Авторизованный дистрибьютор HepcoMotion

Производитель сварочных роботов Nanosystec доверяет системе направляющих от HepcoMotion

Назад
HepcoMotion_Nanosystec_1

Перемещение сварочного робота на расстояния, изменяемые в нанометрах

Может ли робот перемещаться на расстояния порядка 100 нм? Это трудно представить, учитывая, что человеческий волос в 700 раз толще. Один из сварочных роботов Nanosystec доказывает, что это возможно. За такой точностью стоят направляющие от компании HepcoMotion, специализирующейся на системах линейного перемещения.

Ежедневно миллиарды людей общаются по электронной почте и телефону. Данные передаются по всему миру со скоростью света по оптоволоконным кабелям, и эта технология уже стала привычной для всех. С другой стороны, электронно-оптические преобразователи являются менее известными широкому кругу людей. Эти компоненты размером с кубик сахара позволяют передавать данные с помощью лазерных диодов, преобразовывать электромагнитные импульсы телефонного микрофона в оптические импульсы и передавать их по оптоволокну. Их производство представляет собой настоящий шедевр прецизионной сварки и требует применения специального оборудования, разрабатываемого лишь небольшим количеством производителей по всему миру. И Nanosystec является одним из них. Компания расположенная в г. Грос-Умштадт (Германия), что неподалеку от Франкфурта-на-Майне, разработала сварочный робот NanoWeld, поставляемый главным образом в США и Восточную и Юго-Восточную Азию.

Высокоточное позиционирование: роботы могут перемещаться на расстояние всего 100 нанометров.

В центре устройства находится регулируемая пластина, которая точно выравнивает лазерные диоды и оптоволокно относительно друг друга. Поскольку диаметр оптоволокна составляет всего 10 мкм, а диодный лазер должен попасть в цель точно в середину, в конструкции системы предусмотрены перемещения порядка 100 нм. Для сравнения: толщина металла 1 нм сравнима с длиной ряда из четырех атомов. Иначе говоря: человеческий волос примерно в 700 раз толще, чем 100 нм.

После точного выравнивания в дело вступают две лазерные сварочные головки, которые фиксируют оптоволокно, заключенное в металлическую гильзу, сварным швом с двух сторон. Точность здесь также играет ключевую роль. По словам Гюнтера Хаммельта, технического директора компании Nanosystec, “Одной из непростых задач при разработке NanoWeld был поиск системы позиционирования, с помощью которой лазеры смогут перемещаться в диапазоне 100 нм”. “Для экономии места и создания более компактного устройства мы хотели бы работать не с системой координат X-Y, а с кольцевыми направляющими”.

Системы позиционирования HepcoMotion для перемещения лазеров

Г-н Хаммельт обратился в компанию HepcoMotion, которая разработала механизм на базе кольцевых направляющих и кольцевых сегментов PRT2. Система состоит из колец и сегментов различного диаметра, изготавливаемых из высококачественной стали, которые могут комбинироваться с линейными направляющими для формирования ряда открытых и замкнутых участков. В конструкции NanoWeld использованы четыре кольцевых элемента: два сегмента по 90° шириной 44 мм, выступающих за пластину, и два дополнительных сегмента по 90° шириной 76 мм в основании. “Эти направляющие очень прочны и долговечны”, объясняет г-н Хаммельт. “Это дает нам конкурентное преимущество благодаря снижению затрат на обслуживание системы”.

Компания Nanosystec разработала для системы направляющих специальную каретку, на которой перемещаются лазеры. Здесь использован еще один компонент системы PRT2 — V-образные ролики концентричные и эксцентричные. Опорные ролики сверху и снизу взаимодействуют с износостойкой V-образной кольцевой направляющей, закаленной индукционным методом. “Поверхности направляющих отшлифованы. С помощью эксцентриковых подшипников можно точно отрегулировать предварительный натяг опорных роликов каретки”, — добавляет Карл-Кристиан Баумгартен, инженер-консультант компании HepcoMotion. Перемещение обеспечивается зубчатым колесом HepcoMotion, находящимся в зацеплении с внешним зубчатым венцом и передающим мощность электродвигателя каретки на направляющие. “Это позволяет смещать лазерные сварочные головки на угол 70° от вертикали”, — объясняет г-н Хаммельт. Для обеспечения позиционирования в горизонтальной плоскости по желанию заказчика можно установить конструкцию на более широкую каретку. Она перемещается по кольцевому сегменту шириной 76 мм, закрепленному на станине. Таким образом, даже после длительной эксплуатации точность перемещения сохраняется, поскольку V-образные направляющие требует лишь небольшого количества смазки, распределяемой по поверхностям, для достижения долгой и бесперебойной работы.
Система позиционирования Hepco сводит к минимуму коробление сварного шва.

Конструкция робота NanoWeld обеспечивает точность и повторяемость позиционирования в пределах 100 нм. Как добавляет Гюнтер Хаммелт, “При необходимости ежедневного выполнения сварочных операций система должна подходить для регулировки углового положения с точностью до 0,1°.” Также он объясняет, почему функциональность этого компонента в противном случае может быть нарушена: “В начале сварочной операции создается небольшая сварочная ванна с температурой около 1600°С. После ее затвердевания существует риск искривления сварного шва, которое может свести на нет точность относительного выравнивания лазерных диодов и оптоволокна друг относительно друга”. Только оптимальный угол расположения сварочной головки может гарантировать, что степень искривления будет находиться в пределах допусков. Преимущество системы HepcoMotion заключается в простоте регулировки угла позиционирования с помощью приводной каретки. Сварочные головки могут также перемещаться по направляющим, не требующим дополнительных опор. Г-н Хаммельт заключает: “Система HepcoMotion оказалась для нас наиболее экономичным и надежным решением в ходе разработки системы перемещения лазерных диодов с использованием кольцевых направляющих. Другие варианты были слишком большими, сложными и дорогостоящими”.

Каретка с эксцентричными роликами позволяет осуществлять настройку, чтобы обеспечивалось перемещение каретки в диапазоне нескольких нанометров.

Назад