Rozwiązanie FAULHABER do napędzania trzech osi

Wysokiej jakości zegarki mechaniczne to delikatna biżuteria ze skomplikowanym mechanizmem. Aby wytworzyć te arcydzieła sztuki rzemieślniczej wymagana jest bezbłędna współpraca licznych etapów produkcji. Dzisiaj zegarki często montowane są na stacjach montażowych, które wspomagają wykwalifikowanych zegarmistrzów w procesach półautomatycznych. W trakcie transportu cennych mechanizmów zegarów, silniki FAULHABER zapewniają delikatność i płynność sekwencji.

Zegarki mechaniczne to anachronizm, ponieważ nie są one już niezbędne do pomiarów czasu. Mimo tego, popyt na nie wcale nie spada. Wiele osób szuka po prostu wykwintnej biżuterii, jednocześnie doceniając wyjątkową precyzję mechanizmu takich zegarków. U ich podstawy leży wysokiej klasy praca rzemieślnicza, której tajniki są przekazywane z pokolenia na pokolenie, głównie w Szwajcarii. Większość z najbardziej uznanych firm z tej branży ma swoje siedziby właśnie tam.

Centrum zaawansowanej technologii

Obecnie producenci wykonują swoje wyroby w ilościach, które byłyby niemożliwe w całości do zrealizowania przez zwykły warsztat zegarmistrzowski. Chociaż najważniejsze etapy produkcji nadal wykonuje się głównie ręcznie, całość prac została podzielona na poszczególne procesy. Wykwalifikowani pracownicy wspierani są na wielu etapach pracy przez maszyny, które do pewnego stopnia automatyzują proces wytwórczy. 

Jedną z takich maszyn jest stacja montażowa (z fransuskiego: poste d’assemblage) od Precitrame Machines. Ta szwajcarska firma lokalizuje się około 900 m nad poziomem morza w Tramelan, niewielkim mieście w Jurze Berneńskiej, w bliskim sąsiedztwie jednych z najbardziej uznanych firm zegarmistrzowskich na świecie. Region ten to centrum mistrzów mechaniki precyzyjnej, mechatroniki i budowy maszyn. Dziesiątki firm powiązanych z zegarmistrzowstwem i działają jako dostawcy w tym obszarze rynku, również lokalizują się w tym niewielkim obszarze. Cechują je te same atrybuty, co uznane marki zegarmistrzowskie: produkty najwyższej jakości oraz jedne z najlepszych światowych technologii w danej dziedzinie.

Światowy lider technologii

Precitrame produkuje obrotowe stoły podziałowe dla produkcji z zakresu mechaniki precyzyjnej każdego typu oraz stacje montażowe do wyrobu zegarków. Po zamknięciu obudowy maszyny widać powierzchnię roboczą z niewielkim otworem po środku w przedniej części. Tutaj zegarmistrz otrzymuje mechanizm do zrealizowania kolejnego kroku montażowego. Po zakończeniu zegarmistrz odkłada element w to samo miejsce. Element roboczy jest teraz transportowany dalej pod osłoną, a na jego miejsce pojawia się kolejny.

Mini fabryka w obudowie

Pod osłoną obudowy znajduje się konstrukcja, która wygląda jak miniaturowa wersja zakładu montażowego. Obok siebie pracują tu liczne taśmy transportowe. Transportują one elementy robocze w różnych kierunkach, przechodząc przez szereg przełączników, co umożliwia kierowanie elementów w różne lokalizacje w zależności od kroku montażowego, jaki aktualnie jest realizowany dla danej partii produktu.

Wszystkie mechanizmy docierają do urządzenia załadowczego (francuski: chargeur) w tylnej części stacji, które podnosi je z taśmy transportowej i kieruje do procesów zautomatyzowanych. Obejmują one m. in. aplikację mikroskopijnej ilości oleju w ściśle określonym miejscu. Układ ten jednak jest przede wszystkim odpowiedzialny za zagwarantowanie jakości. Wyrafinowane systemy dokonują tu powtórnych pomiarów, co gwarantuje zrealizowanie procesów montażowych z pożądaną precyzją. Optyczna i akustyczna aparatura pomiarowa dokonuje pomiarów np. częstotliwości i amplitudy elementu regulacji lub sprawdza, czy komponenty są kompletne.

Dane pomiarowe rejestrowane są automatycznie i przesyłane przy pomocy systemu magistrali CANopen. Niewielki kod QR na wózku elementu roboczego pozwala na jego przypisane do określonego zegarka. W ten sposób można w pełni udokumentować wszystkie kroki montażowe zrealizowane na danej stacji dla każdego poszczególnego mechanizmu.

