Les systèmes de préhension à vide garantissent une manipulation sûre

Une préhension subtile et contrôlée peut tout changer dans l'industrie alimentaire

La technologie du vide est largement utilisée dans l'industrie alimentaire, non seulement dans la production et l'emballage, mais aussi dans le transport interne. Les préhenseurs à vide assurent ainsi une manipulation rapide, propre et sûre des produits, tout en respectant les réglementations et les normes de qualité en vigueur. Bien que les fabricants disposent déjà d'une gamme impressionnante de préhenseurs à vide, ils continuent inlassablement à étudier des solutions toujours plus sûres, plus efficaces et plus durables.

Conception hygiénique

Les ventouses destinées à l'industrie alimentaire se caractérisent par une conception hygiénique et facile à nettoyer, l'utilisation de matériaux sans danger pour les aliments et la résistance aux agents de nettoyage. Elles doivent être conformes aux réglementations et aux normes de qualité, notamment:

• EHEDG (European Hygienic Engineering & Design Group), relatif à la conception et à la construction hygiéniques des équipements et des processus;
• les certifications FDA et EU 1935/2004 pour les matériaux de contact, qui garantissent que les matériaux en contact avec les aliments sont sûrs, inertes et adaptés à une utilisation dans l'industrie alimentaire;
• HACCP (Hazard Analysis and Critical Control Points), qui vise à identifier, contrôler et, de préférence, prévenir les risques biologiques, chimiques et physiques au cours de la production alimentaire.

Manipulation sûre

Les préhenseurs par le vide sont faciles à utiliser et le risque de contamination est faible: il n'y a pratiquement aucun contact entre le système de préhension et le produit et, de plus, les préhenseurs par le vide font souvent partie de lignes de production automatisées dans des zones de travail blindées ou stériles. En outre, le vide est propre car il extrait de l'air sans en ajouter (pas de contamination).

Le fait qu'une pince à vide fonctionne de manière contrôlée et sans frottement permet d'éviter d'endommager le produit; le fait que la force du vide diminue progressivement lors de la libération du produit permet d'éviter les contraintes mécaniques. L'air comprimé utilisé dans ce processus doit être conforme à la classe de qualité ISO 8573-1; les exigences en matière de pureté sont déterminées sur la base de l'HACCP.

Types de ventouses

Le choix se fait en fonction des caractéristiques du produit telles que le poids, la structure, la forme et la fragilité.

Préhenseurs sans contact

L'absence de contact physique évite d'endommager les produits fragiles. Le risque d'accumulation de saletés et/ou de contamination (croisée) est également réduit et la vitesse de traitement est nettement supérieure à celle des systèmes conventionnels.

Principe de fonctionnement

La pression d'un fluide en circulation tel que l'air (comprimé) diminue lorsque la vitesse de la vapeur augmente (principe de Bernoulli). Dans ce cas, l'air comprimé est guidé à travers une géométrie spécifique, par exemple une buse spécialement conçue, qui accélère le flux d'air. Une pression négative est créée au niveau du préhenseur, qui attire et retient alors l'objet.

Composants principaux

• Les buses ou les conduits d'air fournissent une accélération contrôlée de l'air. Leur forme et leur emplacement créent un flux d'air qui crée le vide.
• La chambre à vide où le vide est généré et dans laquelle l'objet est "saisi" par le vide.

Applications

Les préhenseurs par le vide sans contact sont principalement utilisés pour manipuler des produits fragiles et/ou des produits présentant des surfaces irrégulières ou poreuses. L'absence de contact physique les rend appropriés pour l'emballage de produits alimentaires pour bébés et de produits médicinaux, entre autres.

Préhenseurs en mousse

Une pince en mousse est utilisée pour déplacer des produits emballés sous vide et de forme irrégulière. Comme la mousse peut être contaminée et/ou obstruée en raison de sa structure ouverte, le contact direct avec les aliments doit être évité. Bien qu'il existe des préhenseurs en mousse avec une structure cellulaire fermée en surface, ils sont également moins flexibles.

Principe de fonctionnement

Ce type de pince comporte plusieurs volets qui peuvent s'ouvrir et se fermer en présence du produit; la couche de mousse flexible épouse les contours du produit au cours du processus. La restriction du flux empêche les produits de rester debout en raison d'une sous-pression insuffisante causée par une fuite. Une fois l'air aspiré, une dépression est créée et le produit adhère fermement à la pince. Dès que le vide est levé, le produit est libéré.

