Tegenwoordig worden hoogwaardige mechanische merkhorloges vaak met Zwitserse precisie samengesteld in assemblagestations, die de hooggekwalificeerde horlogemakers met semiautomatische processen ondersteunen. Tijdens het transport van de kostbare uurwerken zorgen nauwkeurige aandrijvingen voor een delicate en soepele hantering.
Tegenwoordig produceren bekende horlogefabrikanten hun producten in aantallen die een zuivere ambachtelijke werkplaats niet aan zou kunnen. Een horlogemaker bouwt immers het hele horloge van A tot Z.
Hoewel de belangrijkste werkstappen nog steeds grotendeels met de hand worden uitgevoerd, wordt het werk verdeeld en opgesplitst in verschillende processen. De vakmensen worden in veel van de stappen ondersteund door machines, die het proces tot op zekere hoogte automatiseren.
Precisiemechanica, mechatronica en machinebouw
Een van die machines is het assemblagestation van Precitrame Machines. Het Zwitserse bedrijf is gevestigd op ongeveer 900 meter boven de zeespiegel in Tramelan, een kleine stad in de Berner Jura, vlak bij enkele van de meest gerenommeerde horlogefabrikanten ter wereld.
De regio is ook een typische cluster van de in alle bescheidenheid opererende ware kampioenen van de precisiemechanica, mechatronica en machinebouw. In een klein gebied zijn tientallen fabrieken gevestigd die horloges maken, uit de horlogemakerij voortkomen, of bijvoorbeeld toeleverancier voor deze industrie zijn.
Ze worden gekenmerkt door dezelfde eigenschappen als de grote horlogemerken: producten van de hoogste kwaliteit en technologie die tot de beste in de wereld in hun specialisme behoren.
Mechanische precisieproductie
Precitrame produceert machines voor roterende transfer en afwerking voor alle soorten mechanische precisieproductie, maar ook het bovengenoemde assemblagestation voor horlogemakers. Wanneer de behuizing van deze machine gesloten is, is een werkvlak te zien met een kleine, ronde opening vooraan in het midden.
Daar ontvangt de horlogemaker het uurwerk om de volgende assemblagestap uit te voeren. Na voltooiing brengt de horlogemaker het terug op dezelfde plaats. Het werkstuk wordt nu onder de behuizing verder getransporteerd, terwijl het volgende werkstuk voor verwerking aankomt.
Minifabriek onder de behuizing
Onder de behuizing bevindt zich iets dat lijkt op een miniatuurversie van een assemblagelijn. Er loopt een groot aantal transportbanden naast elkaar. Deze brengen de werkstukken heen en weer langs een reeks wissels. Ze kunnen daarbij verschillende paden afleggen, afhankelijk van welke stap er dan op de batch wordt uitgevoerd.
Alle uurwerken komen echter in een laadstation (chargeur) in het achterste deel van het station. Dit neemt ze van de transportband en stuurt ze door naar een geautomatiseerd proces. Dit kan bijvoorbeeld inhouden dat op een specifieke plaats een microscopisch fijne druppel olie wordt aangebracht. De belangrijkste functie van deze eenheid is echter de kwaliteitsborging.
CANopen-bussysteem
Geavanceerde systemen controleren hier de metingen, om zeker te stellen dat de assemblageprocessen met de vereiste precisie zijn uitgevoerd. Zo worden optische en akoestische meetinstrumenten gebruikt om de frequentie en amplitude van de regel-unit te meten of om de compleetheid van de onderdelen te controleren.
De meetgegevens worden automatisch geregistreerd en via het CANopen-bussysteem overgedragen. Een kleine QR-code op de werkstukdrager maakt het mogelijk om deze te koppelen aan een specifiek horloge. Zo is het mogelijk om alle assemblagestappen die in dit station worden uitgevoerd, voor elke afzonderlijke beweging, volledig te documenteren.
Technische uitdagingen
Van de transportband nemen en naar een processtap leiden – dat klinkt eenvoudig. Maar dit proces kent een aantal technische uitdagingen. De delicate uurwerken liggen los in hun platte dragers. Een plotselinge beweging kan ertoe leiden dat ze eruit vallen, beschadigd raken en de processtroom verstoren.
