LB = 50 kPa | Chaque zone comporte 20 échantillons consécutifs à 100 Hz avec des limites inférieures ≥ 50 kPa et une variation fenêtre crête-crête ≤ 2 kPa |
| Facteur de sécurité de charge | S_L = 2.5 | Ratio capacité/conception-demande≥ 1.00 pour chaque orientation de trajectoire, accélération et excentricité |
| Facteur de réserve de débit de fuite | K_Q = 1.5 | Coefficient d’étude appliqué à Q_S,LB/Q_L,UB |
| Critère de débit conservateur | Q_S,LB/Q_L,UB ≥ 1.50 | Comparer la limite inférieure du débit source avec la limite supérieure des fuites au même état de référence |
| Vacuum-Establishment Limit | t_pick ≤ 2.0 s | Du contact de la ventouse jusqu'à ce que chaque zone atteigne une limite inférieure 50 kPa et reste stable pendant 200 ms |
| Zonage | 4 zones mutuellement isolées | Après une défaillance complète d’une zone, le système restant répond aux critères de charge et de moment |
| Approvisionnement de secours et temps de rétention | t_1−t_0 ≤ 0.10 s | t_0: perte d’alimentation principale; t_1: limite inférieure de pression d’alimentation à chaque entrée de zone-générateur≥0.40 MPa |
| Confirmation de défaut | t_2−t_0 ≤ 0.50 s | t_2: le contrôleur confirme la défaillance et émet la commande de mise en veille |
| Controlled Set-Down | t_3−t_2 ≤ 4.00 s | t_3 : transfert de la charge sur le support est terminé; t_res≥ 0.50 + 2 × 4.00 = 8.50 s |
| Acceptation de l’échantillon | Chaque cellule d’essai indépendamment a zéro échecs à FAT et SAT | Tout échec échoue l’élément entier. Après correction, répétez l’élément de son premier essai. |
Principales conclusions
- Vérifiez le différentiel de pression, la zone efficace, la direction de charge, le frottement et les moments ensemble. La force d’aspiration nominale et le nombre de ventouses ne sont que des entrées de sélection préliminaires.
- Pour une pièce poreuse, mesurez la limite supérieure du débit de fuite dans l’état de contact réel et vérifiez-la par rapport à la limite inférieure du débit de la source de vide à un différentiel de pression de 45 kPa et à une pression manométrique d’alimentation minimale de 0.40 MPa. Si Q_S,LB/Q_L,UB< 1.50, la condition échoue.
- L’autorisation d’aspiration doit provenir d’un pressostat ou d’un capteur dans chaque zone. Le levage n’est autorisé que lorsque la pression inférieure dans chaque zone reste au moins 50 kPa continuellement pendant 200 ms et que la variation de crête à crête n’est pas supérieure à 2 kPa. Un délai fixe ne doit pas être utilisé à lui seul pour déclarer que l’aspiration est établie; cela échouerait au critère. Les informations de sélection officielles de SMC exigent également la confirmation du signal de pression de l’aspiration établie plutôt que la dépendance d’un minuteur seul [ 5 ].
- La pression moyenne d’une grande chambre centrale ne doit pas dissimuler une défaillance monozone. Fournissez une mesure de pression séparée, une restriction de débit ou un isolement de clapet anti-retour et des alarmes identifiables pour chaque zone.
- Dans le cas d’un carton à forte fuite, un réservoir d’air dont le modèle de décharge et le rendement à la pression d’alimentation minimale n’ont pas été validés ne doit pas être considéré comme une protection contre la perte d’air. Recalculer la source de vide de secours ou la réserve d’air comprimé en utilisant la décharge adiabatique, la limite inférieure du débit à la pression d’alimentation minimale et la limite supérieure de la consommation d’air, et vérifier par un essai physique d’injection de défaut qui coupe l’alimentation en énergie principale.
- La libération nécessite des enregistrements de fuites, une enveloppe dynamique vérifiée, des tests de défaillance à zone unique et des enregistrements de mise hors service contrôlés. S’il en manque, le dossier n’est pas publié; une signature fondée sur l’expérience est insuffisante.
01 Portée et symboles
Cet article traite des cartons ondulés, du carton non enduit, des sacs perméables et des pièces similaires saisies par le haut ou par une surface d’aspiration désignée, à l’aide de manipulateurs industriels pneumatiques, de robots ou de machines de manutention dédiées. L’évaluation commence au contact de la ventouse et couvre la génération de vide, la distribution, la surveillance, le mouvement, l’isolement et le placement sûr. L’équipement classé comme un accessoire de levage de charge non fixe utilise GB/T 41098 - 2021 / ISO 17096:2015. Les effecteurs finaux robotiques nécessitent une intégration séparée du système et une validation de la sécurité du contrôle.
R1 vérifie cinq dossiers: conception structurelle du carton, conformité du récipient récepteur d’air, évaluation complète des risques de la machine, intégrité de sécurité du système de contrôle et sélection de l’équipement pour les atmosphères explosives. La libération technique du sous-système ne peut être effectuée que lorsque tous les identifiants d’enregistrement sont disponibles et saisis dans R1. Tout enregistrement manquant provoque l’échec de R1.
| Symbole | Signification | Unité |
|---|---|---|
| Δp_LB | Limite inférieure de mesure de la pression atmosphérique moins la pression absolue de la cavité de la ventouse | Pa ou kPa |
| A_eff,LB,i | Limite inférieure de la surface effective de la ventouse i à la compression spécifiée, après déduction de l’incertitude | m² |
| C_i | Capacité normale de la ième ventouse, C_i=Δp_min,LB A_eff,LB,i | N |
| Q_S,LB | Limite inférieure du débit d’extraction de la source à la pression différentielle spécifiée et à la pression minimale d’alimentation | NL/min |
| Q_L,UB | Limite supérieure de l’écoulement de fuite sur l’échantillon, orientation, compression et conditions de contamination | NL/min |
| μ_LB | Limite inférieure de frottement des paires de contacts aux états de contamination et d’usure spécifiés, après déduction de l’incertitude | — |
| N_i、T_i | Force de traction normale portée par la ventouse i et le vecteur de force tangentielle bidimensionnel dans le plan d’aspiration | N |
| m_UB,g | Limite supérieure de la masse de la pièce et accélération gravitationnelle; ce rapport utilise g= 9.81 m/s ² | kg、m/s² |
| a_n,UB,a_t,UB | Limites supérieures de l’accélération normale et tangentielle pendant le mouvement normal, le freinage d’urgence et le décrochage contrôlé | m/s² |
| S_L、K_Q | Facteur de sécurité de charge et facteur de réserve de débit | — |
| V_Z,UB | Limite supérieure du volume évacué par une zone | L |
| p_N、T_N | État de référence; fixé dans le présent rapport à 101.325 kPa et 293.15 K | kPa, K |
| U_x | Incertitude de mesure étendue pour la quantité x, k= 2 | Même que x |
La surface effective doit être déduite de la géométrie de l’ventouse, de la plage de compression verrouillée de 5–9 mm et de l’incertitude de mesure; la surface du contour extérieur ne doit pas être utilisée directement comme surface effective. Ce rapport nécessite U_A/A≤ 2% et utilise A_eff,LB=A_eff,meas−U_A dans les calculs. Les informations techniques officielles de Schmalz expriment la force de maintien théorique comme F=ΔpA et notent que les pièces poreuses et rugueuses réduisent le vide réalisable [ 6 ][ 7 ]. La force de retenue du catalogue du fournisseur est utilisée pour la sélection préliminaire; la version technique du sous-système utilise systématiquement la limite inférieure de pression différentielle, la limite inférieure de surface effective et le facteur de sécurité de ce rapport.
