Nanosystec, fabricante de robots para soldadura confía en el sistema de guiado de HepcoMotion

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Nanosystec, fabricante de robots para soldadura confía en el sistema de guiado de HepcoMotion

Como un robot de soldadura mueve distancias en el campo de la nanometría

¿Puede un robot moverse en distancias que pueden ser tan pequeñas como 100 nanometros? Difícil de imaginar, considerando que un cabello humano es 700 veces más grueso. Uno de los robots de soldadura de Nanosystec demuestra que es possible. Detrás de su precision está un sistema de guiado del especialista en movimiento lineal HepcoMotion.

Cada día miles de millones de personas se comunican a través del email y teléfono. En todo el mundo la información se transmite a la velocidad de la luz utilizando la fibra óptica – un concepto que ya es familiar. Por otra parte, menos familiar es lo que se conoce como convertidores E/O. Estos componentes, del tamaño de un terrón de azúcar, hacen posible la transmisión de datos utilizando diodos láser para convertir los pulsos electromagnéticos del micrófono del teléfono en pulsos ópticos y enviandolos a la fibra óptica. Su fabricación es una pequeña obra maestra de soldadura de precisión. Esto requiere mecanismos especiales que son diseñados sólo por un pequeño número de fabricantes en todo el mundo. Nanosystec es uno de ellos. La empresa, que está situada en Groß-Umstadt, cerca de Frankfurt am Main, ha desarrollado un robot de soldadura llamado NanoWeld que se comercializa principalmente en EEUU y Extremo Oriente.

Alineación de alta precisión: los robots pueden moverse en distancias de sólo 100 nanometros

En el centro del mecanismo hay una placa de carga ajustable que alinea los lásers y la fibra óptica de forma precisa entre sí. Como la fibra óptica tiene un diámetro de tan solo diez micrometros y el diodo del láser tiene que apuntar exactamente en el centro, esto supone un movimiento en el campo de los 100 nanometros (nm). A modo comparativo: en una pieza de metal, 1nm es más o menos equivalente a la longitud de cuatro átomos. Dicho de otra manera: un cabello humano es unas 700 veces más grueso que 100 nm.

Tan pronto la alineación exacta ha tenido lugar, dos cabezales de soldadura láser actúan para fijar las fibras ópticas, revestidas en una funda metálica, en su lugar con una junta soldada a ambos lados. Aquí la precisión también juega un papel importante. «Uno de los retos para el concepto NanoWeld era identificar un sistema de control en el mercado de suministros que fuera fiable para mover los lásers dentro de un rango del 10%,» según Gunter Hummelt, Director Técnico de Nanosystec. «A fin de optimizar espacio y fabricar un mecanismo más compacto no queremos operar con un sistema X-Y, sino con un guiado circular».

Los lásers se mueven en sistemas de control HepcoMotion

Hummelt consultó con HepcoMotion sobre sus guías circulares y segmentos curvos de la gama PRT2. Este sistema incluye una amplia gama de anillos y segmentos curvos, que también están disponibles en acero de alto grado, con una gran variedad de diámetros, que se pueden combinar con guías rectas para formar un gran número de circuitos con secciones abiertas y cerradas. El sistema NanoWeld utiliza cuatro elementos circulares: dos segmentos curvos de 90º de ancho 44 mm, que proyectan encima la placa de carga, y otros dos segmentos curvos de 90º de ancho 76 mm en la base. «Las guías son fuertes y duraderos», comenta Hummelt. «Esto nos proporciona una ventaja competitiva ya que reduce el coste de mantenimiento del sistema».

Nanosystec ha desarrollado un carro especial para el sistema donde los lásers pueden moverse. Aquí se utiliza otro componente del sistema PRT2 – con la tecnología de guías en V, los rodamientos se montan de forma concéntrica y excéntrica en el carro. Estos rodamientos encajan desde arriba y abajo con la guía en V del segmento curvo, endurecida por inducción y por lo tanto resistente al desgaste. «Las guías están rectificadas. La precarga de los rodamientos del carro se puede ajustar de forma precisa mediante los rodamientos excéntricos», añade Carl-Christian Baumgarten, Ingeniero Consultor de HepcoMotion. El movimiento se proporciona mediante un accionamiento por piñón de HepcoMotion que engrana con la cremallera exterior y transmite la fuerza del motor del carro a la guía. “Esto permite doblar hacia abajo los cabezales de soldadura láser del vertical a un ángulo de 70º”, expica Hummelt. Para permitir también el posicionamiento en el horizontal, los ingenieros pueden, si así lo solicita el cliente, ensamblar el sistema a un carro más ancho. Se mueve en un segmento curvo que mide 76mm de ancho que está montado en la base. De esta forma, aunque pase mucho tiempo, el movimiento preciso es posible, ya que la tecnología en V sólo requiere pequeñas cantidades de lubricante repartido en las superficies en V de las guías para conseguir una larga vida sin problemas.

Un sistema de control mantiene las sustancias de deformación de soldadura bajo mínimos

NanoWeld consigue una precisión óptima: un grado reproducible de precisión de posicionamiento de menos de 100 nanometros. Añade Günter Hummelt: «Si el usuario quiere soldar a diario una variante de un componente, el mecanismo tiene que ser capaz de ajustar el ángulo de soldadura de forma precisa a 0.1°». También comenta el por qué la funcionalidad del componente se pondría en peligro: «En el momento que empieza el proceso de soldar se crea un pequeño charco de soldadura fundida con una temperatura de unos 1.600ºC. Cuando se solidifica, hay un riesgo de distorsión de soldadura que puede hacer inefectivo el posicionamiento de los diodos láser y fibras ópticas». Sólo el óptimo ángulo de soldadura puede asegurar que la distorsión esté entre tolerancias aceptables. La ventaja del sistema de HepcoMotion radica en la facilidad en el cual se puede ajustar el ángulo de soldadura utilizando el carro motorizado. Las guías también pueden llevar los cabezales de soldadura sin un soporte mecánico adicional. Hummelt concluye, «Para nosotros, el sistema de HepcoMotion era la solución más coste-efectiva y más fiable para crear un sistema de movimiento en una guía circular utilizando láser. Otras opciones resultaron ser demasiado grandes, demasiado complicados y demasiado caros».

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