Automatyzacja branży farmaceutycznej, laboratoriów i systemów analitycznych
Co najmniej od początku kryzysu związanego z koronawirusem przemysł farmaceutyczny i laboratoria znajdują się pod presją osiągania najwyższego możliwego poziomu automatyzacji. Proces ten wymaga szeregu nowych urządzeń analityczno-badawczych, linii produkcyjnych oraz systemów napełniania i pakowania, których wydajność uzależniona jest od stopnia automatyzacji. Nowe możliwości w tym zakresie otwierają zminiaturyzowane osie silników liniowych i moduły do zastosowań jedno- lub wieloosiowych. Ponieważ zostały zaprojektowane jako system modułowy, można wykorzystać je do realizacji szerokiego zakresu zadań w automatyce laboratoryjnej i przemyśle farmaceutycznym. Są zasilane przez silniki liniowe FAULHABER.
Inżynierowie z firmy Jung Antriebstechnik u. Automation GmbH JA² odpowiedzieli na zapotrzebowanie branży farmaceutycznej, sektora analitycznego oraz technologii medycznej na niewielkie, lecz funkcjonalne rozwiązania automatyczne, tworząc nowy modułowy system mechatroniczny QuickLab. Małe moduły silników liniowych QM02 o skoku do 160 mm i osie silnika liniowego QA02 dla skoków do 220 mm pozwalają przy zachowaniu wysokiej dynamiki i dokładności realizować zastosowania o krótkim skoku, np. w technologii laboratoryjnej i analitycznej lub w systemach testowania. Dzięki konstrukcji mechanicznej i precyzyjnym prowadnicom połączonym z dwoma wózkami kulkowymi moduły i osie zyskują dużą sztywność i zapewniają wysoką powtarzalność podczas pozycjonowania w zakresie +/- 50 µm pomimo lekkiej konstrukcji i niewielkiej poruszającej się masy. W zależności od obciążenia możliwe są prędkości jazdy do 3 m/s i przyspieszenia do 50 m/s². Dzięki możliwości indywidualnego łączenia osi i modułów można realizować procesy obejmujące chwytanie i umieszczanie, jak również automatyczne rozwiązania do oddzielania, grupowania, testowania lub powlekania próbek lub innych wrażliwych produktów. Dzięki szerokości 22 mm QuickLab doskonale zaspokaja zapotrzebowanie na miniaturowe jedno- i wieloosiowe systemy obsługi. Ponadto oferowane są kompatybilne akcesoria, takie jak kompensacja siły ciężkości, magnetyczne hamulce podtrzymujące, zewnętrzne czujniki położenia oraz płyty adaptera.
Wysoka dynamika i precyzja
„Silniki liniowe są «sercem» naszego modułowego systemu automatyki, a stawiane przed nimi wymagania są bardzo wysokie” – wyjaśnia Wilhelm Jung, dyrektor zarządzający JA². „Silniki muszą pracować bardzo dynamicznie, być sterowane w sposób precyzyjny i mieć odpowiednie wymiary”. Silniki liniowe firmy FAULHABER były przekonujące ze względu na swoją innowacyjną zasadę działania, która odróżnia je od rozwiązań „klasycznych”:
Silniki liniowe można konstruować na wiele różnych sposobów, ponieważ, ogólnie rzecz biorąc, wszystkie zasady „obrotowych” silników elektrycznych można zastosować w silnikach liniowych poprzez odwzorowanie okrągłej szczeliny powietrznej na linii prostej. W tym celu ułożone kołowo elektryczne uzwojenia wzbudzające są odwzorowywane na płaskiej powierzchni. Następnie pole magnetyczne ciągnie wirnik po torze jazdy. Istnieją też inne możliwości: Napędy liniowe LM2070 DC nie są konstruowane jako „wirniki powierzchniowe” z podwoziem i prowadnicą. Zamiast tego ruchomy pręt jest ciągniony w 3-fazowym samonośnym uzwojeniu. „Taka konstrukcja zapewnia wyjątkowo dobrą relację między siłą liniową a prądem i wysoką dynamiką. Ponadto nie występuje efekt coggingu, dzięki czemu silniki liniowe idealnie sprawdzą się w naszym modułowym systemie QuickLab”.
Maksymalna wydajność przy najmniejszych wymiarach
Silniki liniowe LM2070 są dostępne z długością skoku od 40 do 220 mm. Pomimo kompaktowych wymiarów stojana wynoszących 20 x 20 x 70 mm (szer. x wys. x dł.), niewielki liniowy serwomotor DC wyróżnia się imponującymi wskaźnikami wydajności mechanicznej. Zapewnia siłę ciągłą 9,2 N oraz nawet 28 N siły szczytowej. Solidne łożysko ślizgowe ruchomego pręta pozwala z łatwością obsługiwać duże prędkości do 3 m/s. Jednocześnie ten niewielki moduł napędowy można kontrolować z dużą precyzją. Już przy zastosowaniu zintegrowanych czujników Halla bezwzględna dokładność pozycjonowania wynosi +/- 0,1 mm, a powtarzalność +/- 50 µm. Zastosowanie opcjonalnego czujnika zewnętrznego pozwala poprawić te wartości odpowiednio do +/- 0,01 mm oraz +/- 1 µm. Dodatkową zaletą jest praktycznie bezobsługowa praca silnika, ponieważ nie jest on wyposażony w ruchome zużywające się części. Poza tym ten liniowy silnik pracuje praktycznie bezszelestnie. „Jest to ważne przede wszystkim wtedy, gdy personel i systemy obsługi znajdują się w tym samym pomieszczeniu. To częsta sytuacja w laboratoriach” – dodaje Wilhelm Jung.
Połączenie kabla za pomocą prowadnicy wleczonej
Ważnym aspektem systemów obsługi jest technologia połączeń. Silniki liniowe są standardowo dostarczane z połączeniem kablowym o długości maks. 30 cm. W systemach automatyki szafa sterownicza znajduje się zazwyczaj w pewnej odległości od samego napędu. „Silnik i sterownik znajdujący się w oddzielnej szafie rozdzielczej mogą znajdować się 10, 20 lub więcej metrów od siebie” – mówi Wilhelm Jung. Modułowy system QuickLab zawiera specjalny, wieloekranowy kabel, który bez zakłóceń przekazuje moc silnika i sygnał czujnika położenia między silnikiem a sterownikiem na odległość do 30 m. Jest mocowany wraz z osłoną i zabezpieczeniem przed naprężeniami bezpośrednio do silnika, można go podłączyć do źródła zasilania i jest również przeznaczony do użytku z prowadnicami łańcuchami kablowymi, tj. do użytku mobilnego. Zastosowanie jednego kabla upraszcza instalację dzięki prefabrykowanym końcówkom.
Zestaw mechatroniczny pozwalający na automatyzację laboratorium sprawdził się już w praktyce. Potwierdza to Wilhelm Jung: „Nasze systemy są wykorzystywane przez wielu producentów i dostawców akcesoriów analitycznych. Aktualny popyt jest ogromny – dotyczy to również innych dziedzin, takich jak optyka i technologia testowania”. Zawsze dostępna siła napędowa: niewielkie, mocne napędy liniowe LM2070.
www.faulhaber.com/en/markets/modular-mechatronic-system-quick-lab/
