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9 vérins électriques intelligents

ÉLIANE KAN / AGENCE TCA-INNOV24
Alternative efficace aux vérins hydrauliques et pneumatiques en termes de performance, les vérins électriques intelligents offrent des fonctionnalités supplémentaires : remontée d'informations et course variable. Des atouts qui séduisent notamment les constructeurs de machines dédiées aux petites séries, dont l'amplitude des mouvements est amenée à fluctuer souvent.

Plus précis, plus rapides et plus puissants que leurs prédécesseurs, les vérins électriques intelligents se sentent désormais pousser des ailes. Ces actionneurs électromécaniques (EM) visent l'équipement des presses industrielles, des machines d'usinage, d'emboutissage, de serrage... Et toute autre application qui nécessite de gérer plusieurs positions sur un même axe. Communicant et réactif, un vérin intelligent réagit aux consignes qu'il reçoit. « En retour, il transmet des informations sur sa position, sa direction, ses limites de mouvement ou de course », explique Yohan Thyrion, chef de produits servo-vérins pour la gamme Casm chez SKF. Ces actionneurs EM renferment, dans un unique boîtier, un système d'entraînement mécanique (une vis trapézoïdale, à billes, ou à rouleaux, ou encore un système à courroie ou à bobine) couplée à un servomoteur de type brushless, asynchrone, pas à pas ou à courant continu. Enfin, un variateur placé à l'intérieur ou à l'extérieur du boîtier gère les mouvements du vérin. Ainsi programmer différents réglages devient un jeu d'enfant. Ce qui n'est pas le cas avec les vérins pneumatiques ou hydrauliques, qui n'offrent habituellement que deux, voire trois positions. « Les actionneurs EM intéressent notamment les machines réalisant des petites séries car le réglage est plus souple », confirme Steve Liebault, responsable des ventes France de Delta Equipement, spécialiste de l'optimisation technique et financière des machines de production. « L'opérateur qui a plusieurs séries en production peut programmer à distance ses réglages sans avoir à intervenir sur la machine elle-même », ajoute de son côté Yohan Thyrion.

Flexibles et spécifiques

Une souplesse d'utilisation nullement au détriment de la précision. Les vérins EM rivalisent sur ce point avec leurs prédécesseurs, avec des positions exactes à 0,1 voire 0,01 millimètre près, selon Alec Overdick, directeur commercial de Rose+Krieger France, filiale de Phoenix Mecano. Cet industriel présente d'ailleurs un nouveau modèle, le LZ70 à vis trapézoïdale ou à billes. Un segment que vise aussi SKF avec sa dernière gamme de vérins Casm, construits sur les mêmes standards dimensionnels que les actionneurs pneumatiques normalisés. Non contents d'être précis, ces actionneurs EM savent aussi jouer les gros bras. En standard, ils soulèvent de quelques centaines de kilos à quelques dizaines de tonnes. Les modèles à vis à rouleaux déplacent, eux, jusqu'à quelques centaines de tonnes. Côté vitesse, les actionneurs EM ne déçoivent pas non plus. Ils atteignent, en moyenne 1,5 m/s. Les plus rapides dépassent les 50 m/s. C'est le cas du PowerRod de Parker, avec son système d'entraînement sans vis, mais équipé d'une bobine mobile. Une technologie adoptée aussi par le LCA de Smac, distribué par Delta Equipement. Comme la bobine embarquée entraîne directement la tige ou le chariot, ce système allège les masses en mouvement et produit des accélérations jusqu'à 40 G. Ce type d'actionneur répond à des applications dynamiques qui nécessitent d'effectuer une préhension ou d'exercer une poussée très rapidement car aucun contact mécanique n'entre en jeu. Une caractéristique fortement intéressante pour l'éjection à très haute cadence ou encore le contrôle mesure dans une gorge d'usinage. « L'opération s'effectue avec une précision inférieure au micron et à grande vitesse sur 100 % de la production » se félicite Steve Liebault. En France, l'utilisation de ce type de vérins est encore émergente, comparée aux autres solutions du marché. Selon les contraintes de l'application (efforts, vitesse et cadence), l'utilisateur dispose de différents systèmes d'entraînement dotés ou non de tige. Les plus répandus restent les vis trapézoïdales et à billes. Ces dernières ont pour avantage d'avoir une faible résistance au frottement. Ce qui minimise leur usure et améliore leur efficacité. Elles peuvent supporter des charges élevées et fonctionnent pendant de longues périodes à des vitesses élevées et exigeant une haute capacité dynamique.

Systèmes d'entraînement multiples

« Par rapport aux vis trapézoïdales, les solutions à billes ont un rendement supérieur à 90 % contre environ 40 % pour les premières », précise Anthony Bénéteau, responsable support technique chez Bosch Rexroth. Lequel commercialise depuis deux ans des vérins à vis à billes avec un servomoteur en version soit brushless soit pas à pas. Le choix du moteur est stratégique car il permet d'obtenir un positionnement plus ou moins précis. À titre d'exemple, le pas à pas autorise de multiples positions mais il est limité dans la dynamique des mouvements ainsi que dans ses asservissements. Bien plus coûteux, les servomoteurs brushless sont clairement dédiés à des applications requérant des efforts, de la vitesse et de la précision. « Leur codeur remonte en temps réel la position réelle et la consigne est ajustée en permanence, poursuit Anthony Bénéteau. Grâce à des capteurs connectés sur sa partie commande, le servomoteur peut même interagir avec son environnement et s'adapter à la situation rencontrée. » Certains moteurs brushless embarquent également une électronique de commande et un automate. C'est le cas du Smartmotor de l'américain Animatics qui est fourni avec le vérin à courroie HLD60. Avantage : ce dernier peut se substituer à un vérin pneumatique sans nécessiter de modifier la machine. Dans le panorama des moteurs pour vérin, l'asynchrone a aussi ses adeptes pour sa capacité à répondre à des charges, des vitesses et des cadences élevées. Afin de compenser son manque de précision, Rose+Krieger lui ajoute un codeur qui permet d'obtenir un arrêt précis en position pour un coût beaucoup plus accessible puisqu'il oscille, selon Alec Overdick, entre 200 à 300 euros contre environ un millier d'euros environ pour le brushless et son électronique. Le coût d'investissement d'un actionneur EM (de quelques centaines d'euros à plusieurs milliers d'euros) est plus élevé que pour un vérin pneumatique ou hydraulique. Mais le temps de déploiement du vérin EM est bien plus court car il ne nécessite pas l'installation d'une centrale hydraulique ou pneumatique. La maintenance s'en retrouve, elle aussi, simplifiée.

