MODUŁOWE URZĄDZENIE PRÓśNIOWE DO BADAŃ PROCESÓW

TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
2/2009
MODUŁOWE URZĄDZENIE PRÓśNIOWE
DO BADAŃ PROCESÓW PVD I CVD ORAZ PILOTOWYCH
WDROśEŃ TECHNOLOGII PRZEMYSŁOWYCH
Tomasz SAMBORSKI, Stanisław KOZIOŁ, Krzysztof MATECKI
PróŜniowe technologie obróbki powierzchniowej mają
istotny udział w rozwoju wielu gałęzi przemysłu [1-3].
Największe znaczenie oraz najszersze zastosowanie zyskały metody plazmowego nanoszenia cienkich powłok
o złoŜonej strukturze i szczególnych właściwościach [4-5].
Powłoki te pełnią róŜnorodne role, zwiększając walory
uŜytkowe pokrywanych elementów. Są to nie tylko twarde
powłoki zabezpieczające przed zuŜyciem ściernym narzędzi skrawających [6], ale równieŜ warstwy opóźniające
proces zmęczenia cieplnego (narzędzia do obróbki plastycznej na gorąco) [7], zuŜycia adhezyjnego (narzędzia
do obróbki plastycznej na zimno) [8], jak równieŜ węglowe
powłoki biokompatybilne do róŜnorodnych zastosowań
medycznych [9], czy teŜ powłoki o podwyŜszonym współczynniku tłumienia drgań mechanicznych.
RóŜnorodne przeznaczenie wymaga róŜnych struktur
warstw powierzchniowych, a w związku z tym róŜnych
technologii ich osadzania. W nowoczesnej inŜynierii powierzchni największe znaczenie mają powłoki złoŜone,
tj. wielowarstwowe, wieloskładnikowe oraz kompozyty
warstwowe wytwarzane technologiami obróbki wielostopniowej. Wielka róŜnorodność budowy cienkich warstw
i procesów ich osadzania wymaga stosowania specjalizowanego wyposaŜenia przeznaczonego do realizacji złoŜonych, często wieloetapowych procesów technologicznych.
Oddzielnym, złoŜonym zagadnieniem technicznym jest
opracowanie i weryfikacja technologii otrzymywania złoŜonych struktur warstwowych. W wieloetapowym procesie
technologicznym są stosowane kolejno róŜne źródła plazmy, osadzane są róŜne materiały, zmieniany jest skład
i parametry aktywnej atmosfery, temperatura pokrywanego podłoŜa itp. KaŜdy z etapów procesu ma na celu
osadzenie warstwy składowej tworzonej powłoki, modyfikację pokrywanego podłoŜa lub utworzenie np. gradientowej strefy przejściowej między sąsiednimi warstwami.
KaŜdy z etapów musi charakteryzować się określonymi
wartościami i przebiegami parametrów technologicznych
w taki sposób, aby realizowana w nim część procesu dawała jak najlepszy efekt z punktu widzenia właściwości
uŜytkowych całej powłoki. Opracowanie takiego etapu
procesu technologicznego i jego weryfikacja wymagają
najczęściej sprawdzenia efektu jego realizacji. Aby wyodrębnić efekt pojedynczego etapu, naleŜy przeprowadzać
procesy cząstkowe lub przerywać je w określonym momencie. Postępowanie takie jest wysoce nieefektywne,
czasochłonne i drogie, a jego alternatywą jest moŜliwość
wkładania i wyjmowania próbek pokrywanych podłoŜy
z komory PVD w czasie trwania procesu. Wymaga to zbudowania systemu składającego się ze śluzy, która pozwoli
na wprowadzanie do komory próŜniowej i wyjmowanie
z niej elementów bez konieczności jej otwierania i zapowietrzania, oraz manipulatora pozwalającego na chwytanie i zmianę połoŜenia elementu we wnętrzu komory [10].
System taki moŜe być wykorzystany nie tylko do badań
procesów plazmowych, ale równieŜ do kontroli i dokumentowania wybranych etapów próŜniowych procesów
technologicznych.
