System serwonapędowy jako baza zautomatyzowanej wkrętarki
| TechnikaPocząwszy od ręcznych wkrętarek elektrycznych aż do w pełni zautomatyzowanych maszyn wkręcających - w każdym z przypadków konieczne jest zapewnienie odpowiedniego przebiegu procesu przykręcania i wysokiej jakości produktów końcowych. Z tych powodów konieczne jest monitorowanie oraz dokumentowanie wartości momentu obrotowego podczas przykręcania poszczególnych śrub. Jest to możliwe stosując elektroniczne systemy wkręcania śrub, aczkolwiek koszty tych ostatnich - w przypadku wbudowanego systemu pomiarów momentu obrotowego i kąta obrotu - mogą wynosić nawet 10 do 20 tys. euro. Dzięki nowoczesnym serwonapędom, zapewniającym dużą precyzję działania i żywotność, istnieje dzisiaj możliwość budowy wkrętarek automatycznych zachowując bardzo niskie koszty inwestycyjne.
Tradycyjnie stosowane systemy bazujące na pomiarach prądu obliczają moment obrotowy dokonując pomiarów zarówno prądu pobieranego przez silnik, jak też częstotliwości napięcia zasilającego, co jednak ma pewne wady. Wynikają one przede wszystkim z istnienia różnych czynników zakłócających, takich jak straty w transmisji, przez co nie osiąga się wymaganej dokładności określania wartości momentu obrotowego. W tym właśnie obszarze firma ADT Fuchs dostrzegła potrzebę rozwoju i możliwość zaproponowania nowego typu wkrętarki.
Przedsiębiorstwo ma charakter rodzinny i zostało założone jako firma typowo handlowa zajmująca się sprzedażą produktów wykorzystujących sprężone powietrze i napędy elektryczne. Dzisiaj ADT Fuchs dystrybuuje m.in. urządzenia przenośne oraz elektryczne wkrętarki, osiągając roczną sprzedaż w wysokości około 2 mln euro. Ze względu na silny popyt ADT Fuchs uruchomił dedykowany dział, który opracowuje i wytwarza urządzenia sterujące, podajniki śrub, systemy transportowe i maszyny wkręcające oraz różne systemy tworzone na zamówienie klientów.
SYSTEM SERWONAPĘDOWY ZAMIAST TRADYCYJNEGO UKŁADU NAPĘDOWEGO
Wraz z firmą partnerską Kilews, producentem ręcznych wkrętarek elektrycznych z siedzibą w Tajwanie, ADT już dawniej opracowało wkrętaki z systemem pomiarów prądu. Obecna współpraca zaowocowała nowym rodzajem urządzenia, które pozwala na wyświetlanie momentu obrotowego. W przypadku gdy ustawiony moment obrotowy wykracza poza ustawiony zakres, użytkownik otrzymuje natychmiastowo informację, co zapewnia lepszą kontrolę procesu wkręcania, dłuższe okresy pomiędzy wymaganymi kalibracjami oraz zwiększa szybkość reagowania na ewentualne błędy.
Bazując na posiadanym know-how, firma ADT Fuchs postanowiła opracować własną wkrętarkę. Celem było stworzenie systemu wkręcającego do aplikacji zrobotyzowanych i automatycznych maszyn, który zapewniałby powtarzalny moment obrotowy bez konieczności stosowania przekładni czy też czujnika momentu. Optymalnym rozwiązaniem okazało się być wykorzystanie serwosilników firmy Panasonic Electric Works, z której lokalnym oddziałem w Niemczech współpracuje ADT Fuchs.
Fot. 1. "Dla firmy Panasonic MINAS A6 to «tylko» serwonapęd, natomiast dla nas to coś więcej. W omawianej aplikacji stanowi on centralny element wkrętarki, której unikalność polega na tym, że jest to jedyne takie rozwiązanie na rynku, w którym nie ma konieczności stosowania przekładni" - Ferdinand Fuchs (po lewej), dyrektor zarządzający firmy. Na zdjęciu po prawej Reinhard Fuchs, założyciel ADT Fuchs. |
TESTY POTWIERDZAJĄ PRECYZJĘ W ZAPEWNIANIU MOMENTU OBROTOWEGO
Już pierwsza próba, w której wykorzystano starszy model napędu, zapewniła osiągnięcie satysfakcjonujących wyników. Nowe testy, w których użyto serwonapędów MINAS A6 firmy Panasonic, dały jednak zdecydowanie lepsze wyniki pod względem precyzji uzyskiwanego momentu obrotowego - i to bez konieczności kalibrowania systemu napędowego. Średnia powtarzalność momentu obrotowego wynosiła ±4% w rzeczywistej aplikacji przykręcania śrub, zaś w warunkach laboratoryjnych możliwe było osiągnięcie dokładności ±1%.
Cechy napędu MINAS A6
|
DALSZY ROZWÓJ APLIKACJI
Obecnie trwa rozwój kompletnej aplikacji obejmującej PLC, ekran dotykowy, serwokontroler oraz zasilacz, które będą zainstalowane w obudowie urządzenia. Firma ADT Fuchs zajmuje się stworzeniem systemu, podczas gdy Panasonic odpowiada za zaprogramowanie PLC i serwokontrolera.
"ADT Fuchs opracował dodatkowo stanowisko testowe, którego elementem jest układ hamujący wykorzystujący hamulec tarczowy. Moment obrotowy jest monitorowany przez system MINAS-A6, a silnik jest precyzyjnie zatrzymywany. Pozwoliło to potwierdzić, że system cechuje się dużą dokładnością, zaś opracowany prototyp cechuje się ogromnym potencjałem na przyszłość" - komentuje właściciel firmy ADT Fusch.
NISKIE KOSZTY ZAKUPU
Wykorzystanie serwonapędu jako wkrętarki zapewnia liczne korzyści. Użytkownicy mają zagwarantowaną analogiczną precyzję przykręcania, jak w przypadku wkrętarek elektrycznych, nawet przy złożonych połączeniach śrubowych. W porównaniu z komercyjnie dostępnymi maszynami, w przypadku tej bazującej na MINAS A6 nie ma potrzeby stosowania przekładni w celu uzyskania większych niż standardowe momentów, co znacznie zmniejsza koszt zakupu i użytkowania urządzenia.
Komercyjnie dostępne wkrętaki to koszt nawet kilkunastu tysięcy euro, podczas gdy zakup serwonapędu MINAS A6 stanowi jedynie ułamek tej ceny. Nawet po zbudowaniu kompletnego systemu, zapewniona jest redukcja kosztów nawet ponad 50% w porównaniu do maszyn standardowych.
Firma ADT Fuchs planuje rozszerzanie funkcji oferowanego rozwiązania tak aby użytkownik - korzystając z ekranu dotykowego, mógł bezpośrednio ustawiać parametry takie jak moment obrotowy, prędkość czy funkcję wkręcania dwuetapowego (z dwiema prędkościami wkręcania jednej śruby). Planowane jest zaprezentowanie takiego rozwiązania podczas tegorocznej edycji targów Motek jesienią 2017 roku.
Michael Gartz, Sandra Haeusler, Piotr Sodulski
Panasonic Electric Works
www.panasonic-electric-works.pl
