Case de Projeto: linha automatizada de embalagem de pastilhas de freio

No fim de linha de uma fábrica de pastilhas de freio, depois da prensa e do resfriamento, quase tudo ainda costuma ser manual: separar as peças por modelo, gravar a identificação, montar o cartucho, colocar quatro peças em cada caixa, agrupar as caixas em fardos e montar o palete. É trabalho repetitivo, com troca frequente de modelo e risco de peça na caixa errada. Uma linha automatizada de embalagem de pastilhas de freio leva a peça da saída do resfriamento até o palete sem manuseio, com cada caixa rastreada.

A PMA Automação Industrial desenvolveu, como estudo de P&D e engenharia de solução, essa linha para um fabricante nacional de pastilhas de freio. O estudo parte do processo real do cliente, gravado em vídeo, e organiza a automação em seis módulos integrados por um CLP de segurança.

O desafio

As peças saem da esteira de resfriamento por três saídas. Hoje, operadores dos dois lados separam as pastilhas por modelo e formam pilhas. Antes de cada lote, alguém informa à máquina de gravação qual modelo está passando. Os cartuchos são dobrados à mão, recebem quatro peças cada e seguem para uma bancada onde quatro caixas formam um fardo, emplastificado e encolhido num túnel.

Cada modelo tem uma caixa de cor própria, e a troca de modelo é frequente. Isso torna a operação sensível a erro humano: peça gravada com o modelo errado, caixa da cor errada, fardo misturado. O cliente queria reduzir a mão de obra nesse trecho e passar a rastrear cada caixa.

A solução: linha automatizada de embalagem de pastilhas de freio

1. Separação com visão. Guias convergentes levam as três saídas do resfriamento para uma esteira de pega. Um túnel de visão com iluminação fechada identifica o modelo, a posição e a face de cada peça antes da zona de pega. Dois robôs SCARA com ventosa colocam cada pastilha num berço de uma esteira indexada.
2. Marcação a laser. Uma estação de marcação a laser de fibra, em gabinete classe 1 com visor e extrator de fumos, grava cada peça com a identificação do modelo correto, sem intervenção do operador. Um leitor confere a gravação e desvia a peça reprovada. As peças seguem para magazines de empilhamento por modelo.
3. Formação de cartuchos. Uma formadora com três magazines inclinados, um para cada cor de caixa, puxa a chapa planificada por ventosas e forma o cartucho do modelo em produção.
4. Encartuchamento com rastreabilidade. Um robô SCARA com garra de dedos pega a pilha de quatro peças e a insere na caixa, que corre numa esteira com taliscas. Arados de aba e uma correia de pressão fecham a caixa. Uma etiquetadora aplica o código 2D, um leitor confere a etiqueta e uma balança de checagem rejeita a caixa fora do peso.
5. Emplastificação. Um agrupador com empurrador pneumático forma o fardo de quatro caixas, que passa por uma seladora em L automática e por um túnel de encolhimento.
6. Paletização. Um robô paletizador de quatro eixos com garra de vácuo de área monta os fardos em três paletes, um por modelo, dentro de uma célula com gradil, porta intertravada e barreiras de luz nas bocas de palete.

Por que esta arquitetura

A identificação do modelo acontece uma única vez, na visão, e acompanha a peça pelo resto da linha. É isso que permite gravar o modelo certo, escolher a cor de caixa certa e mandar o fardo ao palete certo sem que ninguém informe nada à máquina. A esteira indexada com berços mantém cada peça numa posição conhecida entre os módulos.

A visão fica antes da zona de pega, e não sobre ela, para que a estrutura da câmera não dispute espaço com os robôs. Como o reconhecimento depende do aspecto real das peças e do pó que elas carregam, o estudo prevê uma prova de conceito com amostras antes do projeto executivo.

Robôs SCARA na separação e no encartuchamento porque o movimento é plano, curto e rápido. O paletizador de quatro eixos atende o alcance dos três paletes com a garra sempre na horizontal. A caixa corre referenciada entre taliscas em todo o fechamento, para a etiqueta e a leitura caírem sempre no mesmo lugar.

Engenharia envolvida

• Projeto mecânico das esteiras, da formadora, dos magazines, dos dispositivos de pega e das bases dos robôs.
• Projeto elétrico do painel geral e da distribuição até cada módulo.
• Automação com CLP de segurança, I/O distribuído em rede PROFINET com PROFIsafe e IO-Link no campo.
• Robótica com robôs SCARA, incluindo rastreamento de esteira, e um robô paletizador.
• Visão computacional para identificação das peças e leitura de códigos 2D.
• Rastreabilidade por caixa, com base de dados local e cópia de segurança.
• Segurança de máquinas, documentação, try-out, instalação e treinamento.

Segurança e conformidade

O estudo foi desenvolvido com base na NR-12. As células dos robôs ficam dentro de gradil com portas de intertravamento com bloqueio, as aberturas de acesso recebem cortinas de luz tipo 4 e as funções de segurança passam pelo CLP de segurança. A marcação a laser fica em gabinete classe 1 com janela de proteção para o comprimento de onda do laser. A pneumática tem válvula de partida suave e exaustão de segurança, e a linha prevê emergências por fora das células, colunas luminosas, sinalização e bloqueio de energias para manutenção.

Parceiros tecnológicos da solução

• Epson: robôs SCARA da separação e do encartuchamento.
• KUKA: robô paletizador e software de paletização.
• Siemens: CLP de segurança e I/O distribuído PROFIsafe.
• Keyence: marcação a laser de fibra.
• Cognex: visão computacional e leitura de códigos 2D.
• SICK: cortinas de luz de segurança e sensores.
• Schmersal: intertravamentos das portas.
• Festo: pneumática e válvulas de segurança.
• Zebra: impressão das etiquetas das caixas.
• Mettler-Toledo: balança de checagem.
• Schmalz: garra de vácuo da paletização.
• Interroll e Dorner: transportadores e acumulação.
• Isamaq: seladora em L e túnel de encolhimento.
• BOFA: extração de fumos da marcação.

Aplicações semelhantes

A mesma arquitetura de identificação por visão, marcação, encartuchamento rastreado e paletização atende outras autopeças de reposição embaladas em caixa individual, como sapatas, discos, filtros e componentes de suspensão, e também fins de linha de bens de consumo com vários modelos na mesma linha. Veja como a PMA trabalha células robotizadas de paletização e sistemas de visão e inspeção, e as soluções para o setor automotivo.

Perguntas frequentes

Dá para automatizar uma linha que embala vários modelos de pastilha?

Sim, desde que a linha saiba qual modelo está em cada posição. Neste estudo, a visão identifica a peça na entrada, e essa informação define a gravação, a cor da caixa e o palete de destino.

Por que fazer prova de conceito da visão antes do projeto?

Porque o reconhecimento depende do aspecto real das peças, da iluminação e do pó do processo. A prova de conceito com amostras confirma a taxa de acerto antes de se comprometer com a arquitetura.

Como funciona a rastreabilidade por caixa?

Cada caixa recebe um código 2D com os dados do lote, que é lido logo após a aplicação. O registro fica numa base local, que pode ser integrada ao sistema de gestão da fábrica.

A linha pode ser implantada por etapas?

Pode. Os módulos foram pensados para funcionar em sequência, mas a ordem de implantação é definida com o cliente conforme a prioridade de cada trecho do processo.