Composants du noyau

La feuille de mousse peut être composée de

• EPDM (caoutchouc à cellules semi-fermées; en raison du risque de contamination, utilisable uniquement pour les matériaux emballés) ou mousse de silicone (caoutchouc à cellules fermées), qui peut être utilisée directement sur le produit sous certaines conditions;
• une base ou une plaque d'aspiration, généralement dotée d'ouvertures ou de canaux pour la circulation de l'air. Elle soutient la plaque de mousse et assure une répartition uniforme du vide.

Applications

Les préhenseurs en mousse sont généralement utilisés pour les cartons et les produits emballés sous vide. Le contact direct peut entraîner une contamination et/ou un colmatage de la mousse. En outre, grâce à la technologie disponible pour réduire les pertes par fuite, ils conviennent à la prise de produits de grande taille.

Pince à doigts

Les préhenseurs à doigts combinent des doigts mécaniques et la technologie du vide: les doigts guident ou stabilisent l'objet, le vide fixe l'objet et assure également le mouvement et la rigidité des doigts.

Principe de fonctionnement

Après l'évacuation de l'air de la pince, la pression de l'air à l'intérieur est inférieure à celle de l'environnement. Cette différence de pression provoque une force dosée qui permet au préhenseur de se refermer autour de l'objet. Cela permet d'éviter l'écrasement d'un produit fragile

Composants du noyau

• Les "doigts" sont généralement des éléments flexibles qui se "plient" autour de la surface du produit pour le fermer hermétiquement. Ils guident et positionnent l'objet pendant la préhension et le déchargement.
• Les capteurs de pression ou de vide sont chargés de mesurer la pression différentielle dans le système (le degré de vide). Leurs tâches comprennent également la surveillance du processus, le retour d'information et la sécurité (prévention des déversements).

Un préhenseur en mousse est utilisé pour déplacer des produits emballés sous vide et de forme irrégulière

Application

Les préhenseurs à doigts sont principalement utilisés pour déplacer des produits fragiles tels que le pain, les gâteaux et les pâtisseries, les œufs et les fruits et légumes. Comme il s'agit de systèmes fermés, ils sont faciles à nettoyer.

Ventouses souples

Une ventouse souple utilise une combinaison de pression négative, de pression positive et de matériaux flexibles et souples pour saisir et maintenir délicatement des objets.

Principe de fonctionnement

Le préhenseur comporte un ou plusieurs compartiments creux ou ventouses en matériau souple. Une fois l'air aspiré, la différence de pression entre l'air extérieur et l'espace à l'intérieur de la pince assure une prise ferme mais douce. Il existe également des préhenseurs où une faible surpression comprime les doigts, tandis qu'une pression négative les fait s'écarter un peu plus. Cela permet d'augmenter la capacité de positionnement.

Composants principaux

• Une structure de préhension souple avec des doigts ou des ventouses assure le contact avec le produit et s'adapte à sa forme.
• La chambre à vide est un espace creux dans le préhenseur dans lequel un vide ou une surpression est créé. La chambre fait partie intégrante de la structure de la pince et est parfois renforcée par des nervures internes.
• Le bord d'étanchéité est fait d'un matériau ayant de bonnes propriétés d'étanchéité et garantit un joint hermétique avec la surface du produit.

Applications

Les préhenseurs à vide souples ont de nombreuses applications, allant des produits de boulangerie aux fruits et légumes, en passant par les snacks, les produits laitiers et les aliments emballés. Ils sont particulièrement utilisés lorsqu'il est important de combiner vitesse, hygiène et protection du produit.

Ventouses

Un préhenseur à ventouses - équipé de ventouses rondes, ovales, plates ou en forme de soufflet - a un large éventail d'applications; le type de ventouse le plus approprié doit être évalué pour chaque application.

Selon l'application, une ventouse modulaire peut être équipée de différents modules de bras de préhension, de ventouses ou de capots

Principe de fonctionnement

Une fois la ventouse posée sur la surface, l'air intermédiaire est aspiré et le produit est pressé contre la ventouse fixée à un robot ou à une machine. L'apport d'air sous la ventouse soulève le vide et libère l'objet. Cette opération peut être accélérée par un soufflage supplémentaire sous la forme d'une bouffée d'air comprimé.

