Da quando è nata l’in-dustria, il mercato hasempre richiesto pro-dotti con migliori pre-

stazioni e minori dimensioni.Ma quando le cose diventanopiccole i loro componenti sonoancora più piccoli e montarli di-venta un lavoro dfficile per ma-ni umane. Perciò, l’industria èobbligata ad automatizzare l’as-semblaggio, anche nei paesidove il lavoro umano costa po-co.L’industria elettronica è molto a-vanti nel compito della miniatu-rizzazione, forse grazie al fattoche i pezzi che deve assembla-re sono prevalentemente pri-smatici e cilindrici.Nell’ambito dell’assemblaggiomeccanico automatico la com-petenza nel montaggio di partipiccole, sottili e leggere, non ècosì diffusa come nell’ambitodell’industria elettronica. Feno-meni come effetti elettrostatici,magnetici, tensione superficialee forze di attrazione atomica so-no trascurabili nell’esperienzadi gran parte dei costruttori dimacchine di montaggio auto-matico, ma possono influiremolto negativamente sulle pre-stazioni di una macchina per

micro-assemblaggio. L’elemen-to più critico nell’assemblaggioautomatico è orientare e porta-re i pezzi fino ai dispositivi chedevono montarli insieme: lo sifa normalmente con vibro-o-rientatori. Cosberg (www.co-sberg.com) ha concentrato glisforzi su di essi, perché vibro-o-rientatori efficienti possono farela differenza tra una buona e u-na cattiva macchina di montag-gio. Dato che alimentare mi-

cro-componenti (nell’ambito da2 a 0,1 mm) implica fronteggia-re la nuova famiglia di fenome-ni fisici sopra elencati, la Co-sberg non ha semplicementebattuto la via della miniaturizza-zione dei normali autodistribu-tori, ma ha sviluppato un con-cetto di vibro-orientatori com-

Microassemblaggio:nuove concezioni

Cosberg ha visto nella tecnologia di vibrazione

piezoelettrica il primo passo verso la soluzione

dei problemi di vibro-orientamento di pezzi piccoli e sottili.

La tecnica di vibrazione piezo consente, infatti,

di alimentare le macchine di montaggio con pezzi piccoli e

sottili a velocità e affidabilità più elevate.

In questo contesto, Cosberg ha creato un nuovo concetto

costruttivo per i vibro-orientatori

DI FEDERICO GUARNERIdi Cosberg

N.

1-

MA

RZ

O

20

05

38

dd

SOLUZIONI & PRODOTTI

La costruzione di vibro-orientatori è meccanica di

precisione in Cosberg.

pletamente nuovo, coperto davari brevetti, di cui le basi vi-branti piezoelettriche sono unadelle molte nuove caratteristi-che. Insieme a questo è nata u-na filosofia costruttiva nuovanell’ambiente dei costruttori divibro-orientatori: non più la-miera tagliata e piegata e lima-ture di aggiustaggio, ma solocomponenti disegnati al CAD elavorati su macchine CNC a 5assi.

LA NUOVA TECNICADI VIBRAZIONEDa quando Cosberg è nata, 22anni fa, la linea guida della suaattività è stata proporre soluzio-ni originali e più semplici per o-gni problema di assemblaggioautomatico. Così ha visto nellatecnologia di vibrazione pie-zoelettrica il primo passo versola soluzione dei problemi di vi-bro-orientamento di pezzi pic-

coli e sottili.I vantaggi delle basi vibrantipiezoelettriche sono ormai notiagli esperti del settore. La formad’onda della vibrazione è mi-gliore e la frequenza è più alta,quindi i pezzi non ‘saltellano’ eanche un solo pezzo isolato rie-sce ad avanzare lungo le scana-lature del vibro-orientatore; diconseguenza è agevolato il loroorientamento mediante ‘trappo-le e ostacoli’ (definiti di seguito

‘selezione’). Ne segue che lamessa a punto della ‘selezione’per un nuovo tipo di pezzo èpiù agevole e rapida.