W Instytucie Technologii Eksploatacji-PIB w Radomiu
od kilkunastu lat prowadzone są prace badawcze nad
rozwojem urządzeń do osadzania powłok metodami PAPVD, między innymi w zakresie budowy specjalistycznych
układów zasilania, kontroli i sterowania procesami technologicznymi oraz w zakresie budowy łukowych i magnetronowych źródeł plazmy. Prace te zaowocowały szeregiem wdroŜeń nowoczesnych urządzeń i systemów sterowania w zakładach przemysłowych, uczelniach i laboratoriach badawczych.
MODUŁOWE URZĄDZENIE Z KOMORĄ PRÓśNIOWĄ
Modułowe urządzenie, którego zasadniczym elementem jest komora próŜniowa, jest przeznaczone do realizacji róŜnorodnych procesów osadzania cienkich warstw
powierzchniowych metodami PVD i CVD. Jest ono wykorzystywane do realizacji procesów, których nie da się
przeprowadzić w urządzeniach uniwersalnych. Jego modułowa konstrukcja umoŜliwia konfigurowanie róŜnych
układów eksperymentalnych, technologicznych czy dydaktycznych dostosowanych do potrzeb uŜytkownika. Poszczególne zespoły funkcjonalne urządzenia mogą być
dobierane z proponowanego typoszeregu i łączone w całość odpowiednio do realizowanego eksperymentu lub
uruchamianej technologii. Konstrukcja poszczególnych
modułów urządzenia, sposób ich łączenia oraz zastosowanie wielu rozwiązań standardowych – typowych dla
aparatury próŜniowej, pozwala na rozwijanie opracowanej
konfiguracji o nowe moduły i aparaturę, odpowiednio do
realizowanych układów badawczych.
Podstawowym, niezmiennym modułem całości urządzenia (rys. 1) jest jego korpus w postaci przestrzennej
struktury tworzącej przestrzeń roboczą komory. Korpus
stanowi zasadniczą część komory próŜniowej o kształcie
graniastosłupa, która jest zamykana przez wymienne
drzwi 1. Ściany komory i drzwi są wykonane z dwóch
19
2/2009
warstw blachy kwasoodpornej, między którymi przepływa
czynnik chłodzący. Wymienne drzwi komory mogą posiadać róŜne ukształtowanie, co pozwala na zmianę wymiarów i kształtu przestrzeni roboczej urządzenia. W ścianach komory zostały wykonane dwa wielkogabarytowe
przyłącza 9 przeznaczone do zainstalowania źródeł plazmy za pośrednictwem odpowiednich adapterów. DuŜe
wymiary przepustów pozwalają na instalowanie źródeł
o nietypowych wymiarach i konstrukcji, np. źródło
o zmiennym kierunku emisji, lub na regulację odległości
źródła od środka komory. Zastosowanie odpowiednich
elementów pośrednich pozwala na instalowanie w tych
przyłączach dowolnych aparatów technologicznych i pomiarowych lub ich zestawów odpowiednio do potrzeb realizowanych eksperymentów. W komorze wykonano równieŜ odpowiednie przyłącza na przepusty obrotowe, prądowe, napięciowe, sterujące, pomiarowe i gazowe. Korpus urządzenia jest umieszczony na stałe na podstawie 2,
a na jego bocznych ścianach zostały zainstalowane panele przyłączeniowe 7 źródeł plazmy dostarczające do
kaŜdego źródła energię elektryczną, sygnały sterujące
oraz czynnik chłodzący. Podstawa komory jest wykorzystana do zabudowy i rozprowadzenia układów chłodzących składających się z kolektorów wodnych 3, zaworów,
filtrów, zaworów redukcyjnych i czujników przepływu.
W podstawie ponadto mogą być umieszczone: napęd wewnętrznego wyposaŜenia technologicznego urządzenia,
zespół przygotowania gazów oraz rozprowadzenie innych
instalacji elektrycznych sterujących i pomiarowych.