CROISSANCE

Le marché mondial des vérins électromécaniques croît de 15 à 20 % par an. (Estimation SKF)

Le pneumatique et l'hydraulique n'ont pas dit leur dernier mot

cLes vérins intelligents ne sont pas forcément électriques. Leurs concurrents peuvent aussi embarquer des capteurs de position ou de pression et être couplés à une servovalve ou à un distributeur à commande proportionnelle. Ce type d'actionneurs concerne les applications qui n'ont pas besoin de positions multiples sur la course, ni de retour d'informations permanent. Les vérins hydrauliques gardent aussi leur intérêt pour leur capacité à déployer une grande force tandis que le pneumatique conserve sa primeur pour ses vitesses élevées. D'ailleurs, en robotique, le pneumatique est privilégié pour des applications de préhension car la masse embarquée des vérins électromécaniques limite leur champ d'action.

LE PLUS PUISSANT

SRSA DE SKF Capable de soulever jusqu'à 14 tonnes, ce modèle à vis à rouleaux est destiné à des utilisations intensives réclamant une longue durée de vie, une accélération rapide ou le déplacement d'une charge importante. Gamme modulaire, les vérins Sesa s'adaptent aux contraintes de l'application à laquelle ils sont dédiés (effort nominal, vitesse linéaire, impulsions, etc.). L'utilisateur choisira, en fonction, le servomoteur brushless adéquat. Pour en faciliter la maintenance, SKF peut coupler son vérin avec un système de lubrification automatique qui, selon le nombre de cycles effectués, injectera la quantité de graisse requise. FICHE TECHNIQUE Vitesse 130 mm/s Force 140 000 N Course 800 mm Prix À partie de 10 000 euros

LE PLUS COMMUNICANT

EMC DE BOSCH REXROTH Ce vérin à vis à billes se distingue par ses grandes capacités de communication. Relié à des capteurs extérieurs, son variateur peut fournir au superviseur des données précieuses sur l'état du process et le comportement du vérin (effort de poussée, vitesse, nombre de cycles réalisés, etc.). La maintenance de l'équipement est ainsi facilitée. Le vérin se connecte au superviseur via différents bus de terrain (Ethernet, IP, Profil net, Sercos III, Profibus, etc.). Autre atout : sa méthode de fixation Iso lui permet de se substituer à un vérin pneumatique sans aucune étude particulière. FICHE TECHNIQUE Vitesse jusqu'à 160 mm/s Force 29 000 N Course jusqu'à 1500 mm Prix 1 000 à 4 000 euros

LE PLUS RAPIDE

POWERROD DE PARKER Grâce à son entraînement linéaire sans contact, ce vérin à bobine mobile délivre une accélération allant jusqu'à 400 m/s2 et une vitesse de 5,3 m/s. Il intéresse particulièrement les utilisateurs qui veulent raccourcir leurs cycles de fabrication, comme les fournisseurs d'équipements pour le secteur de l'emballage ou tout fabricant de machines spéciales. Autres points forts : par rapport à une solution classique comme le vérin à vis à billes, il propose un encombrement réduit jusqu'à 50 %. Enfin, sa protection de niveau IP67 le rend compatible avec les applications agroalimentaires. FICHE TECHNIQUE Vitesse 5 300 mm/s Force 1 860 N Course 318 mm/s Prix 1 500 euros

STEVE LIEBAULT, Delta Equipement

« LES ACTIONNEURS ÉLECTROMÉCANIQUES INTÉRESSENT LES MACHINES RÉALISANT DES PETITES SÉRIES CAR LE RÉGLAGE EST PLUS SOUPLE. »

FRANÇOIS SALAMONE PDG ET FONDATEUR DE CRÉATIQUE TECHNOLOGIE, CONCEPTEUR ET INTÉGRATEUR DE SOLUTIONS INDUSTRIELLES

« Nous avons pu simuler des pressions limitrophes » « Pour un équipementier automobile, nous avons réalisé un système de contrôle de sièges avec notamment la détection de présence d'un passager. Pour y parvenir, il fallait exercer à un moment du cycle une pression à un endroit précis du siège. Nous avons adopté un sabot ergonomique piloté par un vérin électrique intelligent équipé d'une vis à rouleaux et d'un moteur pas à pas. Grâce à cela, nous avons pu simuler des pressions limitrophes au point d'impact. En pilotant le vérin via un logiciel nous avons obtenu des données sur les efforts, les temps d'inertie, la sensibilité des capteurs présents sur les sièges. Des données que le client ne savait pas recouper jusqu'alors. Un point sensible fut la formation de mes automaticiens par le fournisseur, lesquels n'étaient pas familiarisés avec cette technologie. »

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