Guidage fiable des câbles à fibres optiques

Chaîne d'énergie 3D fiable pour un système de trempe laser mobile

La pièce maîtresse de ce système de trempe mobile est un laser à diode haute performance qui doit être guidé de manière fiable par un robot. Les systèmes d'alimentation en énergie faciles à assembler font leurs preuves en protégeant le câble à fibre optique importante du laser, d'une part, et en assurant la mobilité requise de la main du robot sur l'objet à durcir, d'autre part.

Image de systèmes d'approvisionnement en énergie multidimensionnels et mobiles

"Un câble à fibres optiques pour nos systèmes de durcissement peut coûter jusqu'à 20 000 EUR", déclare le docteur-ingénieur Eckehard Hensel, directeur général de l'entreprise ALOtec GmbH, située à Kesselsdorf, près de Dresde. Eckehard Hensel, directeur général de la société ALOtec GmbH, située à Kesselsdorf près de Dresde. "Pour éviter qu'il ne se rompe, ce qui interrompt les processus pouvant entraîner des défauts de qualité sur le composant à durcir, le câble doit être protégé de manière fiable et efficace." C'est ce que permettent les systèmes d'alimentation en énergie d'igus® GmbH, Cologne. La gamme de produits triflex® R, qui permet un mouvement dans toutes les directions, est utilisée dans ce cas. triflex® R est maintenant disponible dans sa troisième génération. La chaîne a été spécialement développée pour les applications exigeantes des robots à 6 axes. Elle est capable de répondre à tous les profils d'exigences dans des environnements industriels difficiles, allant des grands robots de soudage aux petits robots de palettisation.

Image d'un système de renforcement mobile

Avantages de la trempe par faisceau laser

La société ALOtec GmbH a été fondée en 1998 en tant qu'émanation de l'Institut Fraunhofer pour la technologie des matériaux et des rayonnements (IWS), basé à Dresde. Depuis lors, l'entreprise s'est concentrée sur la production de systèmes de trempe au laser selon les spécifications des clients. Ces systèmes font leurs preuves dans les secteurs de la construction de machines, de l'outillage et de la fabrication de moules. Les systèmes de référence sont situés en Allemagne et en Europe, ainsi qu'aux États-Unis et en Inde. "Nous offrons également un service de trempe au laser sur nos propres systèmes de trempe au laser", explique le directeur général. L'entreprise s'est établie sur le marché avec un total de douze employés.

La trempe au laser, ou trempe par faisceau laser, est utilisée par l'industrie depuis une dizaine d'années. Ce procédé de couche limite utilise, entre autres, des lasers à diode haute performance (HPDL) à rayonnement direct et couplés à des fibres. Ceux-ci fonctionnent dans un spectre d'ondes relativement courtes. L'absorption d'énergie dans le matériau est donc nettement plus efficace que dans le cas d'autres sources de rayons laser.

Le processus de durcissement au laser implique une application très ciblée, ou partielle, de l'énergie thermique dans le composant. La quantité d'énergie thermique est nettement inférieure à celle des autres procédés. L'avantage est que le composant ne présente pas de déformation significative. Cela permet de limiter, voire d'éliminer le post-usinage sur le composant trempé. Outre sa grande efficacité énergétique, la trempe au laser présente d'autres avantages, notamment des cycles de traitement courts, ce qui permet aux composants trempés d'être facilement disponibles pour les étapes de traitement suivantes. D'autres caractéristiques sont la compatibilité environnementale et la propreté. Les fluides de refroidissement, tels que l'huile ou l'eau, ne sont pas nécessaires. La seule condition est l'accès direct et sans restriction du faisceau laser à la surface du composant.

Image d'un appareil laser en position de travail

Le processus de durcissement au laser implique une application très ciblée, ou partielle, de l'énergie thermique dans le composant. La quantité d'énergie thermique est nettement inférieure à celle des autres procédés. L'avantage est que le composant présente un gauchissement non significatif. Cela permet de limiter, voire d'éliminer le post-usinage sur le composant trempé. Outre l'efficacité énergétique élevée, la trempe au laser présente d'autres avantages, notamment des cycles de traitement courts, ce qui permet aux composants trempés d'être facilement disponibles pour les étapes de traitement suivantes. D'autres caractéristiques sont la compatibilité environnementale et la propreté. Les fluides de refroidissement, tels que l'huile ou l'eau, ne sont pas nécessaires. La seule condition est l'accès direct et sans restriction du faisceau laser à la surface du composant.