Układ badawczy urządzenia moŜe być dowolnie konfigurowany poprzez zastosowanie odpowiedniego wyposaŜenia w formie wymiennych modułów. W celu skonfigurowania kompletnego układu badawczego lub technologicznego, na korpusie naleŜy zainstalować następujące moduły:
− przednią ścianę komory próŜniowej o wybranym kształcie, wymiarach i wyposaŜeniu w zestaw okien i przyłączy pozwalający na oprzyrządowanie jej w wymagany
zestaw aparatury technologicznej, za pomocą którego
będzie moŜliwa realizacja róŜnych technik odparowania osadzanych materiałów,
− odpowiedni zestaw aparatury przeznaczonej do emisji
cząsteczek osadzanych materiałów; dzięki zastosowaniu uniwersalnych próŜnioszczelnych przyłączy oraz
odpowiednim wariantom samej komory próŜniowej
moŜliwe będzie zastosowanie między innymi źródeł łukowych i magnetronów,
− wewnętrzny system lokalizacji podłoŜy o Ŝądanej kinematyce i geometrii dostosowany do rozmiarów, liczności i wymaganego sposobu ekspozycji wsadu lub pokrywanych próbek materiałowych,
− zestaw zunifikowanych przyłączy, manipulatorów, przepustów ruchowych i prądowych, układów napędowych
i okien inspekcyjnych do zainstalowania wymaganej
aparatury kontrolno-pomiarowej i sterującej przebiegiem procesu zachodzącego wewnątrz komory,
− zestaw pomp próŜniowych.
20
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
Rys. 1. Komputerowy model modułowego urządzenia próŜniowego z komorą próŜniową o zmiennej konfiguracji: 1 – wymienna
ściana komory w wersji przystosowanej do zainstalowania czterech małogabarytowych i jednego duŜego źródła plazmy, 2 –
podstawa, 3 – kolektory chłodzenia/grzania, 4 i 5 – zespoły napędowe z przepustami do sterowania przesłoną pionową i poziomą, 6 – przyłącze wysokoprądowe, 7 – blok przyłączy elektrycznych, 8 – blok przygotowania gazów, 9 – uniwersalne przyłącze wielkogabarytowe
Odpowiednio do wybranej konfiguracji i funkcji realizowanych przez skompletowane urządzenie muszą być
równieŜ dobierane elektryczne i elektroniczne układy zasilające i sterujące pracą modułów wchodzących w skład
zestawu.
MODUŁY SYSTEMU WYMIANY
I POZYCJONOWANIA PODŁOśY
W konfiguracji urządzenia przewidziano i wykonano
system typu LOAD-LOCK pozwalający na wkładanie
i wyjmowanie próbek pokrywanych podłoŜy z komory
PVD/CVD w czasie trwania procesu. System tworzą następujące specjalne moduły próŜniowe:
− manipulator liniowy ze śluzą próŜniową (load-lock),
− manipulator przestrzenny.
Manipulator liniowy ze śluzą (rys. 2) słuŜy do wprowadzania i wydostawania z wnętrza komory próŜniowej próbek obrabianych wewnątrz podłoŜy bez konieczności jej
zapowietrzania i otwierania.
Zespół jest połączony z komorą próŜniową za pomocą
kołnierza 1 o standardowych wymiarach i zaworu zasuwowego 2. Przy zamkniętym zaworze 2 i uniesionym
wieku śluzy 5 w jej wnętrzu moŜna umieścić próbkę i zacisnąć w szczękach chwytaka 8 uruchamianych za pomocą pokrętła 7. Po zamknięciu wieka śluzy i zaworu zapowietrzającego 10, za pomocą pompy próŜniowej podłączonej do przyłącza 9 we wnętrzu śluzy uzyskuje się
próŜnię. Po wyrównaniu ciśnienia między śluzą a komorą
moŜliwe jest otworzenie zaworu zasuwowego oraz przesunięcie manipulatora w kierunku wnętrza komory. Konstrukcja manipulatora pozwala na wsunięcie próbki do
wnętrza komory na dowolną odległość ograniczoną długością ramienia, obrót wokół osi ramienia o dowolny kąt
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
i zwolnienie chwytaka. W ten sposób próbka podłoŜa zostaje umieszczona wewnątrz komory bez ingerowania
w przebieg zachodzącego w niej procesu.
