焊接機(jī)器人如何實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)？

機(jī)器人能否實(shí)現(xiàn)以100nm為單位的運(yùn)動(dòng)？難以想象，考慮到人類的頭發(fā)厚度是其700倍而已。Nanosystec的一款焊接機(jī)器人證明上述運(yùn)動(dòng)是可能的，它的高精度是來(lái)自于背后線性運(yùn)動(dòng)專家hepcomotion的支持。

每天有數(shù)十億人通過(guò)email和電話進(jìn)行溝通交流，全球所有的數(shù)據(jù)通常都是通過(guò)光纖以光速來(lái)傳輸—這是現(xiàn)在大家都比較熟悉的慨念，另一方面大家不是很了解的是E/O轉(zhuǎn)化器，這些部件，只有方糖大小的尺寸，通過(guò)激光二極管使數(shù)據(jù)傳輸由電話話筒的電磁脈沖轉(zhuǎn)化成光脈沖并傳輸?shù)焦饫w中，他們是精密焊接的杰作。這需要特殊的設(shè)備來(lái)完成，世界上只有少數(shù)幾家制造商能設(shè)計(jì)，Nanosyste就是其中之一。這家公司總部位于法蘭克福附近的Groß-Umstadt，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了名為Nanoweld的焊接機(jī)器人，主要市場(chǎng)在美國(guó)和遠(yuǎn)東。

高精密定位 ：機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)100nm級(jí)的運(yùn)動(dòng)

在設(shè)備的中心是一個(gè)可調(diào)整的載重板，能使激光二極管和光纖互相精密匹配，因?yàn)楣饫w10nm的直徑和激光二極管必須準(zhǔn)確的射中在中心的目標(biāo)，這就產(chǎn)生了100納米級(jí)的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)對(duì)比：1nm的鐵塊就是或多或少等同于一排4個(gè)原子的長(zhǎng)度。換句話說(shuō)，人類頭發(fā)絲是100nm的700倍厚。

一旦匹配好了，兩個(gè)激光焊接頭就會(huì)開(kāi)始固定光纖包裹在金屬襯套中，并在兩側(cè)焊接密封住。這里的高精度起到了決定性的作用。“NanoWeld概念的挑戰(zhàn)之一就是識(shí)別一個(gè)控制系統(tǒng)。。。。。”Nanosystec技術(shù)總監(jiān)Gunter Hummelt說(shuō)到，“為了節(jié)省空間來(lái)建造一個(gè)更復(fù)雜的裝置，我們不想通過(guò)X-Y系統(tǒng)來(lái)工作，而是弧形導(dǎo)軌”

Hepco系統(tǒng)控制的激光運(yùn)動(dòng)

Hummelt求助于線性運(yùn)動(dòng)專家hepcomotion 和它的PRT2環(huán)形導(dǎo)軌和節(jié)段。此系統(tǒng)包含優(yōu)質(zhì)的鋼材和多樣的直徑的環(huán)形和節(jié)段，也能與直線導(dǎo)軌合并成開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的導(dǎo)軌。Nanoweld系統(tǒng)用了4個(gè)環(huán)形導(dǎo)軌：2pcs寬度為44的90度弧形節(jié)段在載重板的上方，另外兩個(gè)寬度76mm的90度弧形節(jié)段在底部。“這些導(dǎo)軌強(qiáng)度非常好和非常耐用”，Hummelt說(shuō)到，“這給了我們很大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，它能降低系統(tǒng)的維護(hù)成本”。

Nanosytec為此導(dǎo)軌系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)特殊的滿足激光運(yùn)動(dòng)的小車。這里PRT2的另一個(gè)部件被排上用場(chǎng)—V型導(dǎo)軌技術(shù)，小車上的軸承分為同心和偏心的。這些輪子接觸淬火的上面和下面，這能保證V型導(dǎo)軌非常耐磨。“導(dǎo)軌是研磨過(guò)的，小車滾輪的預(yù)載能通過(guò)偏心軸承實(shí)現(xiàn)精密調(diào)整”，hepcomotion的顧問(wèn)工程師Carl-Christian Baumgarten補(bǔ)充道。運(yùn)動(dòng)是通過(guò)hepco小齒輪接觸齒的外部然后傳遞小車上電機(jī)的力到導(dǎo)軌上提供的。“這能滿足激光焊接頭從垂直方向折向下到70度。”Hummelt解釋道。也為了滿足水平方向的定位，根據(jù)客戶要求，工程師能在一個(gè)更寬的小車上組裝這個(gè)系統(tǒng)，它能在被安裝在底部的76mm寬的節(jié)段上運(yùn)動(dòng)。即使經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)的時(shí)間，也能實(shí)現(xiàn)精密運(yùn)動(dòng)，只需要保持潤(rùn)滑即可。

控制系統(tǒng)確保有害的焊接變形減小到最少程度

Nanoweld達(dá)到了最優(yōu)的精度：可再生的定位角度精度小于100nm。Hummelt補(bǔ)充道“如果用戶想每天焊接不同的部件，這個(gè)設(shè)備必須能調(diào)整焊接角度精度到 0.1°”，他也解釋為什么部件的功能在其他方面會(huì)受到損害。“一旦開(kāi)始焊接，一個(gè)小的溫度為1600度的融化焊接池就形成了，如果凝結(jié)的話，就有焊接變形的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)導(dǎo)致激光二極管和光纖定位失效”。只有最優(yōu)的焊接角度才能保證變形量是在可接受的范圍內(nèi)。Hepcomotion系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于焊接角度能通過(guò)機(jī)動(dòng)小車進(jìn)行調(diào)整。導(dǎo)軌自身也能運(yùn)送焊

接頭而無(wú)需額外的機(jī)械支撐。Hummelt最后說(shuō)道“對(duì)我們而言，hepcomotion系統(tǒng)是最劃算和可靠的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)激光的環(huán)形導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其他的都被證明太大，太復(fù)雜或太貴。

高精密激光焊接：Nanoweld焊接機(jī)器人焊接10um直徑的光纖。激光運(yùn)動(dòng)精度為100nm內(nèi)。

小車上偏心滾輪的預(yù)載能在nm級(jí)的定位精度下進(jìn)行調(diào)整。

Hepcomotion優(yōu)質(zhì)鋼材環(huán)形節(jié)段非常堅(jiān)固耐用。