Na platformie pakującej Syntegon dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego, pokazanej na targach Interpack, fiolki nie jadą po taśmie. Unoszą się. Płaskie ślizgi z wbudowanymi magnesami trwałymi lewitują nad płytą naszpikowaną cewkami – każdy prowadzony osobno, każdy potrafiący się zatrzymać, obrócić, przepuścić sąsiada. To Beckhoff XPlanar: ruch w dwóch wymiarach do 4 m/s, przyspieszenie 2 g, powtarzalność pozycjonowania 50 μm – ruch bezstykowy, a więc z ograniczonym zużyciem. Nie ma taśmy. Nie ma prowadnic. Nie ma luzu do skompensowania, bo nie ma czego kompensować.
Przez sto lat napęd był łańcuchem ustępstw. Silnik miał za dużo obrotów i za mało momentu na konkretne zadanie, więc wchodziła przekładnia, żeby jedno zamienić na drugie. Ruch liniowy brało się z obrotowego przez śrubę albo pasek, płacąc luzem, tarciem, drganiem i kanistrem smaru. Każde ogniwo tego łańcucha było źródłem niedokładności i osobną pozycją w grafiku przeglądów. Inżynier sterowania spędzał karierę na kompensowaniu mechaniki, której sam nie chciał.
Napęd bezpośredni likwiduje pośredników. Firma ETEL, należąca do grupy Heidenhain, produkuje bezżelazowe silniki liniowe – cewka bez rdzenia, więc znika cogging, znika tętnienie siły, zostaje gładki ruch. W wybranych, topowych seriach ETEL prędkości sięgają rzędu 20 m/s, a siły szczytowe – 2,5 kN. Te silniki prowadzą stoły wafli w skanerach litograficznych, gdzie budżet błędu liczy się w nanometrach. To samo robią silniki momentowe w osiach obrotowych: moment prosto z wału, bez przekładni, bez luzu kątowego.
Skrajny przypadek pokazuje ASML. W skanerze TWINSCAN magnetycznie lewitujący stolik z waflem rozpędza się szybciej niż myśliwiec przy starcie, nie wzbudzając przy tym drgań ani ciepła w newralgicznych elementach. Położenie wafla mierzone jest 20 tys. razy na sekundę z dokładnością ok. 60 pm – mniej niż średnica atomu krzemu. Żaden pasek, żadna śruba nie przeniosłyby takiej dynamiki. Przenosi ją wyłącznie siła elektromagnetyczna.
To, co w litografii jest koniecznością, w fabryce staje się ekonomią. B&R, dziś część ABB, zbudował z kanadyjskim Planar Motors system ACOPOS 6D: ślizgi od 600 g do 14 kg unoszące się nad segmentami 240×240 mm, sześć stopni swobody, do 69 ślizgów na m². Każdy ślizg potrafi przy okazji zważyć swój ładunek z dokładnością do grama, więc osobne stanowisko wagowe na linii robi się zbędne. Producent obiecuje do 75% mniej powierzchni niż przy klasycznym transporcie. W produkcji krótkich serii, gdzie format zmienia się co chwila, sztywny takt taśmy jest balastem; rój niezależnie sterowanych ślizgów – nie.
To nie pokazy targowe – co widać po liniach, które już liczą sztuki. Plasmatreat, producent systemów plazmowych ze Steinhagen, przebudował jednostkę obróbki powierzchni wokół XPlanar: sześć kafli 240×240 mm i jeden lewitujący mover, który wwozi detal pod nieruchomą dyszę plazmową. Z konstrukcji wypadł 6-osiowy robot i osobne osie liniowe, a cała integracja zajęła niespełna dwa miesiące.
W Memmingen firma stoba Sondermaschinen oparła na XPlanar rdzeń systemu kontroli optycznej InspectorONE, korzystającego z uczenia głębokiego: 3-sekundowy takt na detalu, ok. 6 mln skontrolowanych zaworów wtryskowych rocznie w ruchu trzyzmianowym. To są liczby produkcyjne, nie slogany z targów. A że mover nie dotyka podłoża, znika ścieranie, emisja cząstek i przenoszenie zanieczyszczeń między produktami – dlatego po tę technologię pierwsze sięgnęły farmacja, laboratoria i strefy washdown, w których każdy pas transportowy jest podejrzany. Tam, gdzie ruch ma biec wzdłuż toru, Beckhoff stawia wariant liniowy XTS: ruchome zespoły pędzone po szynie bez przekładni, ze zmianą formatu wykonywaną w oprogramowaniu, nie kluczem.
Nie wszędzie to wygrywa, i warto to powiedzieć wprost. Silnik liniowy całą siłę bierze z prądu, więc grzeje się tam, gdzie przekładnia dawała przełożenie za darmo. Oś pionowa bez samohamownej śruby opada, gdy zniknie zasilanie, więc wraca hamulec i nadmiarowość. Magnesy to neodym i dysproz, a za nimi cena i geopolityka. Rynek widzi to trzeźwo: według prognoz rynkowych szerszy rynek automatyki ruchu – serwonapędy i sterowanie, rzędu kilkunastu miliardów dolarów – rośnie o jednocyfrowy procent rocznie, a sam segment silników liniowych jest od niego o rząd wielkości mniejszy. Solidnie, nie wykładniczo. Sam Beckhoff i sam B&R przyznają, że tam, gdzie liczy się czysta siła na grosz, klasyczny silnik z przekładnią wciąż bywa nie do pobicia.
Zmienia się przy tym rola człowieka przy maszynie. Konstruktor, który dobierał paski i rysował reduktory, oddaje pole programiście ruchu, dla którego tor ślizga to linia w oprogramowaniu, unikanie kolizji – funkcja firmware’u, a trajektoria – kilka parametrów do nastrojenia. Mechanika, którą dawniej się projektowało, dziś w coraz większym stopniu się konfiguruje.
Fiolka na platformie Syntegon dociera na miejsce. Nie niesie jej taśma ani ramię. Tylko pole.
Anna Niedźwiedź