Rys. 2. Manipulator liniowy ze śluzą próŜniową (load-lock): 1 –
kołnierz przyłączeniowy, 2 – zawór zasuwowy, 3 – rękojeść zaworu, 4 – otwór załadowczy śluzy, 5 – wieko śluzy, 6 – rękojeść
manipulatora, 7 – pokrętło chwytaka, 8 – chwytak, 9 – przyłącze
pompy próŜniowej, 10 – zawór zapowietrzający
Wykonanie opisanych czynności w odwrotnej kolejności, czyli uchwycenie próbki znajdującej się w komorze,
wycofanie manipulatora, zamknięcie zaworu zasuwowego, zapowietrzenie śluzy przez zawór 10 i otworzenie
wieka 5, pozwala na wydostanie z wnętrza komory próbki
poddanej określonej obróbce.
Układ taki pozwala na wymianę próbek w komorze
próŜniowej, ale posiada ograniczony obszar działania, co
wynika z ruchu ramienia tylko wzdłuŜ jednej ustalonej linii.
Przy wymianie kolejno kilku próbek i konieczności ich
rozmieszczenia w przestrzeni roboczej komory, zmiany
ich połoŜenia czy pozycji, ruch liniowy jest niewystarczający. Konieczne jest w tym przypadku zapewnienie moŜliwości przemieszczania próbek w określonej części przestrzeni roboczej komory. Zastosowanie ruchomego połączenia śluzy z komorą jest niemoŜliwe ze względu na
znaczną masę całego zespołu oraz duŜą sztywność
przewodów próŜniowych łączących śluzę z pompą. Pomocne moŜe być tu wykorzystanie obrotnika stanowiącego wyposaŜenie technologiczne urządzenia PVD. Najlepszym jednak rozwiązaniem jest dodatkowy manipulator
sterowany z zewnątrz, posiadający moŜliwość przemieszczania obiektów znajdujących się we wnętrzu komory
w jej przestrzeni roboczej.
Manipulator przestrzenny (rys. 3) jest przeznaczony do
chwytania i zmiany miejsca usytuowania lub pozycji drobnych elementów umieszczonych we wnętrzu komory
próŜniowej. MoŜe być on montowany w komorze za pomocą standardowego przyłącza podobnie jak manipulator
liniowy ze śluzą (rys. 2).
Chwytak manipulatora dzięki zastosowaniu elastycznego uszczelnienia mieszkowego 2 (rys. 3) moŜe przemieszczać się nie tylko ruchem liniowym wzdłuŜ osi ramienia, ale równieŜ prostopadle do osi w granicach kąta
przestrzennego ograniczonego konstrukcją uszczelnienia.
Ruch ten jest realizowany dzięki ułoŜyskowaniu ramienia
w kulistym przegubie 4, który moŜe być unieruchamiany
za pomocą zacisku 8 w celu ustalenia kątowego połoŜe-
2/2009
nia manipulatora. Wyprowadzenie na zewnątrz komory
rękojeści 5 i pokrętła 6 pozwala na ręczne sterowanie
pracą zespołu przez operatora znajdującego się obok
urządzenia próŜniowego.
Rys. 3. Manipulator przestrzenny: 1 – chwytak, 2 – elastyczne
uszczelnienie mieszkowe, 3 – kołnierz przyłączeniowy, 4 – przegub kulisty, 5 – rękojeść manipulatora, 6 – pokrętło chwytaka, 7 –
ślizgowe uszczelnienie próŜniowe, 8 – zacisk ustalający pozycję
manipulatora
W komorze wyposaŜonej w system składający się
z manipulatora liniowego ze śluzą próŜniową zainstalowanego w jednym z przyłączy oraz manipulatora przestrzennego zainstalowanego w odpowiednio dobranym innym
przyłączu, moŜliwe jest umieszczanie i przemieszczanie
elementów obrabianego wsadu w obszarze pokazanym
na rys. 4. Pozwala to na przeprowadzanie badań procesów osadzania polegających na identyfikacji skutków dowolnego etapu procesu w określonym czasie i określonym
obszarze przestrzeni roboczej komory.