Composants centraux

• La ventouse forme le point de contact avec l'objet et crée un joint étanche pour le vide.
• Le support relie la ventouse au bras de préhension ou au robot, assurant la résistance mécanique et le positionnement.
• Le joint d'étanchéité (souvent intégré à la ventouse) améliore la résistance du vide sur les surfaces rugueuses ou légèrement incurvées.

Application

Les préhenseurs à ventouse ont également un large éventail d'applications, similaires à celles des préhenseurs à vide souples.

Remarque: les ventouses souples et les ventouses sont souvent mentionnées dans le même souffle, mais il existe des différences évidentes au niveau de la conception, de l'utilisation des matériaux et des possibilités d'application - voir le tableau pour une vue d'ensemble.

Tendances et développements

Intelligence artificielle (IA)

L'intégration de l'IA permet la collaboration entre le quatuor mobilité (par exemple, un bras robotisé pour le mouvement), vision (technologie des capteurs pour l'identification et la localisation des produits), cerveau (un logiciel pour le contrôle et le traitement des données) et mains (les pinces elles-mêmes). Des travaux sont également en cours sur des pinces capables de s'adapter aux contours des produits grâce à l'apprentissage automatique. Combiné à la technologie des capteurs, il sera possible d'ajuster automatiquement la force d'aspiration au type de produit.

Systèmes de ventouses économes en énergie

Pour des raisons de durabilité, on travaille de plus en plus sur des écono-buses et des éjecteurs avancés (voir encadré), ainsi que sur des systèmes avec compensation des fuites sous la forme d'un contrôle automatique du vide. Il existe également sur le marché des éjecteurs qui fonctionnent selon un système Venturi à plusieurs étages, composé de plusieurs entonnoirs Venturi qui augmentent progressivement la vitesse d'un gaz. Ainsi, environ 3 litres de vide peuvent être créés avec 1 litre d'air comprimé.

Pompe à vide et éjecteur
Une pompe à vide élimine les molécules de gaz d'un espace clos pour obtenir un vide (partiel); dans l'industrie alimentaire, cela implique généralement une sous-pression de 1 à 10-³ mbar (vide moyen, voir également le tableau). Les pompes mécaniques qui fonctionnent selon un mécanisme de déplacement sont utilisées à cette fin: des palettes, des griffes, des pistons ou des chicanes en rotation "capturent" le gaz présent et l'évacuent.
Un éjecteur fonctionne selon le principe de Venturi: de l'air comprimé circulant à grande vitesse à travers une ouverture étroite forme une zone de basse pression qui aspire le gaz ambiant du système connecté. L'éjecteur est alimenté par une conduite d'air comprimé relativement fine et commandé par une vanne pneumatique standard. Les éjecteurs intelligents génèrent du vide en mesurant activement le niveau de vide uniquement lorsque cela est nécessaire. Comme les éjecteurs peuvent être placés à proximité du produit, le volume de vide requis dans le système est moindre.

Contrôle intelligent et intégration dans le cloud

Relier les préhenseurs à vide à des systèmes de contrôle intelligents et à des plateformes basées sur le cloud permet de collecter des données en temps réel et d'assurer une surveillance à distance. Une optimisation supplémentaire est possible en combinant les deux technologies numériques avec l'IA. Si l'on sait qu'un composant s'use excessivement, l'IA peut établir des connexions et suggérer des solutions grâce à la reconnaissance des formes et à l'analyse des causes profondes, entre autres.

Préhenseurs modulaires

Un système de préhension à vide modulaire peut être équipé, en fonction de l'application, de différents modules de bras de préhension, de ventouses ou de capots. Cela permet une reconfiguration rapide, idéale pour la production de lots courts ou pour les mélanges élevés/faibles volumes. Des systèmes de préhension multiples sont en cours de développement: une pince avec plusieurs ventouses pour la manipulation simultanée de plusieurs produits ou une pince centrale combinée à des modules "satellites" plus petits. À cette fin, une large gamme de ventouses est disponible, chacune convenant à une application spécifique.

En collaboration avec Gripping & Handling Solutions, Pneutec, Pneuvano, Schmalz et SMC