02Porosité, étanchéité des bords et mécanismes de fuite
Avant la mesure, distinguez trois sources d’air entrant : l’écoulement du matériau-pore Q_P, la fuite par les microcanaux entre la lèvre de la ventouse et la surface Q_E, et la fuite matérielle par les raccords, les vannes et la tuyauterie Q_H.
Q_L = Q_P + Q_E + Q_HLes fibres de papier, les plis, les revêtements, les coutures adhésives, le ruban adhésif et la déformation locale affectent la résistance à l’écoulement du matériau; la compression de la ventouse, la dureté de la lèvre et l’emplacement du contact affectent l’étanchéité des bords. Les informations de Piab sur le carton ondulé identifient la porosité du carton et l’étanchéité de la ventouse comme causes de variation de fuite d’un cycle à l’autre et utilisent F = AP pour expliquer le support de charge avec un faible vide et une grande surface [ 8 ]. Ces sources soutiennent l’identification des mécanismes de fuite et la sélection des configurations.
Tiwari et Persson ont utilisé des substrats rugueux et des tests d’aspiration pour analyser comment la fuite de l’interface, le volume de la ventouse et la rigidité affectent le temps de détachement [ 9 ]. Gabriel et al. ont intégré la rugosité de surface, le diamètre et le nombre de ventouses dans les modèles de fuite et de consommation d’énergie [ 10 ]. Dans les applications de projet, mesurez la fuite pour la paire de contacts réelle et l’état de compression plutôt que d’attribuer un coefficient fixe uniquement à partir du nom du matériau.
L’essai d’étanchéité distinguera la fuite de matériel de la fuite de processus à travers la pièce. Sceller d’abord chaque ventouse contre une plaque étalon imperméable et mesurer Q_H à une différence de pression de 45 kPa; puis installer la pièce réelle et mesurer Q_L. La porte matérielle fixe est Q_H,UB/Q_S,LB≤0.05. Si elle est dépassée, arrêter et réparer le système; l’augmentation de la capacité de la source ne doit pas masquer une défaillance d’un raccord ou d’une valve. La mesure de la pièce réelle utilise les dix cellules de limite numériques du chapitre 08; les étiquettes telles que pire, similaire ou typique ne remplacent pas une cellule numérique.
02.1 Procédure définie d’essai d’étanchéité
Pour chaque essai, approcher la surface normalement à 0.10 m/s et régler la compression sur 5 mm, 7 mm ou 9 mm pour la cellule d’essai. Activer la source de zone et enregistrer la pression et le débit normalisé de 0 à 12 s. Utiliser une fenêtre de stabilité de 10.0–12.0 s: chaque limite inférieure de pression doit être ≥ 50 kPa et la variation de crête à crête indiquée ≤ 2 kPa. Prenez la plus grande fuite de moyenne mobile 100 ms dans cette fenêtre et ajoutez U_Q pour obtenir Q_L,UB. Si la ventouse ne parvient pas à atteindre une limite inférieure de 50 kPa dans les 2.0 s après le contact et reste stable pendant 200 ms, R4 échoue pour ce cycle. Conservez les données brutes.
La limite de contamination est fixée à 23±2 °C et 50±10%d’humidité relative. Préparer et tamiser le matériau du même lot de carton dans une poussière de papier de 75–150 μm et appliquer 0.50 g/m² uniformément sur la surface d’aspiration. Les cartons dont la densité est supérieure ou qui contiennent de l’eau liquide, de l’huile ou des contaminants adhésifs sont à l’extérieur de cette limite de rejet. La limite de durée de vie est atteinte lorsqu'une ventouse a effectué 100000 cycles de compression ou que sa lèvre d’étanchéité s’est usée de 0.50 mm par rapport à une ventouse neuve, selon la première éventualité. Les essais de frottement, de surface effective, d’étanchéité et d’épreuve dynamique doivent couvrir les ventouses neuves et les ventouses à cette limite de durée de vie.
Le cycle échoue immédiatement et le point de placement de la ventouse est ajouté à la carte de zone interdite si la surface du papier se déchire, si la lèvre de la ventouse traverse une ouverture dans le couvercle du carton, si le couvercle se lève ou si la distance minimale de la lèvre d’étanchéité à un pli, une empreinte ou un pas de ruban avec une différence de hauteur/profondeur ≥ 0.50 mm est < 10 mm. La carte de zone interdite utilise des coordonnées d’outillage, avec des coordonnées de limite spécifiées à 1 mm.
Une famille de pièces peut partager des données de fuite uniquement lorsque la qualité du matériau, le type de cannelure, le nombre de couches, le revêtement, la couverture d’impression, la disposition du ruban adhésif, les emplacements autorisés des ventouses et la limite de masse supérieure sont tous identiques. Créez un jeu de données distinct pour toute différence, afin que les échantillons à faible fuite ne dissimulent pas les lots à forte fuite.
03 Capacité d’aspiration, friction et charges dynamiques
Pour la ventouse i, calculer sa limite inférieure de capacité normale et sa capacité totale comme suit:
C_i = Δp_min,LB A_eff,LB,i
F_N,cap,LB = ΣC_iLorsque la surface d’aspiration tourne à travers θ par rapport à l’horizontale, calculer les exigences de conception normales et tangentielles à l’aide des équations suivantes. Utiliser les limites supérieures mesurées pour la masse, l’accélération et l’excentricité. L’enveloppe d’accélération doit inclure les pics par axe pendant le mouvement de production, le freinage après une défaillance à zone unique, le déplacement jusqu'à la position sûre et le placement; la vitesse moyenne ne peut remplacer ces valeurs.
F_N,d = S_L m_UB max_t|g cosθ + a_n,UB(t)|
F_T,d = S_L m_UB max_t√[(g sinθ + a_x,UB(t))² + a_y,UB(t)²]
Critères de vérification préliminaire:
F_N,cap,LB ≥ F_N,d
μ_LB F_N,cap,LB ≥ F_T,dPour l’essai de coefficient de frottement, utilisez trois lots de carton avec 10 spécimens indépendants par lot. Aux différentiels de pression 45 kPa et 50 kPa, mesurer la force tangentielle au début du glissement continu 2 mm. Complétez 30 essais pour chaque combinaison de pression différentielle, ventouse neuve/fin de vie, et propre/ 0.50 g/m² papier-poussière état. Calculer μ_meas=F_slip/(ΔpA_eff,meas), prendre le minimum de tous les résultats et soustraire U_μ pour obtenir μ_LB; U_μ doit être ≤ 0.02. La condition de référence utilise μ_LB= 0.35. Les informations de conception de Schmalz exigent des essais d’aspiration sur des pièces poreuses et énumèrent des facteurs de sécurité d’au moins 2 pour les pièces horizontales et au moins 2.5 pour les pièces tournées [ 6 ]; ce rapport utilise 2.5 pour chaque direction de charge.
