Pagrindiniai trijų ašių servo manipuliatoriaus privalumai

Trijų ašių servo robotų pagrindiniai privalumai

Automatizuotos gamybos tikslumo srityje milimetro tikslumas nebėra galutinis tikslumo matas. Mikronų ir net submikronų lygio padėties nustatymo galimybės yra pagrindinis veiksnys, lemiantis gamybos linijos efektyvumą, produktų kvalifikacijos rodiklius ir pagrindinį įmonės konkurencingumą. Dėl neprilygstamo padėties nustatymo tikslumo, trijų ašių servo robotai tapo esmine įranga aukštos klasės srityse, tokiose kaip elektronikos gamyba, tikslusis liejimas ir medicinos prietaisai. Šiame straipsnyje bus išsamiai analizuojami pagrindiniai jų itin didelio tikslumo padėties nustatymo privalumai iš trijų perspektyvų: pagrindinės technologijos, našumo ir vertės pramonėje.

Pirma, tikslumo techninis pagrindas: trijų ašių servo sistemos „sinergijos kodas“

Trijų ašių servo roboto itin tikslus padėties nustatymas nėra vieno komponento funkcija, o trijų pagrindinių modulių – servovariklio, tikslaus perdavimo mechanizmo ir valdymo sistemos – sinerginis poveikis. Kartu šie trys moduliai sudaro tikslumo „techninį trikampį“.

1. Servo variklis: tikslumo „galutinė“

Servovariklis yra varomoji jėga, užtikrinanti didelio tikslumo padėties nustatymą, o jo našumas tiesiogiai lemia roboto reakcijos greitį ir padėties nustatymo paklaidą. Skirtingai nuo tradicinių žingsninių variklių, kintamosios srovės servovarikliai pasižymi uždaros grandinės valdymu. Realaus laiko grįžtamasis ryšys iš kodavimo įrenginio apie variklio greitį ir padėtį leidžia tiksliai valdyti greitį, sukimo momentą ir padėtį. Pavyzdžiui, pagrindinis 23 bitų absoliutus kodavimo įrenginys generuoja 8 388 608 impulsus per apsisukimą, o tai reiškia, kad variklio sukimosi kampą galima valdyti 0,000043 laipsnio tikslumu, o tai užtikrina esminę roboto mikropadėties nustatymo garantiją. Be to, servovariklio „nulinio greičio fiksavimo“ funkcija užtikrina, kad robotas išliktų stabilus pasiekęs tikslinę padėtį, išvengiant inercijos sukeltų „dreifo“ klaidų.

2. Tikslusis perdavimas: tikslumo „perdavimo jungtis“

Jei servovariklis yra „širdis“, tai tikslus perdavimo mechanizmas yra „kraujagyslės“, atsakingos už tikslios variklio galios perdavimą roboto pavarai be nuostolių. Įprasti trijų ašių servorobotuose naudojami perdavimo metodai yra rutuliniai sraigtai, sinchroniniai diržai ir linijinės kreiptuvai. Šių trijų tikslumas tiesiogiai veikia galutinį padėties nustatymo efektą.

Rutuliniai sraigtai: kaip pagrindinis linijinio judėjimo komponentas, jų paklaida yra pagrindinis rodiklis. Aukštos klasės trijų ašių Servo manipuliatoriusPaprastai naudojami C3 ar aukštesnės klasės rutuliniai sraigtai, kurių paklaida kontroliuojama iki 0,015 mm metrui. Kai kurie aukščiausios klasės modeliai pasiekia net C2 (0,008 mm metrui). Rutulinių sraigtų riedėjimo trinties charakteristikos ne tik sumažina energijos nuostolius, bet ir apsaugo nuo „šliaužimo“ reiškinio, kurį sukelia slydimo trintis, užtikrindamos sklandų judėjimą ir pakartojamą padėties nustatymą.

Linijinės kreipiamosios: jos suteikia kreipimą ir atramą. Jų lygiagretumo ir plokštumo paklaidos tiesiogiai prisideda prie galinės padėties paklaidų. Naudojant tikslias linijines kreipiamąsias (pvz., H klasės), galima kontroliuoti šoninę vienos ašies judėjimo paklaidą iki 0,005 mm / 1000 mm, užtikrinant „bėgio garantiją“ didelio tikslumo trijų ašių jungčiai.

