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Sensori nelle fresatrici dentali

Automazione intelligente con IO-Link e RFID

È grande quanto un frigorifero, spesso lavora notte e giorno, sette giorni a settimana: la macchina CNC a 5 assi fresa componenti per protesi dentarie come corone, ponti o impianti da speciali leghe metalliche. Intelligenti soluzioni di automazione garantiscono una rapida messa in funzione e un funzionamento sicuro.

La macchina viene progettata e costruita dall’azienda Cimt GmbH, una media impresa di Rosdorf, vicino a Gottinga (Germania). Il progettista Christian Heine: “Costruiamo centri di lavorazione per l’industria dentale. In una prima fase costruiamo questa piccola fresatrice dentale, soprattutto per odontotecnici e laboratori di fresatura.

Vogliamo introdurla anche in altri settori, per esempio nell’industria orologiera. La macchina lavora i cosiddetti semilavorati, ovvero leghe come oro, titanio, CoCr, ossido di zirconio, ma anche materie plastiche come PMMA e PEEK che possono essere processate".

Grazie al sistema di pulizia automatica dell’area di lavoro, il passaggio da un materiale all’altro è possibile in tempi brevissimi e con poche semplici operazioni. Il sensore tattile integrato garantisce un controllo diretto del risultato di fresatura e, se necessario, una fresatura di rifinitura precisa. Il sensore tattile viene usato anche per calibrare gli assi della macchina.

Una caratteristica peculiare della macchina è l'elevato rendimento unito alla compattezza. Christian Heine: “La particolarità di questa macchina sta nella precisione, velocità e affidabilità. Un altro vantaggio è l’ingombro ridotto. Le macchine di altri produttori hanno un ingombro notevolmente maggiore per ottenere le stesse prestazioni di taglio". Quest’ultimo fattore è importante in quanto gli studi odontoiatrici o laboratori odontotecnici spesso sono ubicati in edifici residenziali.

Heine è particolarmente entusiasta delle prestazioni: “Attualmente la velocità detta gli standard. Considerando le sue dimensioni, lavoriamo l'acciaio molto più velocemente di quanto fanno le macchine della concorrenza". Ad esempio, per realizzare una corona sulla macchina CNC occorrono circa 15 minuti.

Oltre a un potente sistema CNC di Bosch Rexroth, è la struttura solida e a basse vibrazioni di tutto il sistema meccanico a garantire alla macchina una lunga vita utile e la massima precisione nel rispetto degli standard industriali.

Riduzione dei costi grazie a IO-Link

Per mantenere basso il prezzo dell’impianto e i costi di manutenzione, Cimt adotta un approccio coerente. Christian Heine: “Nell’impianto vengono montati soltanto componenti di un numero esiguo di fornitori. In questo modo si risparmiano i costi di stoccaggio e di ordinazione".

Per quanto riguarda i sensori, i master, i moduli IO-Link e il loro cablaggio vengono utilizzati esclusivamente componenti di ifm. Tutti i sensori sono integrati tramite il protocollo di comunicazione IO-Link. Christian Heine ne spiega i vantaggi:

Il cablaggio di tipo tradizionale è sempre stato fonte di errori. In fase di messa in servizio abbiamo spesso investito molto tempo nella ricerca degli errori. A volte i componenti erano stati danneggiati perché il cablaggio non era stato eseguito correttamente, ad esempio veniva scambiato il polo positivo con quello negativo oppure i cavi non erano stati spellati in modo corretto.

Tutti i sensori e gli attuatori sono collegati tramite IO-Link. In questo modo, si riducono gli errori e i tempi di assemblaggio della macchina.

Il cablaggio tramite IO-Link, invece, consiste nell’avvitare un connettore ad un master o modulo IO-Link. Gli errori di cablaggio sono praticamente impossibili.

Con il cablaggio di tipo tradizionale di tutti i componenti avremmo impiegato da 1 settimana e mezza a due settimane circa. Con il cablaggio IO-Link ce la caviamo in meno di tre giorni. E il tasso di errori è quasi zero".

I segnali dei sensori IO-Link vengono indirizzati ai moduli master IO-Link tramite un cavo M12 standard e da lì al sistema di controllo tramite Profinet. Heine: “Non utilizziamo gli ingressi e le uscite del sistema di controllo CNC, ma facciamo passare tutto attraverso il sistema IO-Link. La messa in servizio della macchina è molto più semplice. I dati di processo sono subito disponibili e non occorre effettuare alcuna programmazione.

Ad esempio, esaminiamo i valori dei nostri sensori per cilindri, dei trasmettitori di temperatura e dei sensori di flusso. Tramite IO-Link controlliamo ad esempio anche le valvole o i fusibili elettronici con i quali commutiamo ventilatori, illuminazione e pompe".

Fusibili elettronici che non solo proteggono il circuito elettrico, bensì possono commutare anche ventilatori, pompe o illuminazione tramite IO-Link.

Grazie a IO-Link, vengono localizzati immediatamente i sensori difettosi. Questo aiuta i tecnici di assistenza che possono collegarsi alla macchina da remoto in caso di anomalia. In questo modo possono portare con sé l'unità di ricambio giusta per il successivo intervento di assistenza. E anche qui vediamo un altro vantaggio di IO-Link: collegando il sensore di ricambio al modulo IO-Link vengono trasmessi automaticamente tutti i parametri al nuovo sensore. Non solo si risparmia tempo, ma si aumenta l’affidabilità del processo.

Si evitano errori operativi

L'impianto è monitorato da diversi sensori. Ecco alcuni esempi: i sensori per cilindri monitorano le posizioni finali degli alberi del pistone di cilindri pneumatici. Il circuito di raffreddamento viene monitorato da sensori di temperatura e flusso di ifm. I sensori di livello monitorano sia il serbatoio del lubrorefrigerante che il silo per trucioli.

Particolarmente interessante è il monitoraggio del portautensili a cartuccia: a seconda del pezzo in lavorazione e del materiale, nelle singole fasi di lavoro occorrono utensili di fresatura diversi. L’operatore deve inserirli prima negli appositi alloggiamenti del portautensili a cartuccia.

A seconda del pezzo in lavorazione, l’utente può inserire utensili diversi nel portautensili a cartuccia.

Prima di iniziare la lavorazione, la macchina controlla se sono presenti tutti gli utensili necessari e in quale posizione sono stati posizionati da parte dell’operatore. Una testina di lettura RFID, montata sulla testa dell’alloggiamento, si muove attraverso tutte le posizioni del portautensili a cartuccia. Ogni utensile e ogni materiale ha un codice, cosa che garantisce un’identificazione e un’assegnazione senza errori.

Anche la posizione degli utensili viene memorizzata nel sistema di controllo. Ogni volta che si apre il portautensili a cartuccia viene ripetuta questa scansione. In questo modo, è garantita la massima sicurezza. Viene quindi escluso l’utilizzo accidentale di un utensile sbagliato e l’operatore ottimizza i costi evitando di produrre scarti. Anche la testina di lettura RFID di ifm trasmette i dati al sistema di controllo tramite IO-Link.

Conclusioni

Un sistema di collegamento intelligente come IO-Link, abbinato a sensori collaudati, garantisce la massima affidabilità durante il montaggio, la messa in servizio e il processo. Così si apre la strada ad una produzione con costi ridotti.