Après un dépistage rapide, vérifier la charge combinée et l’excentricité tridimensionnelle. Placez l’origine coordonnée au centre de gravité de la pièce. r_i va de cette origine à la ventouse i; n est la normale de l’unité de surface d’aspiration; T_i est le vecteur tangentiel dans le plan; et f_i=N_i n+T_i. M_external n’inclut que les couples indépendants qui ne sont pas déjà représentés par la force résultante au centre de gravité. À chaque échantillon de trajectoire 10 ms, résoudre pour les forces de ventouse satisfaisant:
N_i ≥ 0
N_i/C_i + ||T_i||/(μ_LB C_i) ≤ 1
Σf_i + f_external = 0
Σ(r_i × f_i) + M_external = 0Les capacités normales et de frottement d’une ventouse doivent satisfaire une enveloppe d’interaction linéaire partagée; les deux capacités complètes ne peuvent pas être utilisées simultanément. Un passage nécessite une distribution de force satisfaisant toutes les équations d’équilibre et l’enveloppe d’interaction; sinon, le résultat est un échec. Les calculs de moment externe doivent inclure les coordonnées tridimensionnelles de la ventouse et du centre de gravité, le bras de levier en raison de l’épaisseur de la pièce et des charges de freinage de défaut de pointe. Vérifier le broyage du carton, la délamination de face et la fissuration des rabats de carton séparément par rapport aux critères de support matériel.
03.1 Critères de pression et de déformation de contact de carton
Utiliser Δp_min,LB comme contrainte de compression moyenne sur la zone de la ventouse, tout en reconnaissant la concentration de contrainte dans l’anneau étroit de la lèvre de la ventouse. Effectuez la tenue statique et le cycle dynamique sur le carton cible et inspectez la surface d’aspiration après essai d’acceptation. Les conditions d’acceptation difficiles sont les suivantes : le couvercle ne s’ouvre pas; le revêtement ne se sépare pas du support ondulé; et aucun dommage ne se produit. À 60 s après le déchargement, la limite supérieure de mesure de l’indentation permanente dans la zone d’aspiration par rapport au plan de référence déchargé doit être ≤ 2.00 mm. Tout dommage structurel fait échouer R9 même si la pression de vide, la charge, et le temps de cycle tous passent.
Exécutez l’essai de support de matériau pour 10 min à chaque différence de pression limitée inférieure, 45 kPa et 50 kPa. Pour le test dynamique, exécutez 120 cycles pour chacune des six cellules de chemin dynamique dans le chapitre 08. Plus de ventouses augmentent la surface portante totale mais ne réduisent pas automatiquement la contrainte locale sous une ventouse individuelle; le placement et la compression de chaque ventouse doivent satisfaire aux portes ci-dessus.
04Équilibre d’écoulement et temps d’établissement du vide
Sélectionnez la source de vide à partir de la performance combinée du générateur avec la tuyauterie réelle, les vannes et les filtres, en utilisant le débit inférieur limité à une pression manométrique d’alimentation minimale de 0.40 MPa et un différentiel de pression de 45 kPa. Convertir les débits source et fuite aux mêmes conditions de référence, p_N= 101.325 kPa et T_N= 293.15 K, avant de vérifier l’offre et la demande pour chaque zone. Le débit d’aspiration maximal ou le vide ultime ne peuvent pas remplacer ce calcul.
Q_S,LB = Q_S,meas - U_QS
Q_L,UB = Q_L,meas + U_QL
Q_S,LB(45 kPa de pression différentielle, 0.40 MPa de pression d’alimentation) / Q_L,UB ≥ 1.50Utiliser l’indication maximale Q_L,meas dans la matrice d’essai complète, pas la moyenne, et ne pas rejeter un échantillon simplement parce que l’aspiration a réussi malgré une fuite élevée. Inclure les incertitudes étendues combinées du débitmètre, de la courbe du fournisseur et de la conversion de la tuyauterie dans U_Q; ce rapport exige U_Q/Q≤2%. Les informations officielles de SMC décrivent comment rétro-calculer la fuite en utilisant le générateur réel, les ventouses, la pièce à usiner et la jauge de vide, et expliquent que la fuite à travers des pièces rugueuses ou poreuses peut empêcher le vide requis d’être atteint [5]. GB/T 32293-2015 est utilisé uniquement pour sélectionner la méthode d’essai d’étanchéité du matériel Q_H; Q_P, Q_E et flux de processus total Q_L utilisent les essais de processus de pièce dans ce rapport. Les registres doivent indiquer la pression, la température, la plage, le débit d’échantillonnage et l’état de référence.
Pour les différentiels de pression de 0 à 50 kPa, définir Q_net,LB comme la limite inférieure minimale normalisée du débit source après soustrait de la fuite. Un temps d’évacuation prudent de la pression atmosphérique p_0 à la pression absolue cible p_1 est:
Q_net,LB = min[Q_S,LB(p) - Q_L,UB(p)]
t_ev = V_Z,UB (p_0 - p_1) / (p_N Q_net,LB)
t_pick = t_ev + t_stable + t_auxConvertir Q en L/s et définir la cible p_1 = p_0−50 kPa. Si Q_net,LB≤ 0, la condition échoue immédiatement. Réglez t_stable= 0.20 s et fixez la limite supérieure combinée pour la réponse de la valve, la réponse du capteur, le balayage de l’automate et la sortie permissive à t_aux= 0.10 s. Le temps total du contact jusqu'à ce que chaque zone atteigne une limite inférieure de pression 50 kPa, les échantillons consécutifs 20 passent, et la variation de crête à crête de fenêtre est ≤ 2 kPa doit être ≤ 2.0 s. Empêchez le levage et l’accélération horizontale si une zone dépasse le délai, si un échantillon tombe sous le seuil, si aucun nouvel échantillon analogique n’arrive dans les 30 ms, ou si les signaux discrets et analogiques entrent en conflit pendant plus de 50 ms.
05 Zonage, clapets anti-retour, restriction de débit et compensation des fuites
Fournissez à chacune des quatre zones sa propre branche de génération de vide, sa mesure de pression, ses composants d’isolement et son identifiant de diagnostic. Les ventouses de chaque zone doivent couvrir les deux côtés du centre de gravité de la pièce. Après la perte d’une zone, utiliser les coordonnées tridimensionnelles réelles pour vérifier l’équilibre de charge combinée Chapitre 03; le comptage des ventouses ou une vérification visuelle bidimensionnelle est insuffisant. Le chapitre 06 restreint son exemple au plan x-z avec toutes les entrées y égales à zéro. La pression de l’en-tête central est diagnostique seulement et ne peut pas remplacer l’autorisation spécifique de zone.
| Élément d’architecture | Fonction requise | Nonconforming Condition |
|---|---|---|
| Mesure de pression de zone indépendante | Détecter les fuites locales, le contact incomplet et le détachement de la ventouse | Seule la pression de tête est mesurée |
| Clapet anti-retour ou isolation sous vide | Empêcher une zone défectueuse de s’effondrer sous vide dans des zones saines | Une conduite ouverte dans une zone réduit toute limite inférieure de pression de zone saine en dessous de 45 kPa |
| Source Flow Reserve | Maintenir la pression à la limite supérieure de fuite | Q_S,LB/Q_L,UB<1.50 |
| Permission basée sur la pression | Limite inférieure de la pression de chaque zone≥ 50 kPa pour 200 ms, avec variation de crête à crête≤ 2 kPa | Une minuterie ou un signal commun fournit l’autorisation |
| Approvisionnement en énergie de secours | t_1 − t_0 ≤ 0.10 s et maintenue jusqu ' à t_3 | Temps de maintien adiabatique < 8.50 s ou Q_S,LB/Q_L,UB < 1.50 à 0.40 MPa |
| Ventilation contrôlée | Évent seulement après confirmation des deux supports pour 500 ms, vitesse ≤ 0.01 m/s et erreur de position ≤ 5 mm | L’évacuation est possible tant qu’une condition requise n’est pas remplie |
Les informations de SMC sur les valves à économie d’énergie décrivent la restriction des fuites des ventouses non couvertes pour maintenir le vide dans les circuits restants [ 5 ], tandis que les informations de Piab sur les pinces à mousse discutent des clapets anti-retour pour les matériaux avec différentes porosités [ 11 ]. Après avoir sélectionné ces composants, l’injection de défaut doit toujours inclure le collage de la vanne, la contamination, la fuite inverse et le temps de réponse pour vérifier les performances d’isolement réelles.
