Automatyzacja branży farmaceutycznej, laboratoriów i systemów analitycznych

Inżynierowie z firmy Jung Antriebstechnik u. Automation GmbH JA² odpowiedzieli na zapotrzebowanie branży farmaceutycznej, sektora analitycznego oraz technologii medycznej na niewielkie, lecz funkcjonalne rozwiązania automatyczne, tworząc nowy modułowy system mechatroniczny QuickLab. Małe moduły silników liniowych QM02 o skoku do 160 mm i osie silnika liniowego QA02 dla skoków do 220 mm pozwalają przy zachowaniu wysokiej dynamiki i dokładności realizować zastosowania o krótkim skoku, np. w technologii laboratoryjnej i analitycznej lub w systemach testowania. Dzięki konstrukcji mechanicznej i precyzyjnym prowadnicom połączonym z dwoma wózkami kulkowymi moduły i osie zyskują dużą sztywność i zapewniają wysoką powtarzalność podczas pozycjonowania w zakresie +/– 50 μm, pomimo lekkiej konstrukcji i niewielkiej poruszającej się masy. W zależności od obciążenia możliwe są prędkości jazdy do 3 m/s i przyspieszenia do 50 m/s². Dzięki opcji indywidualnego łączenia osi i modułów można realizować procesy obejmujące chwytanie i umieszczanie, jak również automatyczne rozwiązania do oddzielania, grupowania, testowania lub powlekania próbek albo innych wrażliwych produktów. Dzięki szerokości 22 mm QuickLab doskonale zaspokaja zapotrzebowanie na miniaturowe jedno- i wieloosiowe systemy obsługi. Ponadto oferowane są kompatybilne akcesoria, takie jak kompensacja siły ciężkości, magnetyczne hamulce podtrzymujące, zewnętrzne czujniki położenia oraz płyty adaptera.

Wysoka dynamika i precyzja

"Silniki liniowe stanowią serce naszego modułowego systemu automatyki, a stawiane przed nimi wymagania są bardzo wysokie", wyjaśnia Wilhelm Jung, dyrektor zarządzający JA². "Silniki muszą pracować bardzo dynamicznie, być sterowane w sposób precyzyjny i mieć odpowiednie wymiary".

Silniki liniowe firmy FAULHABER były przekonujące ze względu na swoją innowacyjną zasadę działania, która odróżnia je od rozwiązań "klasycznych".

Silniki liniowe można konstruować na wiele różnych sposobów, ponieważ, ogólnie rzecz biorąc, wszystkie zasady "obrotowych" silników elektrycznych da się zastosować w silnikach liniowych poprzez odwzorowanie okrągłej szczeliny powietrznej na linii prostej. W tym celu ułożone kołowo elektryczne uzwojenia wzbudzające są odwzorowywane na płaskiej powierzchni. Następnie pole magnetyczne ciągnie wirnik po torze jazdy. Istnieją też inne możliwości. Napędy liniowe LM2070 DC nie są konstruowane jako "wirniki powierzchniowe" z podwoziem i prowadnicą. Zamiast tego ruchomy pręt jest ciągniony w 3-fazowym samonośnym uzwojeniu.

"Taka konstrukcja zapewnia wyjątkowo dobrą relację między siłą liniową a prądem i wysoką dynamiką. Ponadto nie występuje efekt coggingu, dzięki czemu silniki liniowe idealnie sprawdzą się w naszym modułowym systemie QuickLab", tłumaczy Wilhelm Jung.

Maksymalna wydajność przy najmniejszych wymiarach

Silniki liniowe LM2070 są dostępne z długością skoku od 40 do 220 mm. Pomimo kompaktowych wymiarów stojana, wynoszących 20×20×70 mm (szer. ×wys. ×dł.), niewielki liniowy serwomotor DC wyróżnia się imponującymi wskaźnikami wydajności mechanicznej. Zapewnia siłę ciągłą 9,2 N oraz nawet 28 N siły szczytowej. Solidne łożysko ślizgowe ruchomego pręta pozwala z łatwością obsługiwać duże prędkości do 3 m/s. Jednocześnie ten niewielki moduł napędowy można kontrolować z dużą precyzją. Już przy zastosowaniu zintegrowanych czujników Halla bezwzględna dokładność pozycjonowania wynosi +/–0,1 mm, a powtarzalność +/–50 μm. Zastosowanie opcjonalnego czujnika zewnętrznego pozwala poprawić te wartości, odpowiednio do +/–0,01 mm oraz +/–1 μm. Dodatkową zaletę stanowi praktycznie bezobsługowa praca silnika, ponieważ nie jest on wyposażony w ruchome zużywające się części. Poza tym ten liniowy silnik pracuje praktycznie bezszelestnie.

"Jest to ważne przede wszystkim wtedy, gdy personel i systemy obsługi znajdują się w tym samym pomieszczeniu. To częsta sytuacja w laboratoriach", dodaje Wilhelm Jung.

Połączenie kabla za pomocą prowadnicy wleczonej

Ważnym aspektem systemów obsługi jest technologia połączeń. Silniki liniowe są standardowo dostarczane z połączeniem kablowym o długości maks. 30 cm. W systemach automatyki szafa sterownicza znajduje się zazwyczaj w pewnej odległości od samego napędu.

"Silnik i sterownik będący w oddzielnej szafie rozdzielczej mogą znajdować się 10, 20 lub więcej metrów od siebie", mówi Wilhelm Jung.

Modułowy system QuickLab zawiera specjalny, wieloekranowy kabel, który bez zakłóceń przekazuje moc silnika i sygnał czujnika położenia między silnikiem a sterownikiem na odległość do 30 m. Jest mocowany wraz z osłoną i zabezpieczeniem przed naprężeniami bezpośrednio do silnika, można go podłączyć do źródła zasilania i jest również przeznaczony do użytku z prowadnicami łańcuchami kablowymi, tj. do użytku mobilnego. Zastosowanie jednego kabla upraszcza instalację dzięki prefabrykowanym końcówkom.

Zestaw mechatroniczny pozwalający na automatyzację laboratorium sprawdził się już w praktyce. Potwierdza to Wilhelm Jung:

"Nasze systemy są wykorzystywane przez wielu producentów i dostawców akcesoriów analitycznych. Aktualny popyt jest ogromny – dotyczy to również innych dziedzin, takich jak optyka i technologia testowania".

Podsumowując: niewielkie, mocne napędy liniowe LM2070 to zawsze dostępna siła napędowa.

FAULHABER
www.faulhaber.com