3. Valdymo sistema: tikslumo „smegenys“

Jei techninė įranga yra tikslumo „kūnas“, tai valdymo sistema yra jos „smegenys“. Trijų ašių servo valdymo sistema Robotas musimpulsų komandos arba magistralės ryšys, skirtas trijų ašių judėjimo trajektorijoms realiuoju laiku planuoti ir koreguoti. Pagrindiniai jo privalumai yra šie du aspektai:

Trajektorijos interpoliacijos technologija: naudojant tokius algoritmus kaip tiesinė ir apskritoji interpoliacija, sudėtingas judėjimo trajektorijas galima suskaidyti į mažyčius tiesius arba apskritus segmentus. Kiekvieno segmento padėties nustatymo paklaidas galima kontroliuoti iki mikrono lygio, užtikrinant, kad galinis efektorius griežtai laikytųsi iš anksto nustatyto maršruto daugiaašio sujungimo metu (pvz., nuolatinio suėmimo, perkėlimo ir išdėstymo). Tai apsaugo nuo trajektorijos nukrypimų.

Uždaros grandinės grįžtamojo ryšio korekcija: be servovariklio integruoto kodavimo grįžtamojo ryšio, kai kuriuose aukščiausios klasės modeliuose taip pat yra išoriniai aptikimo įtaisai, tokie kaip optinės arba magnetinės skalės ant galinio efektoriaus arba judesio ašies, taip pasiekiant „dvigubą uždaros grandinės valdymą“. Jei išorinis aptikimo įtaisas aptinka nuokrypį tarp faktinės ir tikslinės padėčių, valdymo sistema nedelsdama pakoreguoja variklio išvestį, kad kompensuotų paklaidą iki 0,001 mm. Ši „realiojo laiko klaidų taisymo“ galimybė yra pagrindinė itin didelio tikslumo padėties nustatymo garantija.

Antra, intuityvus veikimas: išsamūs privalumai nuo „tikslumo“ iki „stabilumo“

Remiantis minėtu techniniu pagrindu, trijų ašių servo manipuliatorių itin didelio tikslumo padėties nustatymo pranašumai galiausiai paverčiami kiekybiškai įvertinamu ir juntamu našumu gamybos scenarijuose, apimančiu tris pagrindinius rodiklius: padėties nustatymo tikslumą, pakartojamumą ir judesio stabilumą.

1. Padėties nustatymo tikslumas: nuo milimetrų iki mikrometrų

Padėties nustatymo tikslumas reiškia nuokrypį tarp manipuliatoriaus galinio efektoriaus pasiektos faktinės padėties ir tikslinės padėties ir yra pagrindinis tikslumo rodiklis. Nors įprastų pneumatinių manipuliatorių padėties nustatymo tikslumas paprastai yra 0,1–0,5 mm, trijų ašių servo manipuliatorių padėties nustatymo tikslumas paprastai gali siekti 0,02–0,05 mm, o aukščiausios klasės modeliai pasiekia vos 0,005–0,01 mm tikslumą. Pavyzdžiui, elektroninių komponentų litavimo atveju mikroschemos kaiščių žingsnis yra tik 0,3 mm. Jei roboto padėties nustatymo paklaida viršija 0,05 mm, tai gali sukelti prastą litavimo jungtį arba trumpąjį jungimą. Tačiau trijų ašių servo robotas, kurio padėties nustatymo tikslumas yra 0,01 mm, gali pasiekti tikslų kaiščių ir kontaktų suderinimą, padidindamas litavimo praėjimo rodiklį nuo 95 % iki daugiau nei 99,9 %.

2. Pakartojamumas: masinės gamybos „nuoseklumo garantija“

Pakartojamumas reiškia nuokrypio diapazoną, kai robotas kelis kartus pasiekia tą pačią tikslinę padėtį, o tai tiesiogiai lemia masinės gamybos gaminių nuoseklumą. Trijų ašių servo roboto pakartojamumas paprastai siekia ±0,01 mm, o kai kurių aukščiausios klasės modelių – ±0,003 mm. Tikslaus liejimo pramonėje, gaminant plonasienes detales, tokias kaip mobiliųjų telefonų dėklai, Robotas turi tiksliai suimti detalę formoje ir padėti ją ant tikrinimo stoties. Jei pakartojamumas viršija 0,02 mm, detalė gali būti nesulygiuota ir patikrinimai gali būti praleisti. Itin didelis pakartojamumas užtikrina nuoseklų suėmimą ir išdėstymą kiekvieną kartą, išlaikant masinės gamybos detalių matmenų toleranciją 0,01 mm ribose.

3. Judesio stabilumas: bekompromisis tikslumas dideliu greičiu

Dideliam tikslumui reikalingas ne tik statinis tikslumas, bet ir dinaminis stabilumas. Trijų ašių servo robotas, veikiantis dideliu greičiu (pvz., 1–2 m/s greičiu be apkrovos), dėl valdymo sistemos dinaminio atsako ir standaus perdavimo mechanizmo atramos išvengia inercinio smūgio sukeliamų padėties nustatymo nuokrypių. Pavyzdžiui, 3C gaminių surinkimo linijose robotas veiksmą „suimti varžtą – perkelti jį į varžto skylę – priveržti“ turi atlikti per 1 sekundę. Bet kokia vibracija ar nuokrypis judėjimo metu gali sukelti varžto slydimą arba išlyginimą. Dėl didelio greičio ir stabilių trijų ašių servo roboto savybių galinis efektorius išlaikyti tikslų padėties nustatymą greito judėjimo metu, išlaikant koaksialumo paklaidą varžto priveržimo metu neviršijant 0,02 mm, o tai žymiai pagerina surinkimo efektyvumą ir kokybę.