Évaluer la compensation des fuites dans l’ordre suivant: zone d’aspiration efficace, emplacements et étanchéité de la ventouse, longueur et diamètre de la canalisation principale, distribution de la source de vide et enfin débit de la source. L’isolement des zones doit être maintenu et ne peut pas être remplacé par une augmentation continue du débit d’aspiration. Une grande ouverture locale peut consommer le débit disponible et dissimuler le détachement de la ventouse.
06 Calcul et décision de la ligne de base travaillée
Utilisez les conditions suivantes pour le calcul: la surface d’aspiration reste horizontale, θ=0; le calcul est en x-z avec a_y,UB=0, e_y,UB=0, M_x=0, et M_z=0. Par rapport au centre du réseau, les projections de ventouse sont x=±0.25 m et y=0, et le centre de gravité est (0.060,0,−0.160) m. Pour les équations vectorielles du Chapitre 03, calculez r_i comme coordonnées de la ventouse moins coordonnées du centre de gravité. Toute accélération y non nulle, excentricité ou moment nécessite le calcul complet de l’équilibre tridimensionnel.
| Entrée | Valeur spécifiée incluant l’incertitude |
|---|---|
| Carton Masse limite supérieure m_UB | 18.0 kg |
| Comptage des ventouses et zonage | Ventouses 8 dans les zones 4, 2 par zone |
| Numéro de pièce A_eff,LB | 0.0060 m² |
| Projections de ventouse bidimensionnelles | Par rapport au centre du réseau: x=± 0.25 m, y= 0 ; chaque zone a une ventouse de chaque côté |
| Limite inférieure différentielle de défaut Δp_min,LB | 45 kPa |
| Différentiel de levage normal, limite inférieure Δp_pick,LB | 50 kPa |
| Limite inférieure de frottement μ_LB | 0.35 |
| Limite supérieure d’accélération ascendante normale/de défaut a_z, UB | 1.50 m/s² |
| Limite supérieure d’accélération horizontale normale/défaut a_x,UB | 2.00 m/s² |
| Y Accélération et excentricité | a_y,UB = 0 ;e_y,UB= 0 |
| Limite supérieure e_x,UB | 0.060 m |
| Distance du centre de gravité par rapport au plan d’aspiration h_UB | 0.160 m |
| Moments de roulis et de lacet indépendants | M_x＝0；M_z＝0 |
| Soutien sécurisé enregistré | S1 = ( 1.00, 0, − 0.20 ) m; longueur maximale du chemin de défaillance 1.20 m |
| Numéro de pièce V_Z,UB | 1.80 L |
| Indication de fuite de zone maximale et U_QL | 55.0, 1.1 NL/min; Q_L,UB= 56.1 NL/min |
| Indication du débit minimum zone-source et U_QS | 90.0, 1.8 NL/min; Q_S,LB= 88.2 NL/min |
| Conditions d’essai source-débit | Plage différentielle complète 0–50 kPa; pression manométrique d’alimentation 0.40 MPa ; filtre à sa limite de service |
| Stabilisation et temps auxiliaire | t_stable = 0.20 s;t_aux= 0.10 s |
| Volume de récepteur d’air, pression d’alimentation et limites de température initiale | Volume effectif limite inférieure 25.0 L; pression manométrique initiale limite inférieure 0.70 MPa; pression manométrique minimale utilisable limite supérieure 0.40 MPa; T_1,UB=298.15 K |
| Indication de la consommation d’air maximale en quatre zones et U_Qair | 300, 6 NL/min; Q_air,UB= 306 NL/min |
06.1 Capacité de charge de fonctionnement normale
L’aire totale de la limite inférieure est 8 × 0.0060 = 0.0480 m². La capacité individuelle de la ventouse est C_i = 45000 × 0.0060 = 270 N:
F_N,cap,LB = 45000 × 0.0480 = 2160 N
F_N,d = 2.5 × 18 × (9.81 + 1.50) = 508.95 N
Rapport capacité/effort requis en direction normale = 2160 / 508.95 = 4.24 > 1.00: conforme
F_T,cap = 0.35 × 2160 = 756 N
F_T,d = 2.5 × 18 × 2.00 = 90 N
Rapport capacité/effort requis en direction tangentielle = 756 / 90 = 8.40 > 1.00: conformeEn prenant des moments autour du centre de l’aspirateur, l’accélération horizontale et le décalage du centre de gravité créent le moment de pitching suivant:
M_d = F_N,d e_x + F_T,d h = 508.95 × 0.060 + 90 × 0.160 = 44.94 N·m
Différence de force normale entre les côtés: ΔF = M_d / 0.25 = 179.76 N
Effort requis du côté le plus chargé = (508.95 + 179.76) / 2 = 344.36 N
Effort requis du côté le moins chargé = (508.95 - 179.76) / 2 = 164.60 N
Capacité par côté = 4 × 45000 × 0.0060 = 1080 N
Les deux côtés satisfont aux critèresAvec une répartition égale entre quatre ventouses par côté, chaque ventouse côté haut porte N_H=344.36/4=86.09 N et chaque ventouse côté bas N_L=164.60/4=41.15 N. La force tangentielle par ventouse est T=90/8=11.25 N sur huit ventouses. Vérifiez l’enveloppe d’interaction linéaire:
η_H = 86.09/270 + 11.25/(0.35×270) = 0.44
η_L = 41.15/270 + 11.25/(0.35×270) = 0.27
max(η_H,η_L) = 0.44 ≤ 1.00: chargement combiné conforme au critère06.2 Débit et temps d’établissement
La limite supérieure de fuite est 56.1 NL/min et la limite inférieure du débit source est 88.2 NL/min:
Rapport débit source/débit de fuite = Q_S,LB / Q_L,UB = 88.2 / 56.1 = 1.572 ≥ 1.50: conforme
Rapport débit disponible/débit requis = Q_S,LB / (1.5 Q_L,UB) = 88.2 / 84.15 = 1.048 ≥ 1.00: conforme
Q_net,LB = 88.2 - 56.1 = 32.1 NL/min = 0.535 L/s
p_1 = 101.325 - 50 = 51.325 kPa
t_ev = 1.80 × (101.325 - 51.325) / (101.325 × 0.535) = 1.66 s
t_pick = 1.66 + 0.20 + 0.10 = 1.96 s ≤ 2.00 s: conformeLe rapport source/fuite et le rapport demande-capacité ont des seuils différents: 1.50 et 1.00 respectivement. Chaque zone doit atteindre une limite inférieure de 50 kPa et rester stable pendant 200 ms. Toute zone dépassant 2.00 s échoue R4.
06.3 Perte complète d’une zone
L’isolement de n’importe quelle zone laisse 6 ventouses et 0.0360 m² de surface effective. Chaque zone a une ventouse de chaque côté de x, donc 3 ventouses restent de chaque côté après un défaut de zone unique.