I pezzi già orientati vengonosolitamente inviati in una rotaiascanalata vibrante, dove si ac-codano uno dietro l’altro in at-tesa di venire prelevati dai di-spositivi di montaggio automa-tico. Qui, vengono normalmen-te trattenuti nella scanalaturamediante un coperchio che,quando si usano basi vibranti e-lettromagnetiche, deve essereabbastanza distanziato, perchéaltrimenti il saltellìo dei pezzi li

fa rimbalzare tra scanalatura ecoperchio, impedendo loro diavanzare, e non troppo alto seno i pezzi tendono a scavalcar-si, incastrandosi tra scanalaturae coperchio. Con le basi vibran-ti piezoelettriche si possono la-sciare solo un paio di decimi di‘aria’ sopra i pezzi, senza limita-re la loro velocità di avanza-maento.Dato che le basi vibranti pie-zoelettriche non producono

N.

1-

MA

RZ

O

20

05

39

dd

Since industry was born the market always requiredproducts with better performances and smallersizes.But when things get smaller their components aremuch smaller and assemblying them becomes adifficult task for human hands. So industry isforced to automated assembling, even whereworkmanship is very cheap.The electronic industry is far ahead in the task ofminiaturization, may be thanks to the prevalence ofsquare-, and cylindrical-shaped components theyhave to assemble.In the field of automatic mechanical assembling theknow-how for assembling small, thin and light parts(micro-assembly) is not as widespread as in theelectronics industry. Phenomena like electrostaticeffects, magnetic effects, surface tension effects andeven atomic forces are negligible in the experienceof most of the assembly-machine builder, but can

very badly affect the performance of a micro-assembly machine. The most critical issue ofautomated-assembly is orienting and bringing partsto the devices that put them together: it is normallydone by vibrating-bowl-feeders. Cosberg focused onthem, since efficient vibrating-feeders can make thedifference between good and bad machine.Since feeding micro-parts (2 to 0,1 mm size range)implies facing a new family of phenomena, asmentioned above, Cosberg did not go the way ofsimply downsizing normal feeders, but developed acompletely new concept of vibration feeding systems,of which piezo-vibrating elements are one of themany new features. Together with it came aconstruction philosophy which is uncommonamong bowl-feeders-manufacturers: no morebending and cutting metal-sheet and filing foradjusting but only CAD-drawing and 5-axes-CNC-machining of the parts of the feeder.

Vibro-orientatori per ingranaggi

di orologeria.

flussi magnetici, i pezzi non simagnetizzano: come già accen-nato nell’introduzione, nelmondo dei pezzi piccoli le for-ze magnetiche prevalgono sullaforza di gravità, quindi eliminar-le costituisce un grande vantag-gio se si devono far avanzarepezzi di materiale magnetizza-bile.La frequenza di vibrazione dellebasi piezoelettriche non è fissaa 50 o 100 Hz ma può esserescelta in un campo che va da 50fino a (indicativamente) 300 Hz.Nessun cambio delle molle ènecessario, è sufficiente tenerepremuto un pulsante del rego-latore per fare una scansione(continua, non ‘a gradini’ comequando si cambiano le molleper tentativi) del campo di fre-quenza fino a massimizzare lavelocità di avanzamento deipezzi; poi si agirà solo sull’ am-piezza della vibrazione per re-golare la velocità dei pezzi. L’energia non viene dissipatatermicamente o generandocampi magnetici: rispetto allebasi vibranti elettromagnetiche,molta più dell’energia introdottanella base si trasforma in ener-gia cinetica dei pezzi.