Trečia, pramonės vertės realizavimas: praktinis įgalinimas nuo „sąnaudų mažinimo“ iki „efektyvumo didinimo“

Pagrindinis itin didelio tikslumo padėties nustatymo privalumas galiausiai turi būti praktiškai pritaikytas pramonėje. Įvairiuose aukščiausios klasės gamybos sektoriuose trijų ašių servo robotų tikslumo pranašumai keičia gamybos modelius, sudarydami sąlygas pereiti nuo rankinio darbo prie automatizuotos tiksliosios gamybos.

1. Elektronikos gamyba: mikrokomponentų „tikslūs manipuliatoriai“

Elektronikos gamyba yra viena iš sričių, kurioms keliami griežčiausi tikslumo reikalavimai. Nuo lustų pakavimo iki spausdintinių plokščių litavimo ir elektroninių komponentų surinkimo – reikalingos mikronų lygio padėties nustatymo galimybės. Pavyzdžiui, surenkant mobiliųjų telefonų kamerų modulius, tarpas tarp tokių komponentų kaip objektyvas, jutiklis ir filtras modulyje turi būti kontroliuojamas 0,01 mm tikslumu. Rankinis valdymas yra ne tik neefektyvus, bet ir linkęs į montavimo klaidas dėl rankų drebėjimo. Trijų ašių servo robotasDėl didelio tikslumo padėties nustatymo ir uždaros kilpos valdymo pasiekiamas komponentų sujungimas be tarpų, daugiau nei tris kartus padidinant surinkimo efektyvumą ir sumažinant defektų rodiklį nuo 5 % iki mažiau nei 0,1 %. Be to, dirbant su puslaidininkinėmis plokštelėmis, robotas turi sugriebti 300 mm skersmens plokšteles (tik 0,77 mm storio) ir tiksliai jas padėti ant litografijos stalo, o padėties nustatymo paklaida yra mažesnė nei 0,005 mm. Itin didelis trijų ašių servo roboto tikslumas tapo plokštelių gamybos „pagrindiniu centru“.

2. Tikslus liejimas liejimo būdu: „vientisa jungtis“ tarp formų ir dalių

Tiksliojo liejimo formoje roboto tikslumas tiesiogiai veikia formos apsaugą ir detalės kokybę. Kai liejimo forma atsidaro ir užsidaro, robotas turi tiksliai pasiekti formos ertmę, kad suimtų detalę. Bet koks padėties nuokrypis, viršijantis 0,05 mm, gali sukelti susidūrimą su forma ir padaryti dešimtis tūkstančių juanių žalos formai. Trijų ašių servo roboto didelio tikslumo padėties nustatymas užtikrina mažesnį nei 0,02 mm padėties nuokrypį kiekvieno suėmimo metu, visiškai pašalinant susidūrimo su forma riziką. Be to, dviejų smūgių arba įdėklinio liejimo metu robotas turi tiksliai įdėti įdėklą (pvz., metalinę veržlę) į formos ertmę, o tarpas yra tik 0,03 mm. Itin didelio tikslumo padėties nustatymas užtikrina „vieną kartą, tikslų įdėjimą“, išvengiant detalės atliekų, atsirandančių dėl įdėklų netikslaus sulygiavimo, ir padidinant medžiagų panaudojimą daugiau nei 15 %.

3. Medicinos prietaisai: „tikslumo garantai“ itin švarioje aplinkoje

Medicinos prietaisų gamybai keliami griežti tikslumo ir švaros reikalavimai. Tokioms sritims kaip švirkštų adatų apdirbimas, dirbtinių sąnarių poliravimas ir medicininių kateterių surinkimas reikalinga didelio tikslumo automatizuota įranga. Pavyzdžiui, poliruojant titano lydinio dirbtines jungtis, jungties paviršiaus šiurkštumas turi būti kontroliuojamas neviršijant Ra0,8 μm. Bet kokia poliravimo kelio padėties paklaida, viršijanti 0,01 mm, turės įtakos jungties tinkamumui ir tarnavimo laikui. Trijų ašių servo robotas, tikslaus trajektorijos planavimo ir galinio taško jėgos valdymo deriniu, gali pasiekti poliravimo kelio valdymą mikronų lygiu, užtikrindamas reikiamą paviršiaus tikslumą, kartu išvengdamas dulkių taršos ir tikslumo svyravimų, susijusių su rankiniu poliravimu. Medicininių kateterių surinkimo metu robotas turi tiksliai sulygiuoti 0,5 mm skersmens kateterį su jungtimi, o padėties nuokrypiai turi būti mažesni nei 0,02 mm. Trijų ašių servo roboto tikslumo pranašumai užtikrina, kad prijungimo proceso metu nebūtų klaidų, o tai užtikrina medicinos prietaisų saugumą ir patikimumą.

