貝加萊 高精度注射壓縮成型
時(shí)間：2014-05-08 11:18:04來源：貝加萊工業(yè)自動(dòng)化（上海）有限公司
導(dǎo)語：?SINGULUS TECHNOLOGIES公司使用Automation Studio 4來處理機(jī)器的整個(gè)控制應(yīng)用程序 – 包括運(yùn)動(dòng)控制、溫度控制和CNC機(jī)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(shí)輕松升級(jí)他們的硬件平臺(tái)，并從面向未來的開發(fā)中受益。
SINGULUS TECHNOLOGIES AG的全電動(dòng)直驅(qū)MOLDPRO注塑機(jī)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(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)生產(chǎn)線上看到SINGULUS TECHNOLOGIES公司的注塑機(jī)。未來的規(guī)劃是該解決方案將進(jìn)入一些全新的應(yīng)用領(lǐng)域如醫(yī)療技術(shù)、光學(xué)及消費(fèi)品行業(yè)。貝加萊技術(shù)為這些應(yīng)用并為確保可靠而安全的生產(chǎn)過程提供了所需的高動(dòng)態(tài)特性及精度。
高速、無抖動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)， 實(shí)時(shí)處理復(fù)雜控制算法： 這是SINGULUS TECHNOLOGIES公司MOLDPRO注塑機(jī)成功的基礎(chǔ)。目前世界各地生產(chǎn)CD、DVD、特別是藍(lán)光光盤的生產(chǎn)線上運(yùn)行有超過400臺(tái)這些機(jī)器。“由于這個(gè)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(fù)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(shí)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(gè)別機(jī)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(shí)，這幾年來注塑機(jī)對(duì)光盤細(xì)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(jìn)行存儲(chǔ)。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(lán)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(shí)，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(lán)光）。
因此，這些聚碳酸酯光存儲(chǔ)介質(zhì)的表面必須絕對(duì)平整和極其精確，從而確保其內(nèi)容可以被速度高達(dá)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(gè)空心軸高扭矩貝加萊電機(jī)為驅(qū)動(dòng)擠出機(jī)的蝸輪蝸桿提供了所需的高動(dòng)態(tài)特性。
運(yùn)動(dòng)控制采用直接驅(qū)動(dòng)
該工藝正如其名，是由兩個(gè)主要階段構(gòu)成的：注射和保壓。在注射階段，精確計(jì)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(yùn)動(dòng)，因此這個(gè)過程比標(biāo)準(zhǔn)注塑工藝更復(fù)雜，從而需要使用更高級(jí)的控制器。為了對(duì)注射壓縮工藝中每一個(gè)階段所涉及的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行充分控制，SINGULUS TECHNOLOGIES選擇了直接驅(qū)動(dòng)，而不是典型的肘桿驅(qū)動(dòng)。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(dòng)卻進(jìn)一步增加了控制任務(wù)的復(fù)雜性。
絕對(duì)同步
僅鎖模裝置就對(duì)控制器提出了極高的要求。三個(gè)貝加萊扭矩電機(jī)提供的扭矩達(dá)1350 Nm，可以實(shí)現(xiàn)模具高速運(yùn)動(dòng)并控制鎖模力。通過電子動(dòng)力軸連接龍門驅(qū)動(dòng)的這些動(dòng)作必須保持絕對(duì)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(huì)以250 mm/s的速度向注射側(cè)運(yùn)動(dòng)，在幾個(gè)控制進(jìn)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(fù)至初始位置。循環(huán)周期僅兩秒，快速改變方向和負(fù)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(shí)候確保電機(jī)實(shí)現(xiàn)絕對(duì)平穩(wěn)控制也是必須的。
1%注射量波動(dòng)
擠出機(jī)對(duì)動(dòng)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(gè)空心軸高扭矩貝加萊電機(jī)為驅(qū)動(dòng)擠出機(jī)的蝸輪蝸桿提供了所需的高動(dòng)態(tài)特性。“計(jì)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(dòng)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(biāo)，將注射量波動(dòng)降低至1% - 即使不使用傳感器對(duì)熔體壓力進(jìn)行測(cè)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(shí)型員工的支持下，協(xié)助我們?cè)趲讉€(gè)月內(nèi)就開發(fā)出了準(zhǔn)備批量生產(chǎn)的新機(jī)器。今天，我們已經(jīng)在使用第二代貝加萊自動(dòng)化技術(shù)。”
R u e t h 相信， 實(shí)現(xiàn)新機(jī)器概念的一個(gè)關(guān)鍵因素是實(shí)時(shí)POWERLINK通信總線。“如果不使用POWERLINK連接驅(qū)動(dòng)器、I/O和控制器，那么就不可能實(shí)現(xiàn)這種機(jī)器概念。通過POWERLINK進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸是關(guān)鍵，它的循環(huán)周期可達(dá)400微秒。”
斷電后亦能實(shí)現(xiàn)同步
這種極其快速的實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線實(shí)現(xiàn)了機(jī)器控制器與8個(gè)水冷式驅(qū)動(dòng)器（6個(gè)單軸模塊和1個(gè)雙軸模塊）以及X20 I/O模塊之間的通信。
驅(qū)動(dòng)器通過直流母線實(shí)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(jī)。一個(gè)88A的整流單元覆蓋了所有MOLDPRO伺服控制器，包括三個(gè)88A和兩個(gè)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(chǔ)有足夠的能量以維持同步，同時(shí)保證機(jī)器在發(fā)生電源故障的時(shí)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(xiàng)新技術(shù)都會(huì)使最小凹坑長度減少。與此同時(shí)，CD、DVD和藍(lán)光光盤軌道間的空間變得更加緊湊。
高效而先進(jìn)的控制方案
Automation PC 620用來執(zhí)行控制程序，包括運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)器十個(gè)加熱區(qū)的溫度控制以及機(jī)械手的CNC控制 – 所有程序都是在Automation Studio中開發(fā)的。機(jī)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(jī)上。控制器還可以運(yùn)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(fù)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(jì)方面的考慮，我們選擇了該方案，”Rueth補(bǔ)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(jí)至更強(qiáng)大的硬件平臺(tái)，并從面向未來的開發(fā)中受益。
“貝加萊擁有完整的先進(jìn)產(chǎn)品以及遍布全球的強(qiáng)大技術(shù)與支持網(wǎng)絡(luò)，是名副其實(shí)的行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者，”Rueth說道。
這由SINGULUS TECHNOLOGIES在準(zhǔn)備其第二代MOLDPRO機(jī)器的時(shí)候?qū)ζ渌麧撛诠?yīng)商所做的一個(gè)基準(zhǔn)研究得以證實(shí)。“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(shì)，這將幫助我們繼續(xù)拓展新市場(chǎng)，如醫(yī)療技術(shù)等，”Knips總結(jié)道。
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