Rys. 4. Obszar pracy manipulatorów liniowego i przestrzennego
w modułowej komorze próŜniowej: A – obszar działania manipulatora przestrzennego, X – skok roboczy manipulatora przestrzennego (550 mm), Y – skok roboczy manipulatora liniowego
(550 mm)
Zastosowana konstrukcja manipulatorów pozwala na
wykorzystanie ich w dowolnej komorze próŜniowej wyposaŜonej w typowe przyłącza DN 100 ISO, a warunkiem
prawidłowego działania jest skoordynowanie zakresu ruchów roboczych z aktywną strefą osadzania urządzenia.
Istnieje równieŜ moŜliwość indywidualnego dopasowania
zespołów chwytowych manipulatorów do kształtu stosowanych w badaniach próbek czy podłoŜy poprzez montaŜ
odpowiednio wyprofilowanych szczęk, co zwiększa uniwersalność i niezawodność rozwiązania.
21
2/2009
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
BADANIA ZREALIZOWANE
ZA POMOCĄ URZĄDZENIA
przyłączy pozwalających na wykorzystanie dowolnych
modułów stosowanych w technice próŜniowej.
Został wykonany podstawowy zestaw modułów urządzenia, na który składają się między innymi: korpus komory z drzwiami wymiennymi, chłodzone płyty i adaptery
przyłączeniowe źródeł plazmy, manipulatory ze śluzą
load-lock, ruchome przesłony ekranujące wybrane obszary przestrzeni roboczej, układy grzejne i chłodzące
oraz standardowe przyłącza pompowe, pomiarowe i gazowe. Kompletne urządzenie w trakcie badań śluzy próŜniowej z manipulatorem liniowym jest pokazane na rys. 5.
PODSUMOWANIE
Rys. 5. Modułowe urządzenie z komorą próŜniową podczas badań manipulatora liniowego ze śluzą load-lock
Pierwszym układem badawczym zrealizowanym dzięki
wykorzystaniu modułowej budowy próŜniowego stanowiska był system odparowania osadzanych materiałów za
pomocą czterech zogniskowanych magnetronów. Modułem umoŜliwiającym budowę takiej konfiguracji jest wymienna ściana komory w postaci ściętego ostrosłupa.
Jego boki o odpowiednim nachyleniu w stosunku do osi
układu technologicznego z wbudowanymi przyłączami
magnetronów pozwoliły na zbudowanie takiej konfiguracji.
W innym projekcie badawczym zbudowano eksperymentalny układ do prowadzenia hybrydowych procesów
wytwarzania nanostrukturalnych powłok wielowarstwowych z wykorzystaniem zanurzeniowej implantacji jonowej
i osadzania z odfiltrowanej plazmy łukowej. W jego skład
weszły między innymi: źródła łukowe wyposaŜone
w elektromagnetyczny i elektrostatyczny separator plazmy, układ jonizacji atmosfery gazowej wyładowaniem jarzeniowym wspomaganym wyładowaniem łukowym oraz
impulsowy wysokonapięciowy układ polaryzacji podłoŜy.
Zrealizowanie wymienionych konfiguracji badawczych
oraz budowa innych układów eksperymentalnych i technologicznych niespotykanych w typowych technologiach
PVD i CVD jest moŜliwe między innymi dzięki zastosowaniu w budowie urządzenia standardowych rozwiązań
22
NajwaŜniejszym efektem opisanej pracy jest zbudowane modułowe urządzenie do realizacji eksperymentalnych procesów osadzania cienkich warstw powierzchniowych metodami PVD i CVD, dla których niemoŜliwe jest
wykorzystanie urządzeń uniwersalnych. Wykonany zestaw prototypowych zespołów aparaturowych stanowi
bazę do budowy specjalnych, unikatowych układów badawczych i technologicznych do realizacji eksperymentów
z zakresu technik plazmowych. Konstrukcja poszczególnych modułów urządzenia, sposób ich łączenia oraz zastosowanie wielu rozwiązań standardowych - typowych
dla aparatury próŜniowej pozwala na rozwijanie opracowanej konfiguracji o nowe moduły i aparaturę odpowiednio do potrzeb realizowanych układów badawczych.