F_N,1fail = 45000 × 0.0360 = 1620 N
Rapport capacité/effort requis en direction normale = 1620 / 508.95 = 3.18: conforme
F_T,1fail = 0.35 × 1620 = 567 N
Rapport capacité/effort requis en direction tangentielle = 567 / 90 = 6.30: conforme
Capacité restante par côté = 3 × 45000 × 0.0060 = 810 N
810 > 344.36 N and 810 > 164.60 N: répartition du moment conforme au critèreAprès la défaillance d’une zone, trois ventouses restent sur chaque côté de charge élevée et faible. La demande tangentielle par ventouse restante est T = 90 / 6 = 15 N:
N_H,1fail = 344.36/3 = 114.79 N
N_L,1fail = 164.60/3 = 54.87 N
η_H,1fail = 114.79/270 + 15/(0.35×270) = 0.584
η_L,1fail = 54.87/270 + 15/(0.35×270) = 0.362
max(η_H,1fail,η_L,1fail) = 0.584 ≤ 1.00: conformeAvec les entrées fixes dans cet article - une limite supérieure de masse de 18 kg, une surface d’aspiration horizontale, des enveloppes d’accélération normale/défaillance spécifiées et une enveloppe d’excentricité bidimensionnelle - l’état normal et la défaillance complète de n’importe quelle zone unique passent les calculs rapides d’écran et de charge combinée. Il s’agit d’un résultat de calcul pour la condition de fonctionnement de référence.
06.4 Perte d’alimentation principale et arrêt contrôlé
L’exemple utilise une réserve d’air comprimé avec une limite inférieure de volume effectif de 25.0 L, une limite inférieure de pression manométrique initiale de 0.70 MPa et une limite supérieure de pression manométrique minimale utilisable de 0.40 MPa. Avec p_N=0.101325 MPa, les pressions absolues sont P_1=0.801325 MPa et P_2=0.501325 MPa. Utiliser la décharge adiabatique d’un réservoir rigide avec γ=1.4, température de référence T_N=293.15 K et limite supérieure de la température initiale du réservoir T_1,UB=298.15 K. La limite supérieure de la consommation en quatre zones est de 306 NL/min = 5.10 NL/s. À une pression manométrique d’alimentation minimale de 0.40 MPa, chaque zone fournit Q_S,LB=88.2 NL/min et passe le critère de débit de 1.50.
m_2/m_1 = (P_2/P_1)^(1/γ) = (0.501325/0.801325)^(1/1.4) = 0.7153
V_N,use = 25 × (0.801325/0.101325) × (293.15/298.15) × (1 - 0.7153) = 55.34 NL
t_res = 55.34 / 5.10 = 10.85 s
t_required = (t_2-t_0)_max + 2(t_3-t_2)_max = 0.50 + 2 × 4.00 = 8.50 s
10.85 > 8.50 s: conformeLes calculs dans cette section passent R2, R3, le temps d’accumulation de vide, l’échec de zone unique et les contrôles de durée de sauvegarde, permettant à la configuration de procéder au processus FAT/SAT dans les sections 08 et 09. L’autorisation d’ingénierie du sous-système de préhension sous vide nécessite des enregistrements FAT et SAT zéro défaillance pour chaque cellule de condition limite et injection de défaut, ainsi qu’une documentation complète pour la porte de prérequis de la machine complète.
07Défauts de zone unique, perte d’alimentation et arrêt contrôlé
Fournir des chaînes de réponse distinctes pour les alarmes et les mesures de sécurité. Appliquez la logique d’état suivante au permissif d’exploitation; ne partagez pas un délai qui reporte l’action de protection:
Lift_Enable =
Workpiece_Present ∧ Zone_A_OK ∧ Zone_B_OK ∧ Zone_C_OK ∧ Zone_D_OK
∧ Δp_LB par zone ≥ 50 kPa en continu pendant 200 ms
∧ Variation crête-à-crête dans la fenêtre de 200 ms ≤ 2 kPa
∧ Motion_Envelope_OK
Single_Zone_Fault →
Interdire la poursuite de la trajectoire de production
∧ |a_z,UB| ≤ 1.50 m/s²
∧ √(a_x,UB²+a_y,UB²) ≤ 2.00 m/s²
∧ Interdire le retournement
∧ Déposer sur le support enregistré S1
Main_Supply_Loss →
Alimentation de secours établie: t_1-t_0 ≤ 0.10 s
∧ Défaut confirmé: t_2-t_0 ≤ 0.50 s
∧ Maintenir chaque zone en bon état
∧ Charge transférée au support: t_3-t_2 ≤ 4.00 sLes quatre horodatages utilisent la même base de temps 1 ms. t_0 est le premier instant où la limite inférieure de la pression d’entrée de l’alimentation principale tombe en dessous de la jauge 0.55 MPa ou lorsque le signal d’ouverture de la soupape principale est perdu. t_1 est le premier instant où la limite inférieure de la pression d’alimentation d’entrée aux quatre générateurs de zone atteint la jauge 0.40 MPa. t_2 est lorsque le contrôleur définit le défaut d’alimentation en énergie et émet la commande de mise en marche. t_3 est le premier instant où les deux capteurs de support indépendants sont allumés et où la limite inférieure de la force de support a atteint 0.95m_UBg en continu pendant 500 ms. L’intervalle 4.00 s commence à t_2 ; la limite supérieure totale de la perte d’énergie principale au transfert sur le support est 4.50 s.
Enregistrer la position d’appui sûre S1=( 1.00,0, − 0.20 ) m avec une tolérance de ± 5 mm. La longueur maximale du chemin depuis n’importe quel point dans l’enveloppe de mouvement jusqu'à S1 est 1.20 m. Le seuil inférieur de la force de support est 0.95 × 18 × 9.81 = 167.75 N. Enregistrez les coordonnées de support, la limite de trajectoire et le seuil de force dans R1. Les emplacements non enregistrés ne doivent pas être utilisés comme supports sécuritaires.
Ne pas commander l’évent après un défaut tant que toutes les conditions de déclenchement ne sont pas remplies: position à l’intérieur de S1 ± 5 mm; vitesse ≤ 0.01 m/s en continu pendant 500 ms; deux capteurs de support indépendants activés en continu pendant 500 ms; limite inférieure de la force de support ≥ 0.95m_UBg; et commande de déclenchement manuel maintenue pendant 500 ms. La récupération de pression ne doit pas redémarrer automatiquement la production. Terminer t_3, inspecter la pièce et réinitialiser manuellement avant un nouveau cycle.
Vérifier l’alimentation électrique de secours en coupant l’alimentation principale dans les conditions combinées de pression manométrique initiale 0.70 MPa, limite supérieure de fuite, limite supérieure de consommation d’air, limite de durée de vie du filtre et trajectoire de défaut 1.20 m. De t_0 à t_3, le réglage contrôlé échoue si une limite inférieure de pression de zone saine est < 45 kPa, si une limite supérieure d’accélération de défaut est dépassée, si une porte de temps t_1 / t_2 / t_3 est dépassée, ou si une personne soutient manuellement la pièce.
