赋予工业价值

从制造半导体与LCD到机械工具、机器人和食品加工机械,伺服系统都能有效缩短周期并提升效率。

伺服系统在多个工业领域中都担当着重要角色。譬如,电子工业需要精准技术保障产业价值链中的多种优质产品。就半导体制造而言,目前正向硅片直径更大、元件尺寸更小的趋势发展。硅片尺寸增大后,制造商能用一个硅片生产出更多数量的半导体设备,从而提升产量和效率。为满足上述要求,生产过程中需采用高性能伺服系统在定速下迅速准确的定位。

此外,电子元件须安装于印刷电路板(PCB)上,电子工业持续面临的挑战是怎样更低成本的制造出更小体积的产品。因此,针对许多应用都需设计出最大程度上节省电路板间距的高密度电路板。这要求过程工艺能迅速安装十分微小且形状不规则的电子元件。于是伺服系统再次发挥作用,保质保量的完成了这些任务。

直线伺服系统和许多其它制动器在电子工业其他领域也发挥着重要作用,制造平板显示器等液晶显示(LCD)产品过程中的高速高精度定位控制工艺中不乏它们的身影。

技术进步

MELSERVO-J4这样的系统中,高速伺服控制构架由传统二自由度型自适应控制演变而来,应用于专门的执行引擎。响应频率提升至行业内鲜见的2.5 kHz,兼容伺服电机配有4,194,304 pulses/rev (22-bit)的高分辨率绝对编码器。这些特性使它能精准定位、平滑旋转并达到更快的加工速度。

伺服电机运作时可能出现振动。为解决振动问题,MR-J4装备了机械共振滤波器、减振滤波器和鲁棒滤波器。频率范围扩大到10Hz-4,500 Hz后,可用的陷波滤波器数量增至五种,足以消除较高共振频率下的振动。低共振频率时采用减振滤波器功能。

减振算法用于支持3-惯性系统,同时减轻两种不同低频振动(来自于机械和外伸臂末端)。减振技术的进步有效解决了这一问题,缩短了校正时间。

这些附加功能配合高速光纤网络SSCNET III/H,大幅提升了系统响应时间。通信速度增至全双工150Mbps,通信周期可达到0.22ms。得益于SSCNETIII/H网络中完整确定且同步的通信,实现了特别是印刷和食品加工机械的同步精确度。

安全性与易操作性

优化伺服系统性能一直是用户必须面临的挑战。一键优化功能即可优化所有增益参数,包括共振滤波器、减振滤波器和稳定滤波器等,大幅减少伺服系统的准备时间。

大容量驱动记录仪能将警报前后的伺服数据(如电机电流和位置等)储存于伺服放大器的非易失性储存区之中。显示的数据便能用于诊断警报成因。

针对预防性维护,机械诊断功能可探测机械零件,如滚珠丝杆、导承、轴承和皮带等出现的任何变化。该功能利用伺服放大器中的数据分析振动元件的机械摩擦情况、惯性载荷力矩、不平衡扭矩和变化等实现探测功能。有了这些唾手可得的信息,系统工程师便能及时维护或更换零件。

借助MR Configurator2软件的帮助,在一台个人计算机上就能轻松进行机械调试、监控显示、诊断、读/写参数和测试等操作。这一新兴支持工具能实现准备时间更短的优化控制稳定机械系统。

双轴和三轴伺服放大器分别可用于运行两个和三个伺服电机。进步的技术让伺服放大器能效更高而体积更小。因此制造商便能以低成本制造出更小巧的机械。例如,相比双机组MR-J4-B,MR-J4W2-B双轴伺服放大器所需的安装空间减少了26%;相比三机组MR-J4-B,MR-J4W3-B三轴放大器所需安装空间减少了30%。只要与伺服放大器兼容,可任意组合不同类型的伺服电机,如旋转伺服电机、直线伺服电机和直驱电机等。

工作中的机械

今天,机器人已广泛用于多种商业、工业和军事应用中。Melfa F系列工业机器人利用伺服控制技术帮助厂区实现生产自动化。它是一种臂长理想的小型六轴机器人,可完成多种动作且适用于复杂的装配和加工任务。这种机器人分为两类:垂直作业和水平作业。

垂直型机器人适用于从运输机械零件到电子零件装配的各种应用。它们主要针对需要垂直运动的工艺,如抬举、拾取和放置等操作。该机器人体积紧凑占地小,所有操作都在基座周围进行。

水平型机器人适用于需要高速作业的工业,如大批量食品药品生产,同时也可用于精度要求高的装配作业。由于内部走线,故其电缆易于管理。

坚固耐用

不同的Melfa机器人异物防护(IP)等级各异,这使它们适用于广泛的恶劣工作环境。高性能电机和驱动控制技术能在高转速下产生高扭矩输出,有效减少加速/减速次数。这意味着降低定位次数,提高设备产量并增强了连续操作性。水平多关节机器人作业能达到2,400mm/s垂直移动速度。

根据机器人作业位置、姿势和负载条件自动设置最优加速/减速次数和速度。负载条件固定后,根据工件的存在/缺失自动改变加速/减速次数和速度。这样,各项特定任务都能实现最大运行速度,从而缩短周期。

根据机器人的室温设定对超载监测水平进行优化,从而利用负载水平提升连续操作性。考虑机器人轴所处的实际环境情况来计算负载水平。监测编码器温度,以便在温度超限时自动关机。

机器人为内部排线,电缆和软管不会出现盘绕扭曲,从而增加自如作业空间。避免电缆妨碍设备作业且降低接线中断的风险。机械手上有八个输入和八个输出点,它们可通过以太网与视觉传感器/相机连接。利用视觉传感器设置工具即可便捷校准机器人和相机。

智能视觉

作为机器人双眼的传感器是指导机械臂定位运动的关键构件。如在拾取作业中,机器人接到的指令是拾取红色药片放入A盒,拾取白色药片放入B盒。

机器人程序中的视觉控制命令实现了控制。此外,配置也更加灵活,使得包括复杂系统在内的系统成本都得以降低。比如三个机器人能与单一视觉传感器相连,而七个视觉传感器亦可与一个机器人相连。

碰撞监测是决定机械臂在教导或作业模式下是否与障碍发生碰撞的重要功能。它有助于降低机械臂和工具或工件受到的损害。可根据保护对象改变监测水平。可将碰撞监测功能编入程序,从而发出警报、做出指定“规避”动作或两者结合。

可通过GOT1000等人机界面(HMI)直接控制机器人。机器人控制状态上传至HMI后,由HMI直接控制各项作业。这样,机器人便能方便迅速的启动/关机、状态/警报监测等过程和其它任务。而通过GOT屏幕前面的USB接口即可编辑程序和参数,操作员作业十分便捷。

对高产量、低成本和高效率不断增长的需求使制造商寻求利用进步技术来实现这些目标。伺服系统便是帮助工业自动化过程实现更快、更好和更低成本生产目标的重要工具之一。

Kathrine Lee是Mitsubishi Electric Asia Pte Ltd.工业自动化部门的高级销售工程师。

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