I BENEFICILa tecnica di vibrazione piezoconsente di alimentare allemacchine di montaggio i pezzipiccoli e sottili a velocità e affi-

dabilità più elevate. Neitratti vibranti lineari, spesso sipuò fare a meno della copertu-ra, perché i pezzi non sobbalza-no e quindi non si sormontano.Dovendo usare la stessa basevibrante per diversi tipi di pez-zo, il cambio prodotto sarà mol-to più rapido perché, dopo aversostituito le parti meccanicheche costituiscono la ‘selezione’,sarà sufficiente selezionare lafrequenza di vibrazione sul re-golatore, senza bisogno di cam-biare le molle della base vibran-te. Questo rende convenienteapplicare le basi piezo ancheper pezzi di maggiori dimensio-ni. La maggiore efficienza ener-getica della tecnica piezo con-sente di usare una base vibrantedi potenza 40 W laddove unabase elettromagnetica dovrebbeavere una potenza di 1.200 W.

I NUOVI CONCETTICOSTRUTTIVIFedele alla propria missione diinnovazione continua nellasemplicità costruttiva, Cosbergnon poteva adagiarsi su questigià cospicui risultati, quindi hacreato un nuovo concetto co-struttivo. Non si allestisce la taz-za vibrante in modo che l’orien-tamento dei pezzi avvengamentre i pezzi risalgono le spirescanalate al suo interno, ma sifa in modo che l’orientamentoavvenga mediante scanalaturerealizzate nella guida vibrantelineare.

Le scanalature suddette vengo-no progettate al CAD (cosamolto più agevole se le scanala-ture si sviluppano su una guidarettilinea, anziché sulla curvadella spira interna della tazza).La guida lineare viene lavoratasu macchina CNC e ogni suc-cessivo aggiustaggio viene sem-pre fatto a macchina, in modoche sia poi esattamente ripro-ducibile per ricambi o per altrivibro-orientatori che debbanoalimentare lo stesso tipo di pez-zo.Le basi vibranti sono state con-cepite per poter essere fissaterigidamente al banco della mac-china senza interporre antivi-branti. Questo ha giustificato laricerca e il conseguimento diprecisioni costruttive nell’ambi-to dei 0,02 mm. Di conseguen-za, tutte le parti sono spinateper garantire precisione e ripeti-bilità nel montaggio e nella so-stituzione delle parti, evitandogli aggiustaggi.Cosberg ha sviluppato nuovi ti-pi di vibro-alimentatore lineare,come il ‘twin-feeder’ (due cana-li lineari affiancati che fanno a-vanzare i pezzi in direzioni op-poste) e il ‘triple feeder’ (tre ca-nali lineari affiancati, con i dueesterni che fanno avanzare ipezzi in direzione opposta aquello centrale), brevettati e ca-

N.

1-

MA

RZ

O

20

05

40

dd

Vibro-orientatori per viti.

Vibro-orientatori per componenti SMD.

ratterizzati dall’avere una solabase vibrante per tutti i canali.Con essi è possibile fare avan-zare in un canale solo i pezzi

correttamente orientati e rinvia-re nella tazza del vibro-orienta-tore circolare gli altri.

I RISULTATICosberg ha realizzato vibro-o-rientatori che consentono di ali-mentare rondelle in plastica, didiametro 8 mm con foro da 3mm, spessore 0,3 mm a 1.850pezzi/ora, ingranaggi per orolo-geria di diametro 2,9 mm, spes-sore 0,4 mm a 1.500 pezzi/ora,molle in filo di spessore 0,15mm, diametro 0,48 mm e lun-ghezza 8 mm a 10.000 pezzi/o-ra. Un risultato particolarmentesignificativo è stato ottenutonella alimentazione di pezzisono lunghi 2 mm, diametro0,15 mm e con una testina di0,36 mm, che deve essere o-rientata all’indietro, prima disoffiarli dentro un tubo uno pervolta.La cadenza di alimentazione èdi 2.000 pezzi all’ora (ma diven-teranno 2.400) con una affidabi-lità maggiore del 99,8%.

dd

Vibro-orientatori per bilancieri in orologeria