08Matrice de test, chaîne de mesure et enregistrements
Exécutez la matrice complète séparément aux FAT et SAT pour chaque spécification de carton; les données FAT ne peuvent pas être créditées contre SAT. L’origine coordonnée est le centre d’aspiration de conception du carton. Fixez le décalage de positionnement autorisé de la ventouse à ± 20 mm dans les deux x et y et la compression à 5–9 mm. Utiliser des cartons indépendants pour chaque cellule limite: trois lots entrants × 10 cartons /lot × 5 cycles /carton = 150 cycles . Enregistrez quatre courbes de zone par cycle, donnant 600 courbes de zone par cellule.
| Cellule d’essai | Point de placement de ventouse / État | Compression | Contamination et durée de vie | Échantillons par étape |
|---|---|---|---|---|
| E1 | ( 0,0 ) mm; zone centrale non imprimée | 7 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E2 | (+20,0) mm | 7 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E3 | (−20,0) mm | 7 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E4 | (0,+20) mm | 7 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E5 | (0,−20) mm | 7 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E6 | 100% couverture d’impression; lèvre d’étanchéité 10 mm à partir du bord du ruban | 7 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E7 | (0,0) mm | 5 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E8 | (0,0) mm | 9 mm | Ventouse propre et neuve | 150 cycles/ 600 courbes |
| E9 | (0,0) mm | 7 mm | 0.50 g/m² poussière de papier; nouvelle ventouse | 150 cycles/ 600 courbes |
| E10 | (0,0) mm | 7 mm | 0.50 g/m² de poussière de papier; ventouse à 100000 cycles ou 0.50 mm usure des lèvres | 150 cycles/ 600 courbes |
Pour chaque spécification de carton à chaque étape, compléter 1500 cycles de fuite/établissement et 6000 courbes de zone; FAT et SAT ensemble total 3000 cycles et 12000 courbes de zone. Si le matériau du carton, le type de cannelure, le nombre de couches, le revêtement, le ruban adhésif ou la limite de masse supérieure changent, considérez-le comme une nouvelle spécification et répétez les quantités complètes.
Utilisez six cellules de chemin dynamique. D1 : 18 kg , a_z,UB=+ 1.50 m/s ², a_x,UB= 0 . D2 : 18 kg , a_x,UB=+ 2.00 m/s ², a_z,UB= 0 . D3 : 18 kg , a_x,UB=− 2.00 m/s ², a_z,UB= 0 . D4 combine a_z,UB=+ 1.50 m/s ² et a_x,UB=+ 2.00 m/s ². D5 combine a_z,UB=+ 1.50 m/s ² et a_x,UB=− 2.00 m/s ². D6 suit le chemin de défaut maximal de 1.20 m à S1 après un défaut de zone unique. Toutes les cellules utilisent des conditions de contamination et d’usure E10, avec trois lots × cartons 10 × cycles 4 = cycles 120 par cellule. Chaque étape totalise 720 cycles dynamiques; FAT et SAT ensemble total 1440.
À chaque étape, compléter indépendamment: surface effective: cuves 8 × niveaux de compression 3 × états de vie 2 × essais 10 = essais 480; coefficient de frottement: pressions différentielles 2 × états de vies 2 × états de contamination 2 × essais 30 = essais240; et, avec pression manométrique d’alimentation du générateur à 0.40 MPa et chute de pression du filtre à 5 kPa, zones 4 × courbes 10 de 0 à 50 kPa = courbes 40. Ces comptes ne peuvent pas être crédités contre E1 à E10 ou D1 à D6.
| Mesure | Instrumentation et échantillonnage | Dossiers requis | Critère |
|---|---|---|---|
| Pression de zone | Capteur de pression absolue ou différentielle indépendant par zone; ≥ 100 Hz et U_p/p≤ 2% | Δp_meas, U_p, Δp_LB | Avant le levage, Δp_LB≥50 kPa; pendant les défaillances, chaque zone saine Δp_LB≥45 kPa |
| Fuite et flux de la source | Débitmètre normalisé ≥ 100 Hz ; U_Q/Q≤ 2% | Q_meas, U_Q et état de référence | Q_S,LB/Q_L,UB≥1.50 |
| Masse et coordonnées | Balance étalonné U_m≤ 0.10 kg ; mesure tridimensionnelle U_r≤ 1.0 mm | m_meas, U_m et coordonnées de la ventouse, du centre de gravité et du support | m_UB=m_meas+U_m; prendre la valeur absolue de l’excentricité et du bras de moment plus U_r |
| Charge dynamique | Accéléromètre indépendant à trois axes ≥ 200 Hz, U_a≤ 0.05 m/s ² | Mesures par axe, U_a et pics de freinage de défaut | a_UB = max|a_meas| + U_a; ne dépasse pas l’enveloppe calculée |
| Déplacement / glissement | ≥100 Mesure visuelle fps, U_s≤0.20 mm | Positions de départ, de pointe et de fin avec l’échelle de mesure | s_UB=s_meas+U_s≤ 2.00 mm |
| Force de soutien | Transducteur de force étalonné; U_F/F≤ 2% | F_support,meas, U_F, et les deux signaux de support | F_support,LB=F_meas−U_F≥ 0.95m_UBg et maintien pendant 500 ms |
| Volume, pression de l’air stocké et température | Volume U_V/V≤ 2% ; pression U_P≤ 0.005 MPa ; température U_T≤ 1 K | Volume des zones/récepteurs, P_1, P_2, T_1 et incertitudes correspondantes | Utiliser la limite supérieure pour le volume évacué; utiliser la limite inférieure pour le volume du réservoir d’air et P_1, et la limite supérieure pour P_2 et T_1. |
| Zone effective | Imagerie calibrée ou mesure dimensionnelle; U_A/A≤ 2% | Compression, limite intérieure de joint, et aire | Utilisez uniquement A_eff,LB=A_meas−U_A dans les calculs |
| Coefficient de frottement | Jauge de force étalonné; U_μ≤ 0.02 | Force à l’apparition du glissement continu, pression différentielle, surface et état de contact | Utiliser uniquement μ_LB=min(μ_meas)−U_μ dans les calculs |
| Approvisionnement en énergie de secours | Pression, débit et 1 ms base de temps d’événement | t_0, t_1, t_2, t_3 et pression minimale de zone | ≤ 0.10 s, ≤ 0.50 s et ≤ 4.00 s, et zone saine Δp_LB≥ 45 kPa |
Utilisez les limites inférieures de pression pour l’autorisation. À U_p/p= 2%, une limite inférieure 50 kPa nécessite une indication d’au moins 51.02 kPa ; une limite inférieure 45 kPa nécessite au moins 45.92 kPa. L’asymétrie de l’horloge d’échantillonnage doit être ≤ 10 ms. Complétez un pressostat discret avec une pression analogique enregistrable. Un bit pass/fail sans la trace de pression originale échoue R10.
La fenêtre de pression de libération est 0 ≤Δp_UB≤ 5 kPa en continu pendant 500 ms. Un changement de pression analogique inférieur à 0.50 kPa dans 300 ms de l’actionnement de la valve, ou aucun nouvel échantillon pour 30 ms, indique un signal gelé. Un conflit discret/analogique qui dure plus de 50 ms est un défaut diagnostique.
Conservez les horodatages, les identifiants de zone, les identifiants d’échantillon, les identifiants de lot, les identifiants d’emplacement de ventouse, la pression, le débit, l’accélération, les états de valve et les états permissifs dans les données brutes, avec des unités dans les champs ou les métadonnées. Archivez les scripts de traitement et les paramètres à côté d’eux afin que chaque résultat calculé soit traçable aux lignes originales. Les images ne peuvent pas remplacer les données brutes. Seules les défaillances clairement établies des instruments peuvent être exclues, avec conservation de la raison, des preuves de défaillance et des dossiers de réessai. La suppression des cycles à fuite élevée ou à accumulation lente en tant que « outliers » provoque l’échec direct de R10.
