焊接機器人製造商 NANOSYSTEC 依賴 HEPCOMOTION 的引導系統 PRT2 環形導軌
機器人能否移動小至 100 納米的距離？很難想像，考慮到人類頭髮的粗度是人類的 700 倍。Nanosystec 的一台焊接機器人表明這是可能的。其精度的背後是直線運動專家 HepcoMotion 的引導系統。
每天有數十億人通過電子郵件和電話進行交流。在世界各地，數據通常使用光纖以光速傳輸——這個概念現在已經很熟悉了。另一方面，E/O 轉換器則不太為人所知。這些組件的大小如方糖一樣，通過使用激光二極管將電話麥克風的電磁脈沖轉換為光脈衝並將其發送到光纖中，從而使數據傳輸成為可能。它們的製造是精密焊接的小型傑作。這需要特殊的設備，而這些設備僅由世界各地的少數製造商設計。Nanosystec 就是其中之一。該公司總部位於美因河畔法蘭克福附近的大烏姆施塔特，開發了一種名為 NanoWeld 的焊接機器人，主要在美國和遠東地區銷售。
高精度對準：機器人移動距離僅為100納米
該設備的中心是一個可調節的負載板，可將二極管激光器和光纖精確地相互對準。由於光纖的直徑僅為 10 微米，並且二極管激光器必須精確地擊中中心的目標，因此這涉及 100 納米 (nm) 範圍內的移動。相比之下：在一塊金屬中，1 nm 或多或少相當於一排四個原子的長度。換句話說：人的頭髮比 100 納米粗約 700 倍。
一旦進行精細對準，兩個激光焊接頭就會發揮作用，將封裝在金屬套管中的光纖固定到位，並從兩側形成焊縫。在這裡，精度也起著關鍵作用。Nanosystec 技術總監 Gunter Hummelt 表示：“NanoWeld 概念面臨的挑戰之一是在供應商市場中確定一個控制系統，其中激光器可以在 10% 的範圍內移動。” “為了節省空間並構建更緊湊的設備，我們不想使用 XY 系統，而是使用圓形軌道系統”。
激光器在 HepcoMotion 控制系統上移動
Hummelt 求助於直線運動專家 HepcoMotion 及其 PRT2 環形導軌和環形段。該系統由一系列環和環段組成，這些環和環段也可採用高級鋼製成，具有各種直徑，可與直導軌結合形成多個開放和封閉的軌道部分。NanoWeld 系統使用四個環形元件：兩個寬度為 44 毫米的 90 度段突出到負載板上方，另外兩個寬度為 76 毫米的 90 度段位於底座上。
Nanosystec 開發了一種用於激光可以在其上行駛的軌道系統的特殊托架。這裡使用 PRT2 系統的另一個組件 - 採用 V 型導軌技術，軸承以同心和偏心方式佈置在滑架上。這些輪從上方和下方與環段的感應硬化耐磨 V 形導軌嚙合。“鐵軌是磨過的。托架輪的預緊力可以通過偏心軸承進行精確調節”，HepcoMotion 顧問工程師 Carl-Christian Baumgarten 補充道。運動由 HepcoMotion 小齒輪驅動器提供，該驅動器與外齒輪嚙合，並將托架電機的動力傳遞到導軌。“這使得激光焊接頭可以從垂直方向向下折疊到 70 度角”，Hummelt 解釋道。為了實現水平定位，工程師可以根據客戶的要求將系統組裝在更寬的托架上。它在一個直徑為 76 毫米的環段上運行，該環段安裝在底座上。因此，即使經過很長一段時間，仍然可以進行精確的運動，因為 V 技術只需要在 V 導軌表面上塗抹少量潤滑劑即可實現長期無故障的使用壽命。
控制系統將危險的焊接變形降至最低
NanoWeld 實現了最佳精度：小於 100 納米的可重複定位精度。Günter Hummelt 補充道：“如果用戶想要每天焊接不同的組件，設備必須能夠將焊接角度精確調整到 0.1°。” 他還解釋了為什麼該組件的功能會受到損害：“焊接一開始，就會產生溫度約為 1,600 度的小型熔焊池。當它凝固時，存在焊接變形的風險，這可能導致二極管激光器和光纖的定位無效”。只有最佳的焊接角度才能確保變形在可接受的公差範圍內。HepcoMotion 系統的優點在於可以使用電動托架輕鬆調整焊接角度。
“導軌非常堅固耐用。這給我們帶來了競爭優勢，因為它降低了維護系統的成本。對於我們來說，HepcoMotion 系統是使用激光在圓形軌道系統上創建運動系統的最具成本效益和最可靠的解決方案。事實證明，其他選擇太大、太複雜、太昂貴。”