Автоматический сборочный механизм для мелких деталей

[Mihaylo]

Вопрос одновременно абстрактный и одновременно конкретный, то есть хотелось бы разработать конкретный механизм автоматической сборки и в то же время понять общий принцип разработки подобных устройств. Нужно разработать механизм, который позволит соединять две простые пластиковые детали размером порядка 6х6х8 мм и 2х8х16 мм. Позже я выложу фотографии деталей.

Соответственно под мелкими деталями понимаются детали, которые сами по себе стоят недорого, операция сборки "копеечная", детали легковесные и изначально находятся в двух отдельных мешках в беспорядочном положении и могут даже цепляться друг за друга.

Принцип соединения деталей заключается в перемещении, направлении, сортировке, улавливании, позиционировании, захвате и осуществлении сборочной операции и выдаче готового изделия.

Образцовый пример, когда одна деталь управляется вручную, а вторая автоматически: https://www.youtube.com/watch?v=SL6StrpggDM

Требуется разработать подобный механизм с разумной технологической оптимизацией. Умеем работать с металлом на уровне болгарки, сварочника, лазерной резки, гибочного станка, пневматическая механика, шаговые двигатели, датчики, сложная электроавтоматика...

Конструкторских вопросов очень много, но основной - как от характеристик деталей следовать к концепции сборочного механизма.

-- 05.02.2021, 00:24 --

На примере тех же гильзовых кабельных наконечников:

Наконечники состоят из тонкого металлического цилиндра и пластиковой юбки.
Подводный камень: наконечники склонны цилиндрической частью вставляться в юбку другого наконечника.
Центр тяжести смещен в сторону металлической части, естественно.

[amon]

Детальки нарисуйте, можно будет дальше думать. Пока вспоминается роторно-конвеерная схема - два не соосных барабана, в гнездах которых лежат соединяемые детали. При совмещении гнезд двух барабанов происходит соединение. Криво лежащие в гнездах детали сметаются назад в приемный контейнер. А вообще, я бы сто раз подумал прежде чем это затевать. Если не гвозди или патроны производите, и объем продукции не сотни тысяч в неделю, а штук сто, то может проще, быстрее и дешевле сборщиков нанять. Все, что на коленке болгаркой делается по моему, правда, не очень богатому опыту, толком не работает, а разработать и сделать хорошо дорого и долго.

[Mihaylo]

Детали:


Детали в сборе:

[amon]

Mihaylo в сообщении #1504192 писал(а):

Детали:

В принципе - ничего сложного, но дьявол, как всегда, притаится в деталях. Два конвейера, подающие сориентированные деталюшки. Ориентация, вроде, дело не хитрое - делается формой лотков, подводящих детали. Единственная засада - зацепившиеся скрепки. Тут либо вручную их разделять, либо городить что-то дергающее их в разные стороны пока не расцепятся. Отсортировать сцепившиеся и не сцепившиеся может тот же подводящий лоток. В точке встречи конвейеров детальки зацепляются. Вроде не турбореактивный двигатель получается, а что-то попроще.

[EUgeneUS]

Скрепки же сразу после литья не зацеплены друг с другом.
Нельзя ли их сразу после литья как-то упаковывать "в пачки", удобные для подачи на конвейер?

[Mihaylo]

Отвечаю:
1. Сцепившиеся головастики должны всегда оставаться в чаше. Когда механизм отключат, на дне чаши должны остаться эти головастики. Расцеплять вручную. P.S. Вроде не склонны цепляться.
2. Упаковывать детали в ленты может и можно, но представьте, что продукция пришла с китайского завода...

[realeugene]

Это внутри скрепки облой остался? С такой точностью литья нужно быть готовым к некоторой доле грубого брака, мне кажется. Скрепки двумерны, сортировка с применением машинного зрения должна помочь, наверное.

[Mihaylo]

При общих размышлениях о сборочном автомате на ум приходят такие понятия как "механическая фильтрация" (или "механическая сепарация"), "гравитационная сепарация", "механическая ориентация", "гравитационный позиционер" и т.п.

Механическая сепарация - это разделение деталей на группы путем механического воздействия за счет различных динамических и конструктивных свойств групп деталей. (Одинаковые детали могут относиться к разным группам, если они по-разному с ориентированы в пространстве.)
Механическое воздействие - приложение сил, включая реакции опоры, взаимодействия деталей друг с другом, сопротивления воздуха, воды и др. Так как по условию задачи мелкие детали лежат неподвижно в чаше, то придется приложить как минимум одну активную силу.
Задача разработки механического сепаратора сводится к выявлению разницы свойств деталей и разработки системы сил, которые в заданный промежуток времени обеспечат необходимое изменение координат деталей, соответствующее цели сепарации.


Может ли постоянно действующая сила, например, сила тяжести решить задачу сепарации???

[Mihaylo]

По теме:

Что такое сепаратор. Теоретические основы центробежной сепарации жидкостей
https://www.youtube.com/watch?v=r0IYI8mkvVw

Еще один частный случай:

Википедия писал(а):

Грохоче́ние — процесс разделения различных по размерам кусков материала на классы крупности путем просеивания через одно или несколько сит или решёт[1].