Tegelijkertijd zijn de afstanden die hier worden afgelegd, in verhouding tot de kleine afmetingen, aanzienlijk. De verticale slag van het laadstation is bijvoorbeeld meer dan 200 mm. Het werk hiervan mag natuurlijk niet de cyclustijd van de hele machine vertragen. Daarom is het niet voldoende als de verschillende processen langzaam, dus veilig, worden uitgevoerd.
Rustige acceleratie
Bovendien moeten drie processen precies op elkaar afgestemd zijn: de transportpallet met de werkstukdrager wordt op een horizontale as naar de grijper verplaatst. Deze grijpt de drager en beweegt verticaal omhoog. Bovenaan gaat de grijper horizontaal naar het meetstation, waar de beoogde routine wordt uitgevoerd.
Voor elk van deze bewegingen is een exact gecoördineerd profiel nodig: langzaam starten, rustig accelereren, voorzichtig remmen en het proces met lage snelheid beëindigen. FAULHABER ontwikkelde een aangepaste oplossing om de drie assen aan te drijven.
Geïntegreerde encoder met Hallsensor
Het hart wordt gevormd door een Faulhaber borstelloze DC-servomotor met 4-polige technologie van de 2250 BX4-serie. Een geïntegreerde encoder met Hallsensor stuurt een nauwkeurig positiesignaal naar de besturing en vormt daarmee de basis voor reproduceerbare processen.
De motor voor de verticale as is ook uitgerust met een rem om de vertraging na de versnelling nauwkeurig te regelen. In het geval van een processtoring, bijvoorbeeld een stroomstoring, houdt de rem ook de aangegeven positie vast en voorkomt deze dat de grijper naar beneden valt.
Speciale spindel met steile spoed
Een speciaal voor deze toepassing door de Zwitserse Faulhaber-dochter MPS (Micro Precision Systems) ontwikkelde spindel met een bijzonder steile spoed brengt de kracht van de motor over de gehele lengte over. Het optimale materiaal voor de moer die op de spindel heen en weer beweegt, werd bepaald met complexe duurzaamheidstests.
De zeer stabiele kunststof PEEK, dat ook als materiaal voor medische implantaten wordt gebruikt, werd gedurende drie miljoen cycli het meest geschikt bevonden. De profielgenerator is verantwoordelijk voor het uitvoeren van de afzonderlijke bewegingen met behulp van software die is geïntegreerd in de servo-aandrijving van de motoren. Voor deze speciale toepassing hebben de experts van Faulhaber de parameters direct in Tramelan geoptimaliseerd.
Compacte servocontroller
De 2250 BX4 servomotor is de kleinste op de markt die in staat is om deze complexe taak uit te voeren. Hij voldoet ook aan de andere eisen die het montagestation aan de techniek stelt. De motor wordt aangestuurd door een MCBL 3002 S CO, een bijzonder compacte servocontroller voor borstelloze DC-motoren.
Dankzij het compacte design wordt er een tweede MCDC 3002 S CO ingezet als extra CANopen-sensornode. Voor de horizontale assen is gekozen voor de motor 2232 BX4 COD. Hier is de volledige servo-elektronica met CANopen-interface al geïntegreerd in dezelfde diameter, een unieke eigenschap van de productklasse van 22 mm.
Compacte machine
De gehele machine is gemaakt voor de afmetingen waarmee in deze branche wordt gewerkt en is passend compact en verfijnd van ontwerp. Omdat er tot drie laders moeten worden geïntegreerd, is de ruimte nog krapper. De grijper, die over de drie assen beweegt, weegt echter meer dan 600 gr.
De aandrijving moet daarom topprestaties leveren in de kleinste volumes. Precitrame en haar eindklant zijn blij met de goede samenwerking met de leverancier van de aandrijving: “De experts van Faulhaber hebben met veel inzet gewerkt aan de ontwikkeling van deze oplossing. Naast het uitstekende product kregen we ook optimale technische ondersteuning. Zij hebben bijgedragen aan het opmerkelijke succes van ons assemblagestation.”