Został opracowany, wykonany i przetestowany system
wymiany i lokalizacji podłoŜy w specjalnych urządzeniach
do badania zaawansowanych technologicznie procesów
plazmowego osadzania powłok. Jest on rozwiązaniem
technicznym znacznie poprawiającym sprawność procesu
badawczego dzięki moŜliwości wyjmowania z wnętrza
komory próŜniowej próbek podczas obróbki PVD/CVD
i poddawania ich ocenie. MoŜliwość zbadania dowolnego
etapu procesu na podstawie oceny jego efektu bez ingerowania w jego przebieg jest najlepszym sposobem opracowania i weryfikacji złoŜonej, wieloetapowej technologii
obróbki realizowanej w zamkniętym urządzeniu. Opracowane rozwiązania techniczne manipulatorów i śluzy próŜniowej, dzięki zunifikowanym przyłączom, mogą znaleźć
zastosowanie równieŜ w innych dziedzinach techniki wykorzystujących środowisko wysokiej próŜni.
Praca naukowa finansowana ze środków Ministra Nauki
i Informatyzacji, wykonana w ramach realizacji Programu
Wieloletniego pn. Doskonalenie systemów rozwoju innowacyjności w produkcji i eksploatacji w latach 2004−2008.
LITERATURA
1.
2.
3.
4.
5.
Burakowski T., Wierzchoń T.: InŜynieria powierzchni
metali – podstawy, urządzenia, technologie. WNT,
Warszawa 1995.
Bell T.: Proceedings of the Conference Heat Treatment and Surface Engineering. London (UK) 1987.
Mazurkiewicz A., Smolik J., Walkowicz J.: New technologies of surface engineering in the area of industrial implementation. Advances in Manufacturing
Science and Technology, 2002, 26, 25 – 37.
Knotek O., Löffler F., Krämer G.: Deposition, properties and performance behaviour of carbide and carbonitride PVD coatings. Surface and Coatings Technology, 1993, 61, 320 – 325.
Smolik J., Zdunek Z.: Investigation of the influence of
chemical composition of Ti(CxN1−x) layer on the
stresses
value
in
the
multilayer
coating
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAśU
6.
7.
8.
TiC/Ti(CxN1−x)/TiN. Surface and Coatings Technology,
1999, 116 – 119, 398 – 403.
Vogel J.: Technical paper an update of PVD TiN and
new generation coatings for cutting and forming tools
and component wear parts. International Manufacturing Technology Conference, Surface Treatment of
Cutting Tools, Chicago Illinois, 1990.
Smolik J., Walkowicz J., Tacikowski J.: Influence of
the structure of the composite: ‘nitrided layer/PVD
coating’ on the durability of tools for hot working.
Surface and Coatings Technology, 2000, 125, 134 –
140.
Vetter J.: Vacuum arc coatings for tools: potential and
application. Surface and Coatings Technology, 1995,
76 – 77, 719 – 724.
2/2009
9.
Smolik J., Paszenda Z., Walkowicz J., Marciniak J.,
Chrzanowski W.: Carbon coatings on implants for
traumatology made from the Cr-Ni-Mo steel.. 18th European Conference on Biomaterials, Stuttgart (Germany), 2003.
10. Samborski T., Kozioł S., Matecki K.: System wymiany
i pozycjonowania podłoŜy w urządzeniach PVD/CVD.
Problemy Eksploatacji, 2008, 2 (39), 129 – 137.
________________________
Dr inŜ. Tomasz Samborski, dr inŜ. Stanisław Kozioł i mgr
inŜ. Krzysztof Matecki są pracownikami Instytutu Technologii Eksploatacji – Państwowego Instytutu Badawczego w Radomiu.
ciąg dalszy ze str. 18
Car manufacturer uses novel laser scanner to reduce
time to production.
Producenci samochodów stosują nowoczesny skaner
laserowy w celu redukcji czasochłonności produkcji.
Zamieszczono opis nowoczesnej optycznej techniki kontroli geometrii i jej zastosowanie w wytwórni Volvo Cars.