09Matrice de Fault-Injection basée sur FMEA
Convertissez les modes de défaillance FMEA en injections de défauts répétables, y compris les défauts peu fréquents. Utilisez une masse supérieure 18 kg, un état de contamination/usure E10 et un chemin de défaut 1.20 m. FAT et SAT complètent chacun le tableau complet. Pour les défauts autres que la perte d’alimentation principale, t_F est le temps d’injection physique et la confirmation de défaut doit satisfaire à t_2 −t_F≤ 0.50 s. La perte d’approvisionnement principal conserve les définitions des chapitres 07 t_0 à t_3.
| Mode de défaillance | Méthode d’injection | Essais par étape | Réponse de contrôle requise | Critère de réussite |
|---|---|---|---|---|
| Ventouse à découvert | Appliquer une ouverture calibrée de 6.0 mm à chaque ventouse | 8 ventouses × 10 = 80 | Alarme pour la zone affectée et déplacer la charge vers S1 | Zone saine Δp_LB≥ 45 kPa , t_2 −t_F≤ 0.50 s, t_3 − t_2 ≤ 4.00 s |
| Ligne de zone déconnectée | Débranchez complètement le raccord rapide de chaque zone | 4 zones × 10 = 40 | Isoler la zone défectueuse et la fixer à S1 | Tous les essais 40 répondent aux portes de temps, de pression, d’accélération, et de glissement |
| Clapet anti-retour bloqué ouvert | Contourner chaque clapet anti-retour de zone avec un chemin d’écoulement entièrement ouvert | 4 zones × 10 = 40 | Les zones saines conservent des diagnostics indépendants ; exécutez le réglage S1 | Toute zone saine Δp_LB inférieure à 45 kPa ne satisfait pas à l’élément complet |
| Capteur de pression bloqué haut | Injectez un niveau élevé à grande échelle dans chaque canal: essais 5 avant le levage et 5 pendant le mouvement | 4 Tous les canaux × 10 = 40 | Inhiber le levage avant le ramassage; exécuter la mise en place S1 pendant le mouvement | Pas de faux Lift_Enable; les tests de mouvement répondent aux limites t_2 et t_3 |
| Capteur de pression bloqué bas | Injecter 0 kPa dans chaque canal: 5 essais avant le levage et 5 pendant le mouvement | 4 Tous les canaux × 10 = 40 | Inhiber le levage avant le ramassage; exécuter la mise en place S1 pendant le mouvement | Le fonctionnement de dérivation est interdit; la pression de zone saine reste dans la limite d’acceptation |
| Perte principale d’air comprimé | Fermer la vanne principale à un point où 1.20 m de trajet restent jusqu'à S1 | 10 | Établir une alimentation de secours et confirmer la défaillance à t_1/t_2, puis la régler à S1 | t_1−t_0≤0.10 s，t_2−t_0≤0.50 s，t_3−t_2≤4.00 s |
| Faible pression de réserve de sauvegarde | Pression manométrique initiale fixée à 0.39 MPa | 10 | Interdire le démarrage | Aucun Lift_Enable dans aucun des essais 10 / 10 |
| Effondrement local de carton | Préparer un 30 mm -diamètre, 5.0 mm -indentation profonde dans la zone d’aspiration | 10 | Exécuter S1 set-down après la défaillance de pression | Aucune déchirure, aucune chute, et s_UB≤ 2.00 mm |
| Permission de minuterie prématurée | Définir le délai fixe à 0.50 s | 10 | L’interverrouillage de pression continue d’empêcher le mouvement | Pas de levage tant qu’une zone a Δp_LB < 50 kPa |
| Commande d’évacuation non intentionnelle | Injecter une requête de sortie de ventilation au milieu du chemin | 10 | Chacune des cinq conditions de libération bloque la ventilation lorsqu'elle n’est pas satisfaite | La soupape d’évacuation doit rester désactivée avant t_3 |
Effectuer 290 injections de défaut à chaque étape, totalisant 580 à travers FAT et SAT. Avant l’essai, installez un dispositif de prise de charge et dégagez la zone dangereuse. Enregistrer une défaillance pour tout mouvement involontaire, pression inférieure à sa limite inférieure, dépassement de la limite de temps, accélération au-dessus de sa limite supérieure, glissement au-dessus de sa limite suptérieure, évacuation involontaire ou support manuel de la pièce. Après la prise de mesures correctives, répéter le mode d’échec à cette étape à partir du premier essai; répéter uniquement l’essai échoué n’est pas suffisant.
10 Normes de libération d’ingénierie des sous-systèmes FAT, SAT et de préhension sous vide
Le processus de libération vérifie la porte préalable, la documentation de conception, les essais de réception en usine (FAT) et les essais de réception sur site (SAT) en séquence. Les quatre grilles doivent être franchies avant qu’une conclusion technique sur le sous-système ne soit émise. Les calculs ne remplacent pas les essais de réception physique, le FAT ne réduit pas les exigences SAT et les essais doivent utiliser les cartons cibles plutôt que les échantillons génériques du fournisseur.
| Non. | Release Gate | Critères de réussite |
|---|---|---|
| R1 | Prérequis Gate et Input Freeze | Passe l’évaluation des risques de la machine complète; PL/SIL validé pour Lift_Enable, détection des défauts, inhibition de l’échappement et mise en marche contrôlée est ≥ l’exigence d’évaluation des risques; intégration de robot, conformité du réservoir d’air et passe de conformité environnementale; et masse/centre de gravité/coordonnées tridimensionnelles/accélération/position de sécurité/A_eff, LB/μ_LB/Q_L, UB/Q_S, LB et toutes les valeurs U sont contrôlées par version |
| R2 | Capacité de charge statique et dynamique | Rapports de capacité rapide normale et zone unique de défaut≥ 1.00 ; une solution tridimensionnelle avec η_i≤ 1.00 existe à chaque échantillon de 10 ms |
| R3 | Flow Reserve | Chaque zone: Q_S,LB(45 kPa, 0.40 MPa)/Q_L,UB≥ 1.50 |
| R4 | Vacuum-Establishment Time | Pour chaque cellule E1 – E10, tous les cycles 150 / 150 et les traces de zone 600 / 600 atteignent la limite inférieure 50 kPa dans les s 2.0 et restent stables pendant 200 ms |
| R5 | Gestion dynamique | Chaque cellule D1-D6 complète 120 / 120 cycles : pas de chute, s_UB≤ 2.00 mm, et limites supérieures d’accélération dans l’enveloppe de calcul |
| R6 | Faille à zone unique | Débrancher chaque zone 10 fois et contourner son clapet anti-retour 10 fois; zone saine Δp_LB≥ 45 kPa et chaque charge atteint S1 dans la limite de temps |
| R7 | Perte d’approvisionnement principal | Tous les essais 10/10 satisfont t_1−t_0≤0.10 s, t_2−t_0≤0.50 s, t_3−t_2≤4.00 s, et Δp_LB≥45 kPa dans la zone saine tout au long de t_0-t_3 |
| R8 | Fault Injection | Chapitre 09 : 290 / 290 Épreuves par étape; pas de fausse autorisation ou de fausse évacuation et pas de dépassement des limites de temps, de pression, d’accélération ou de glissement |
| R9 | Structure de carton | Aucun couvercle ouvert, séparation de doublure, ou endommagement de travers; limite supérieure de permanent-indentation ≤ 2.00 mm à 60 s après déchargement |
| R10 | Intégrité des dossiers | Courbes originales traçables de pression, de débit, d’accélération et de déplacement; logs t_0-t_3; incertitudes de l’instrument; configuration; et décision |
FAT et SAT utilisent les mêmes seuils et remplissent indépendamment toutes les quantités requises. Si le générateur de vide, le modèle/la dureté de la ventouse, le diamètre du tuyau, le filtre, la valve, le programme de contrôle, le matériau du carton, le revêtement, la bande, la masse, le centre de gravité ou l’accélération de la trajectoire changent sur le site, la limite de libération existante expire immédiatement et R1 – R10 doit être répétée en entier. La libération conditionnelle n’est pas autorisée: si un élément n’est pas satisfait, le sous-système de préhension sous vide échoue à la libération technique.