Łagodne przyspieszenie

Podnieść z taśmy transportowej i przekierować do kolejnego etapu produkcyjnego - wydaje się być proste. Proces ten rzuca jednak pod nogi szereg technicznych wyzwań. Delikatne mechanizmy leżą niezabezpieczone na płaskich wózkach. Nagły ruch mógłby spowodować ich upadek, uszkodzenie i zakłócenie ciągłości procesu produkcyjnego. Jednocześnie pokonywane tutaj odległości są, w odniesieniu do niewielkich rozmiarów elementów, dość znaczne. Pionowy tor ruchu ładowarki wynosi na przykład ponad 20 cm. Jej praca nie powinna oczywiście opóźniać cyklu czasowego całej maszyny. Nie wystarczy powolne zrealizowanie poszczególnych procesów w bezpiecznym zakresie prędkości. 

Konieczna jest precyzyjna synchronizacja trzech osi roboczych: paleta transportowa z wózkiem elementu roboczego jest przesuwana do chwytaka na osi poziomej. Wózek zostaje chwycony i podniesiony pionowo w górę. Tutaj chwytak przemieszcza się poziomo do stacji pomiarowej, gdzie odbywają się dalsze, zaplanowane etapy produkcyjne. Każda z trzech osi musi działać z dokładnie skoordynowanym planem: powolny rozruch, łagodne przyspieszenie, ostrożne hamowanie oraz ponowne zakończenie procesu z niewielką prędkością. Firma FAULHABER opracowała niestandardowe rozwiązanie służące do napędzania tych trzech osi. 

Jego sercem jest bezszczotkowy serwomotor DC z technologią czterobiegunową serii 2250 BX4. Wbudowany enkoder z czujnikiem Halla przesyła dokładny sygnał pozycji do sterownika, umożliwiając powtarzalność procesu. Silnik osi pionowej również wyposażono w hamulec dla precyzyjnej regulacji zmniejszania prędkości po jej przyspieszeniu. W przypadku błędów procesu np. awarii zasilania, hamulec utrzymuje także określoną pozycję i zabezpiecza przed spadnięciem chwytaka.  

Trzy miliony cykli testowych

Śruba pociągowa ze specjalnym skokiem opracowana specjalnie dla tego zastosowania przez oddział FAULHABER MPS przenosi siłę silnika na całej długości. Optymalny materiał dla nakrętki, która porusza się w przód i w tył na gwincie śruby został wybrany podczas kompleksowych testów wytrzymałościowych: wysoce stabilne tworzywo PEEK, stosowane również jako materiał do implantów medycznych okazało sie być najbardziej odpowiednim materiałem w trakcie trzech milionów cykli.  

Generator profilu odpowiada za realizację poszczególnych ruchów przy wykorzystaniu oprogramowania wbudowanego w serwonapędy silników. Parametry dla tej szczególnej aplikacji zostały zoptymalizowane przez ekspertów z FAULHABER bezpośrednio w Tramelan. Serwomotor 2250 BX4 to najmniejsze urządzenie na rynku zdolne do realizacji tego zadania. Spełnia on także pozostałe wymagania stacji montażowej w zakresie technologii. Uruchamiany jest przez MCBL 3002 S CO – niezwykle kompaktowy sterownik serwomotoru dla silników bezszczotkowych DC. 

Dzięki kompaktowej budowie kolejny MCDC 3002 S CO służy jako dodatkowy węzeł czujnika CANopen. Silnik 2232 BX4 COD wykorzystywany był dla osi poziomych. Tutaj cała elektronika serwomotoru ze złączem CANopen została już wbudowana i posiada średnicę klasy 22 milimetrów. 

Całe urządzenie odpowiada wymiarom koniecznym dla wykonywania prac w tej branży i jest kompaktowej oraz filigranowej konstrukcji. Ze względu na konieczność zabudowania do trzech ładowarek, przestrzeń staje się jeszcze bardziej ograniczona. Układ chwytaków, poruszających się wzdłuż trzech osi, waży jednak ponad 600 gram. Napęd musi zatem charakteryzować się najlepszymi parametrami eksploatacyjnym dla jak najmniejszych wartości. Precitrame oraz klient końcowy firmy są zadowoleni z dobrej współpracy z dostawcą napędów. 

Źródło: FAULHABER