貝加萊 高精度注射壓縮成型
時間：2014-05-08 11:18:04來源：貝加萊工業(yè)自動化（上海）有限公司
導語：?SINGULUS TECHNOLOGIES公司使用Automation Studio 4來處理機器的整個控制應(yīng)用程序 – 包括運動控制、溫度控制和CNC機器人控制?？刂栖浖梢院苋菀椎匾浦驳饺魏纹渌惣尤R控制器中，這使用戶可以隨時輕松升級他們的硬件平臺，并從面向未來的開發(fā)中受益。
SINGULUS TECHNOLOGIES AG的全電動直驅(qū)MOLDPRO注塑機為尋求快速、大批量生產(chǎn)超薄塑料基板的用戶開啟了非凡可能。今天，幾乎可以在每一條光學存儲介質(zhì)生產(chǎn)線上看到SINGULUS TECHNOLOGIES公司的注塑機。未來的規(guī)劃是該解決方案將進入一些全新的應(yīng)用領(lǐng)域如醫(yī)療技術(shù)、光學及消費品行業(yè)。貝加萊技術(shù)為這些應(yīng)用并為確?？煽慷踩纳a(chǎn)過程提供了所需的高動態(tài)特性及精度。
高速、無抖動傳輸數(shù)據(jù)， 實時處理復雜控制算法： 這是SINGULUS TECHNOLOGIES公司MOLDPRO注塑機成功的基礎(chǔ)。目前世界各地生產(chǎn)CD、DVD、特別是藍光光盤的生產(chǎn)線上運行有超過400臺這些機器。“由于這個行業(yè)面臨的成本壓力很大，因此一條生產(chǎn)線的性能不僅僅是由它的生產(chǎn)重復性決定，”SINGULUS TECHNOLOGIES公司生產(chǎn)經(jīng)理Peter Knips說道，“更重要的是由它可以實現(xiàn)的最大可用性和最小廢料量即日產(chǎn)量決定。這類系統(tǒng)的操作員希望不僅個別機器的性能得到保證；他們希望生產(chǎn)線上每天的產(chǎn)量都能得到保證。”
與此同時，這幾年來注塑機對光盤細微表面再生產(chǎn)精度方面的要求也越來越高。數(shù)據(jù)通過光盤表面不同的凹坑和平面來進行存儲。在CD上，這些凹坑的最小深度和長度是170納米和0.833微米，而在DVD上的最小深度是120納米。在藍光光盤上，這些凹坑只有40納米深，0.15微米長。盡管如此，這些產(chǎn)品的外形尺寸仍然保持不變（直徑120毫米，厚1.2毫米）。同時，軌道間距從1.6微米（CD）縮小至0.74微米（DVD），然后縮小到0.32微米（藍光）。
因此，這些聚碳酸酯光存儲介質(zhì)的表面必須絕對平整和極其精確，從而確保其內(nèi)容可以被速度高達10000 rpm的各種設(shè)備讀取。SINGULUS TECHNOLOGIES公司使用注射壓縮成型工藝，非常適合這種制造精度。
兩個空心軸高扭矩貝加萊電機為驅(qū)動擠出機的蝸輪蝸桿提供了所需的高動態(tài)特性。
運動控制采用直接驅(qū)動
該工藝正如其名，是由兩個主要階段構(gòu)成的：注射和保壓。在注射階段，精確計量的塑料熔體被注射入超大模腔。在隨后的保壓階段，模具的兩半部分完全閉合，使塑料熔體受到壓縮，并完全充滿型腔。最后，注塑用壓模在光盤上創(chuàng)建微結(jié)構(gòu)（凹坑和平面）。
由于涉及到大量參數(shù)以及額外的壓縮運動，因此這個過程比標準注塑工藝更復雜，從而需要使用更高級的控制器。為了對注射壓縮工藝中每一個階段所涉及的運動進行充分控制，SINGULUS TECHNOLOGIES選擇了直接驅(qū)動，而不是典型的肘桿驅(qū)動。這樣做的好處是，在冷卻階段可以控制鎖模力降低，從而最大限度地減小作用在光盤上的殘余應(yīng)力。然而，直接驅(qū)動卻進一步增加了控制任務(wù)的復雜性。
絕對同步
僅鎖模裝置就對控制器提出了極高的要求。三個貝加萊扭矩電機提供的扭矩達1350 Nm，可以實現(xiàn)模具高速運動并控制鎖模力。通過電子動力軸連接龍門驅(qū)動的這些動作必須保持絕對同步。甚至50 Nm的扭矩差就足以損壞模具或鎖模裝置。
塑料熔體完成注射后，鎖模側(cè)會以250 mm/s的速度向注射側(cè)運動，在幾個控制進程中逐步增大合模壓力。在后續(xù)的冷卻階段，可以控制合模壓力降低，之后模具恢復至初始位置。循環(huán)周期僅兩秒，快速改變方向和負載不可避免，因此有必要確保位置控制向扭矩控制的平穩(wěn)過渡 – 反之亦然。此外，在任何時候確保電機實現(xiàn)絕對平穩(wěn)控制也是必須的。