11 Contrôles d’ingénierie et maintenance
- Ventouses et points de pose : la lèvre d’étanchéité ne doit pas traverser une ouverture du couvercle du carton, un dommage ou un pli, une empreinte ou un pas de ruban dont la différence de hauteur/profondeur est ≥ 0.50 mm. Sa distance minimale par rapport à ces limites doit être ≥ 10 mm. Le guidage mécanique limite la compression à 5–9 mm.
- Filtration et drainage : Surveiller la pression différentielle dans chaque filtre de zone. À une chute de pression de 5 kPa ou 500 h de service, selon la première éventualité, arrêter l’utilisation et remplacer le filtre. Répéter ensuite l’essai Q_H préalable au changement de vitesse.
- Zones de contrôle : Avant chaque quart de travail, mesurer la fuite du matériel contre une plaque étalon imperméable à 45 kPa différentiel. Si une zone a Q_H,UB/Q_S,LB> 0.05, retirez-la du service pour réparation.
- Diagnostic du capteur : avant aspiration, 0 ≤Δp_UB≤ 5 kPa en continu pendant 500 ms. Définir une défaillance si le changement est < 0.50 kPa dans 300 ms après actionnement de la valve, aucun nouvel échantillon n’arrive pour 30 ms, ou les signaux discrets et analogiques sont en conflit pour > 50 ms.
- Surveillance de la pression: Lors d’un mouvement normal, chaque zone nécessite une pression Δp_LB≥50 kPa. Si une zone saine enregistre un échantillon de 100 Hz avec Δp_LB<45 kPa, le contrôleur définit une erreur sur son prochain balayage tout en respectant t_2≤0.50 s.
- Changer le contrôle : Ventouses de contrôle de version, matériaux d’étanchéité, valves, longueurs de tuyau, sources de vide, paramètres de programme, et matériaux de carton. Recalculer et effectuer les tests requis avant d’utiliser un substitut.
- Protection du personnel et isolation énergétique : Avant l’entretien, vérifier d’abord que la limite inférieure de la force de support atteint 0.95m_UBg en continu pendant 500 ms. Puis isolez et verrouillez l’alimentation en air et libérez l’énergie pneumatique résiduelle. Permettre l’entrée seulement après confirmation du soutien et l’isolement énergétique sont complets. ISO 4414:2010 couvre la conception, l’installation, l’exploitation et l’entretien des systèmes pneumatiques des machines, à l’exclusion des compresseurs, de la distribution en usine, des bouteilles de gaz et des réservoirs d’air [ 4 ]. La conformité de l’air-récepteur reste un prérequis R1.
12 Conclusions
L’évaluation de la manipulation des pièces poreuses doit couvrir la capacité de charge, les fuites, la dynamique, l’isolation des zones et la réponse à la perte d’air. Cet article les exprime en six critères d’ingénierie qui doivent être remplis ensemble:
- Vérifier le fonctionnement normal et le fonctionnement à défaut de zone unique en utilisant Δp_min,LB, A_eff,LB, μ_LB et un facteur de charge de 2.5. Les rapports de capacité rapide doivent être ≥ 1.00, avec une solution d’équilibre tridimensionnelle satisfaisant η_i≤1.00 tous les échantillons de 10 ms.
- Chaque zone doit satisfaire à Q_S,LB/Q_L,UB≥ 1.50 à 45 kPa différentiel et pression manométrique minimale d’alimentation 0.40 MPa.
- Chaque zone atteint une limite inférieure de 50 kPa dans un délai de 2.0 s; 20 échantillons consécutifs passent et la variation de crête à crête de la fenêtre est ≤ 2 kPa ; le permissif provient des signaux de pression par zone.
- Après la perte complète d’une zone, les limites inférieures de pression de la zone saine restent ≥ 45 kPa, les accélérations de défaillance restent dans l’enveloppe vérifiée et la charge atteint son support sûr enregistré.
- Require t_1 − t_0 ≤ 0.10 s, t_2 − t_0 ≤ 0.50 s, et t_3 − t_2 ≤ 4.00 s. Le modèle de décharge adiabatique de secours avec γ= 1.4 et limite supérieure de température initiale 298.15 K doit donner t_res≥ 8.50 s.
- FAT et SAT complètent indépendamment, pour chaque spécification, dix cellules limites, six cellules dynamiques, et 290 injections de défaut , toutes avec zéro défaillance et des enregistrements complets de porte de prérequis R1.
Le chapitre 06 donne une conclusion à un seul calcul pour le carton de base de 18 kg : les rapports de capacité rapide normale et tangentielle sont respectivement 4.24 et 8.40, avec un coefficient d’interaction maximal de 0.44 ; après une défaillance dans une zone, les rapports de capacité rapide sont 3.18 et 6.30, avec un coeficient d’interaction maximum de 0.584 ; Q_S,LB = 88.2 NL/min et Q_L,UB = 56.1 NL/min ; le rapport source/fuite est 1.572 et le rapport demande-capacité est 1.048 ; le temps d’établissement permissif est 1.96 s ; et la durée adiabatique de l’énergie de secours est 10.85 s, supérieure à 8.50 s. Ce résultat de calcul est transmis au processus de vérification FAT/SAT spécifié.
Le résultat du sous-système est « Conforme » uniquement si chacun des points R1–R10 dispose de comptes rendus FAT et SAT indépendants, sans défaillance. Tout élément manquant entraîne un résultat « Non conforme ». L’autorisation de mise en service de la machine complète exige également les dossiers d’évaluation des risques, de validation de la sécurité de commande, d’intégration du robot et de conformité du réservoir d’air comprimé.
Références
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[ 2 ] Organisation internationale de normalisation. ISO 17096:2015 Grues — Sécurité — Accessoires de levage de charges . La page officielle ISO indique que cette édition a été revue et confirmée dans 2026 et reste actuelle.
[ 3 ] Système ouvert de normes nationales de l’Administration d’État pour la réglementation du marché. GB/T 32293 — 2015 Technologie du vide — Sélection des méthodes d’essai d’étanchéité pour les équipements sous vide . Publié le 2015-12 - 10 ; mis en œuvre le 2016-07 - 01 ; état: actuel.
[ 4 ] Organisation internationale de normalisation. ISO 4414:2010 Énergie des fluides pneumatiques — Règles générales et exigences de sécurité pour les systèmes et leurs composants . La page ISO officielle indique que cette édition a été revue et confirmée dans 2021.
[5] SMC Corporation. Équipement de vide : Sélection de modèle et précautions communes . Référence officielle de sélection de composants sous vide couvrant l’estimation des fuites, le temps de réponse, la confirmation de pression, l’étranglement et les applications de clapet anti-retour.
[ 6 ] J. Schmalz GmbH. Conception de la ventouse . Base de connaissances officielle sur la technologie du vide.
[ 7 ] J. Schmalz GmbH. Données techniques des ventouses . Base de connaissances officielle sur la technologie du vide.
[8] Piab AB. Manipulation du carton ondulé: Avantages grâce à la régulation optimisée de la pression de la pompe à vide pneumatique . Référence technique officielle sur la manutention sous vide du carton ondulé.
[ 9 ] A. Tiwari, B. N. J. Personnes. Physique des ventouses . Matière en vrac, 2019 , 15 : 9482–9499 . Article de recherche original.
[10] F. Gabriel, S. Baars, M. Römer, K. Dröder. Optimisation du point de préhension et dimensionnement conforme aux fuites de systèmes de préhension à vide économes en énergie . Machines, 2021, 9 ( 8 ): 149. Article de recherche original.
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