Остающийся на сите материал называется надрешётным (верхним), а прошедший через отверстия сита — подрешётным (нижним) продуктами. Продукты грохочения могут выделяться от крупного класса к мелкому, от мелкого класса к крупному или по комбинированной схеме. Грохочение в промышленности производится при помощи грохотов.

-- 06.02.2021, 14:39 --

Нашел литературу по теории механической сепарации:

О.Н. Тихонов. Теория сепарационных процессов. 2003
https://www.geokniga.org/bookfiles/geok ... sovch1.pdf

В ней говорится, что, действительно, принцип сепарации частиц основан на различии ускорения частиц под действием поля сил. Выделяются следующие силы применительно к обогатительным процессам руд: гравитационная/центробежная сила, сила Архимеда, сила Стокса, магнитная сила, флотационная сила, электростатическая сила Кулона, сила инерции, сила трения, выделяется также градиентная (ударная, диффузионная) сила взаимодействия частиц друг с другом, имеющая статистический характер.
Автор также рассматривает технологические схемы сепарации, из которых следуют такие вещи, что механическая сепарация допускает "ложноположительное" или "ложноотрицательное" разделение, тогда ложноразделенные частицы необходимо вернуть в исходную точку сепарации.

Я от себя добавлю в список силу реакции опоры, она очень важная для моей частной задачи, а из свойств частиц (деталей) выделю центр тяжести и форму.

Теперь все сводится к определению сепарационных свойств деталей, оптимальному выбору сепарирующих сил, схемы сепарации. Оптимальной (экономичной) будет такая сепарация, которая использует гравитационную силу и силу реакции опоры в качестве сеперационных сил, а для возврата ложноразделенных в зону сепарации будет использоваться простое вращательное движение от электродвигателя.
Однако почему-то на практике часто используют вибробункеры, в которых создается периодическо-импульсное воздействие электромагнитом на чашу бункера (скручивающе-антигравитационный импульс), благодаря которому мелкие детали скачут (ползут) по спирали чаши вибробункера вверх, а возврат в сепарационную зону производится за счет силы тяжести. На мой взгляд, это сложное техническое решение, которое требует поиска антивибрационных и шумопоглощающих решений. Между тем способ сепарации активно применяется... Почему?

[Emergency]

Рассмотрите для начала сепарацию на триере
Это самый примитивный вариант сортировки.
Про более сложные вам уже говорили выше - в плите/ленте из подходящего материала фрезеруются углубления по форме детали. В рабочем цикле на вибрирующий сепаратор падают детали для сортировки. Те которые укладываются в паз, выходят из цикла ориентированными, остальные ссыпаются.

[Mihaylo]

Триер: сепарационное свойство частиц - размер/форма, сепарационная сила - сила реакции опоры, возвращающая сила - гравитационная. Ага, интересно, ведь я предполагал, что всегда должны двигаться частицы через неподвижный сепаратор, а здесь двигается сепаратор.

-- 06.02.2021, 15:55 --

Надо уже переходить к ориентационной сепарации, то есть детали все одинаковы, отличаются ориентацией. Особенностью ориентационной сепарации является требование бережного передвижения деталей, иначе весь смысл теряется. Надо построить теорию бережного перемещения.
Небережное перемещение - это когда деталь испытывает непредсказуемое воздействие. Особенно непредсказуема сила воздействия со стороны другой детали. Значит следует ориентировать детали более точно и/или регулировать расстояние между деталями, вплоть до того, чтобы не допускать столкновений вообще. Производительность такого сепаратора упадет, но это допустимо. Однако многие схемы сепарации отпадают.

[Emergency]

Тот же принцип использовался для изготовления памяти из ферритовых колечек диаметром 0,4 мм. Их надо было собрать в блоки $17 \cdot 33$ с шагом 1 мм и прошить тремя проволочками - вдоль рядов, поперек и по диагонали. А колечки такие хрупкие, что если их встряхнуть в пробирке, то многие расколются.
Поэтому их собирали в матрицах на 8 таких блоков. Матрицами служила тонкая пластинка из стеклянного фоторезиста с протравленными прямоугольными отверстиями $0,2 \cdot 0,4$ vv$/ На матрицу с одной стороны наклеивали липкую ленту, клали на на полюс магнита, насыпали сверху колечки и слегка постукивая пальцем совершали короткие движения по магниту в разные стороны пока все отверстия не заполнялись колечками, которые стояли на ребре в нужном порядке. дальше дело техники - перенос на жесткое клейкое основание и ручная прошивка рядов проволочками под микроскопом.
Ваш случай гораздо проще - сделать матрицу и выдвигать ее из бункера с крючками под нужным углом, чтобы все лишние осыпались, а попавшие в матрицу передавались уже ориентированными либо дальше, либо сразу в ролик. Все можно оформить в виде конвейера в один или несколько рядов.

[Mihaylo]

Emergency в сообщении #1504299 писал(а):

А колечки такие хрупкие, что если их встряхнуть в пробирке, то многие расколются.

Теория бережного перемещения - не для хрупких деталек, а для деталек, которые требуют соблюдения четкой ориентации.

[Emergency]

Mihaylo в сообщении #1504326 писал(а):

Теория бережного перемещения - не для хрупких деталек, а для деталек, которые требуют соблюдения четкой ориентации.

Либо я вас не понимаю, либо вы меня.

[Theoristos]

https://www.youtube.com/watch?v=E57RYx90kFE