Przedyskutowano ograniczenia skanowania przy wykorzystaniu stykowych końcówek pomiarowych na współrzędnościowych maszynach pomiarowych. Przedstawiono
nowoczesny 3D system skanujący wdroŜony jednocześnie przez firmy Metres, Volvo, Ghent, potwierdzając
przydatność i otrzymane korzyści. Wykazano, Ŝe system
3D laserowego skanowania przynosi korzyści w porównaniu z konwencjonalnymi systemami kontroli geometrii,
które bazują na metodach stykowych. Po wprowadzeniu
opisanego systemu w Volvo skrócił się czas cyklu montaŜowego pojazdów. Połączenie prac rozwojowych i wdroŜeniowych nad systemem 3D laserowego skanowania
ma na celu polepszenie kontroli geometrii elementów samochodów i całych pojazdów.
Direct input and output system: another secret underlying Fanuc's unmanned factory.
System bezpośredniego wejścia-wyjścia: pewien sekret leŜący u podstaw bezzałogowej fabryki Fanuc.
Zagadnienia poruszane w artykule to opis podstawowych
koncepcji nienadzorowanego ciągłego systemu wytwarzania Fanuc 720. Integralną część bezzałogowej fabryki,
poza inteligentnymi robotami, stanowi tu utworzony przez
Tetsuro Mori, Seibu Electric, Japan, system bezpośredniego wejścia-wyjścia, w którym specjalną uwagę poświęca się obsłudze materiałowej. Ma to takŜe związek
z terminem „mechatronika” ukutym przez Tetsuro Mori.
Artykuł ma formę sprawozdania z wywiadu, w którym opisano zasady funkcjonowania systemu i wyjaśniono, jak
Fanuc wdraŜa całościowe koncepcje ulepszania produkcji. Stwierdzono, Ŝe opisywana strategia postępowania
będzie przynosiła korzyści nie tylko duŜym korporacjom,
ale będzie przydatna dla mniejszych organizacji. ChociaŜ
na temat bezzałogowego systemu produkcyjnego Fanuc
zostało juŜ opublikowanych wiele pozycji, to jednak mówią
one w zasadzie tylko o inteligentnych robotach, pomijają
rolę unikalnej koncepcji systemu obsługi materiałowej,
która umoŜliwia wykonywanie operacji bez udziału człowieka. W artykule ujawniono sekrety systemu.
Proper constraint as a design principle for assemblies.
Nakładanie ograniczeń jako podstawa projektowania
dla potrzeb montaŜu.
W artykule wyjaśniono koncepcję przystosowywania właściwości kinematycznych adekwatnie do wymagań przy
projektowaniu napędów podzespołów montaŜowych i warunki ograniczające węzłowe punkty łańcucha przepływu
(DFC) oraz charakterystyki podstawowe (KCS). Przedstawiono odpowiednie ograniczenia wspomagania projektowania w celu wprowadzania kluczowych elementów
geometrycznych z uwzględnieniem szczegółowych relacji
wzajemnych. Właściwe DFC są odpowiednie w tym znaczeniu, Ŝe wprowadzone ograniczenie relacji pomiędzy
częściami zostaje zachowane w ich definicji i obowiązuje
we wszystkich dozwolonych wariantach projektowanych
części. Niewprowadzenie odpowiednich ograniczeń moŜe
doprowadzić do niepoŜądanych konsekwencji w postaci
utrudnień montaŜowych, aŜ do zablokowania procesu
montaŜu włącznie. Niektóre projekty nie podlegają lub
z trudnością podlegają pewnym ograniczeniom. Z tego
powodu wymagana jest staranna kontrola i ścisłe tolerancje ograniczania stopni swobody w celu uniknięcia przykrych konsekwencji. Istnieją matematyczne metody badania prawidłowości ograniczeń. Najprostszym, ale czasem
niedającym dobrych wyników, jest kryterium Kutzbacha.
Podstawą teorii jest wiarygodna metoda, ale jej stosowanie wymaga szczególnej wiedzy i narzędzi matematycznych. Większość oprogramowania CAD i oprogramowania
do analizy tolerancji nie umoŜliwia badania ograniczeń.
InŜynier musi uwzględniać je w sposób niezaleŜny i musi
mieć świadomość ograniczeń wykorzystywanego oprogramowania.
ciąg dalszy – str. 27
23