4. Automobilių dalys: „Kokybės sergėtojai“ aukščiausios klasės gamyboje

Automobiliams tampant vis pažangesniems, pagrindinių komponentų, tokių kaip varikliai ir transmisijos, gamybos tikslumo reikalavimai toliau auga. Trijų ašių servo robotų tikslumo pranašumai keičia tradicinį rankinį darbą ir mažo tikslumo įrangą. Pavyzdžiui, montuojant variklio stūmoklio žiedus, tarpas tarp stūmoklio žiedo ir stūmoklio griovelio turi būti kontroliuojamas 0,02–0,05 mm ribose. Rankinis montavimas gali lengvai deformuoti stūmoklio žiedus dėl netolygios jėgos ir padėties nustatymo klaidų. Tačiau trijų ašių servo robotas, naudodamas didelio tikslumo padėties nustatymą ir lankstų sukibimą, leidžia „neardomąjį ir tikslų“ stūmoklio žiedų montavimą, padidindamas montavimo praėjimo rodiklį nuo 98 % iki 99,9 %. Surinkdamas transmisijos krumpliaratį, robotas turi tiksliai įstatyti krumpliaratį į varantįjį veleną, o tarpas tarp krumpliaračio vidinės skylės ir varančiojo veleno yra tik 0,015 mm. Itin didelio tikslumo padėties nustatymas užtikrina krumpliaračio ir varančiojo veleno koaksialumą, sumažindamas triukšmą ir nusidėvėjimą transmisijos veikimo metu ir pailgindamas gaminio tarnavimo laiką.

Ketvirta, pasirinkimas ir taikymas: kaip maksimaliai padidinti didelio tikslumo privalumus?

Norėdamos visapusiškai išnaudoti trijų ašių servo robotų itin didelio tikslumo padėties nustatymo privalumus, įmonės, rinkdamosi ir taikydamos modelį, turėtų atsižvelgti į šiuos tris punktus:

1. Paaiškinkite tikslumo reikalavimus: venkite per didelio arba per mažo atrankos kiekio

Tikslumo reikalavimai įvairiose pramonės šakose ir procesuose labai skiriasi. Prieš pasirinkdamos tinkamą konfigūraciją, įmonės pirmiausia turi nustatyti pagrindinius rodiklius – padėties nustatymo tikslumą, pakartojamumą ir judėjimo greitį. Pavyzdžiui, bendram elektroninių komponentų surinkimui galima pasirinkti modelį, kurio padėties nustatymo tikslumas yra 0,03–0,05 mm, o puslaidininkinių plokštelių tvarkymui reikalingas aukščiausios klasės modelis, kurio padėties nustatymo tikslumas yra 0,005–0,01 mm. Taip išvengiama didėjančių išlaidų dėl „per didelio tikslumo“ arba poveikio gamybai dėl „nepakankamo tikslumo“.

2. Dėmesys bendram standumui: „nematoma tikslumo garantija“

Bendras roboto standumas tiesiogiai veikia jo tikslumo stabilumą judant dideliu greičiu. Jei rėmo ir judėjimo ašių standumas yra nepakankamas, judant dideliu greičiu, gali atsirasti deformacija, dėl kurios gali atsirasti padėties nustatymo klaidų. Todėl renkantis robotą atkreipkite dėmesį į korpuso medžiagą (pvz., aliuminio lydinį arba ketų) ir transmisijos komponentų standumą (pvz., rutulinio sraigto skersmenį ir kreipiančiosios bėgio tipą), kad bendra konstrukcija galėtų palaikyti didelio tikslumo judėjimą.

3. Pabrėžkite paleidimą ir techninę priežiūrą: „ilgalaikė tikslumo garantija“

Net ir aukščiausios klasės trijų ašių servo robotai gali patirti laipsnišką tikslumo mažėjimą, jei netinkamai paleidžiami arba prižiūrimi. Įmonės turėtų pasirūpinti profesionaliu įrengimu ir paleidimu, optimizuodamos valdymo sistemos parametrus (pvz., stiprinimo reguliavimą ir filtrų nustatymus), kad būtų pasiektas optimalus tikslumas. Įprasta priežiūra turėtų apimti reguliarų transmisijos komponentų valymą, tepalų papildymą ir kodavimo prietaisų bei svarstyklių švaros tikrinimą, kad būtų išvengta tikslumo praradimo dėl susidėvėjimo ir užteršimo.