1%注射量波動
擠出機對動態(tài)特性和精度方面提出了富有挑戰(zhàn)性的要求。串聯(lián)的兩個空心軸高扭矩貝加萊電機為驅(qū)動擠出機的蝸輪蝸桿提供了所需的高動態(tài)特性。“計量、注射和壓縮所涉及的所有過程都需要使用專門的控制Know-how和高性能的驅(qū)動與控制技術(shù)，”SINGULUS TECHNOLOGIES公司電氣工程主管EdgarRueth解釋道。開發(fā)人員能夠?qū)崿F(xiàn)他們雄心勃勃的目標，將注射量波動降低至1% - 即使不使用傳感器對熔體壓力進行測量。“我們與貝加萊之間的合作在這方面發(fā)揮了重要的作用，”Knips回憶道。“早在2004年，貝加萊就以軟件模板形式提供專業(yè)Know-how和算法，在他們知識型員工的支持下，協(xié)助我們在幾個月內(nèi)就開發(fā)出了準備批量生產(chǎn)的新機器。今天，我們已經(jīng)在使用第二代貝加萊自動化技術(shù)。”
R u e t h 相信， 實現(xiàn)新機器概念的一個關(guān)鍵因素是實時POWERLINK通信總線。“如果不使用POWERLINK連接驅(qū)動器、I/O和控制器，那么就不可能實現(xiàn)這種機器概念。通過POWERLINK進行高速數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵，它的循環(huán)周期可達400微秒。”
斷電后亦能實現(xiàn)同步
這種極其快速的實時以太網(wǎng)總線實現(xiàn)了機器控制器與8個水冷式驅(qū)動器（6個單軸模塊和1個雙軸模塊）以及X20 I/O模塊之間的通信。
驅(qū)動器通過直流母線實現(xiàn)能量再生，從而將新型MOLDPRO的能耗降低了40% - 盡管使用了較高扭矩的電機。一個88A的整流單元覆蓋了所有MOLDPRO伺服控制器，包括三個88A和兩個44A設(shè)備。然而更重要的是，工藝可靠性得到了難以置信的提升。直流母線存儲有足夠的能量以維持同步，同時保證機器在發(fā)生電源故障的時候完成安全停車。集成的ACOPOS 24V電源也經(jīng)由直流母線持續(xù)向控制器供電。
每一項新技術(shù)都會使最小凹坑長度減少。與此同時，CD、DVD和藍光光盤軌道間的空間變得更加緊湊。
高效而先進的控制方案
Automation PC 620用來執(zhí)行控制程序，包括運動控制、機器十個加熱區(qū)的溫度控制以及機械手的CNC控制 – 所有程序都是在Automation Studio中開發(fā)的。機械手取走完成的基板 – 在0.2秒內(nèi)擺入，拾取光盤，再擺出 – 然后將它們堆放在冷卻輸送機上?？刂破鬟€可以運行HMI應(yīng)用程序（也是在AutomationStudio中創(chuàng)建的），它可以通過SDL連接顯示在AutomationPanel的10英寸觸摸屏上。
“即使我們的處理任務(wù)廣泛而復雜，我們?nèi)匀荒軌蚴褂?GHz的Celeron處理器，這是Automation PC提供的較低版本，”Knips解釋道。這在某種程度上是由于將一部分任務(wù)外包給了伺服控制器。“出于經(jīng)濟方面的考慮，我們選擇了該方案，”Rueth補充道。
由于相同的控制軟件可以很容易地移植到任何其它貝加萊控制器中，因此SINGULUS TECHNOLOGIES可以始終選擇是否升級至更強大的硬件平臺，并從面向未來的開發(fā)中受益。
“貝加萊擁有完整的先進產(chǎn)品以及遍布全球的強大技術(shù)與支持網(wǎng)絡(luò)，是名副其實的行業(yè)領(lǐng)導者，”Rueth說道。
這由SINGULUS TECHNOLOGIES在準備其第二代MOLDPRO機器的時候?qū)ζ渌麧撛诠?yīng)商所做的一個基準研究得以證實。“由于貝加萊的存在，我們才得以為我們的客戶提供眾多優(yōu)勢，這將幫助我們繼續(xù)拓展新市場，如醫(yī)療技術(shù)等，”Knips總結(jié)道。
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