Un exemple concret

En principe, toutes les surfaces fabriquées à partir de pièces moulées en acier, d'aciers de construction, d'aciers alliés et d'aciers à outils, mais aussi de diverses qualités de fonte, telles que la fonte à graphite sphéroïdal ou à graphite lamellaire, peuvent être durcies. Par exemple, les rainures de la roue motrice d'un moteur électrique, qui sert également de roue de traction sur un ascenseur, ont été trempées sur place sur un système de trempe mobile en guise de service. Des rainures sont usinées dans la roue de traction dans laquelle le câble de l'ascenseur est serré et retenu. Pour éviter que les rainures ne s'usent trop rapidement, les flancs des rainures sont à nouveau trempés des deux côtés.

La durée de vie d'un ascenseur doit s'étendre sur plusieurs décennies", souligne Eckehard Hensel. "Bien entendu, cela s'applique également à la roue de traction. Ses caractéristiques d'usure sont considérablement améliorées par la trempe au laser."

Eckehard Hensel

Des processus fiables

La source de rayonnement du laser à diode haute performance est guidée par un robot à 6 axes avec des degrés de liberté élevés. "Le laser à diode couplé à une fibre fonctionne avec un câble à fibre optique. Cela signifie qu'un câble correspondant doit être amené à la main du robot, le sixième axe", explique le directeur général. "Pour ces câbles et d'autres, tels que les câbles d'air comprimé ou de signaux, nous avons besoin de systèmes de guidage de câbles durables." "

L'une des caractéristiques de ce système est que le câble à fibre optique est placé séparément dans son propre guide. "Il faut éviter d'endommager le câble lors de l'insertion et l'installer et le retirer avec une relative facilité. Le câble ne doit jamais être plié", explique Eckehard Hensel. Tous les câbles sont placés dans un système d'alimentation en énergie triflex® série TRE.70, une chaîne 3D qui est particulièrement facile à remplir de l'extérieur. Le principe de double chambre de la série TRE permet d'acheminer les câbles importants dans une chambre séparée offrant une protection maximale. La butée de rayon de courbure circonférentiel et la butée de torsion définie empêchent le dépassement des limites de charge des câbles coûteux - ce principe augmente la durée de vie et la sécurité de fonctionnement de l'application. Les câbles peuvent bien sûr être remplacés ultérieurement sans difficulté. "Si un câble à fibres optiques doit être remplacé, il peut être rapidement enlevé et remplacé par une seule personne. Comme nos systèmes sont également situés à l'étranger, il nous incombe de réduire au minimum les appels de service. En outre, le processus de production de l'opérateur du système ne doit pas être interrompu pendant une période inutilement longue!

Une autre caractéristique de la conception est que les séries de systèmes d'approvisionnement en énergie peuvent être raccourcies et étendues très facilement. "Cela me permet de répondre rapidement aux conditions d'installation locales lors de la mise en place du système d'un client, en ajustant la longueur maillon par maillon", précise le directeur général. Avant que la décision ne soit prise en faveur de ces systèmes d'approvisionnement en énergie, une série d'autres systèmes provenant d'autres fournisseurs ont été testés. Ceux-ci n'ont toutefois pas pu faire leurs preuves dans des conditions réelles. "Ce système d'alimentation en énergie ne peut être surpassé en termes de facilité de montage." "

Photo d'un trifelx®, qui est facile à remplir de l'extérieur.

Le fabricant du système insère des tiges en fibre de verre dans les alésages préparés par l'usine afin de garantir la rigidité requise de l'ensemble du système. Le rayon de courbure est ainsi limité aux 350 mm requis. "Les questions d'accélération ou de forces de traction ne nous préoccupent pas; nous sommes plus intéressés par la mobilité, la fiabilité et la facilité de montage du système", souligne encore Eckehard Hensel. "Mais nous avons aussi des exigences élevées en matière de résistance à la température." "

Le laser du système de trempe est généralement d'une puissance de 10 2 à 6 kW. Mais selon le système, la puissance peut être beaucoup plus élevée, par exemple parce que le rayonnement thermique est plus important en raison de la réflexion partielle du faisceau laser sur la surface du composant. Et si des composants de forme concave sont ajoutés, la chaleur est concentrée comme à travers une lentille. Dans le pire des cas, la densité de puissance de ce point focal peut brûler le câble à fibres optiques. Le fabricant du système utilise une gaine de protection contre les soudures qui protège du rayonnement réfléchissant et préserve ainsi la fonctionnalité du câble optique. "La distance entre le composant et la source de rayonnement n'est que de quelques centimètres. Et lorsque les choses se gâtent et que seuls trois ou quatre maillons de chaîne en plastique doivent être remplacés, c'est beaucoup plus intéressant pour le client qu'un remplacement total onéreux", explique le directeur général.

Trouver la solution étape par étape

Depuis 2006, ces systèmes d'alimentation en énergie sont utilisés dans tous les systèmes de durcissement. Nous avons développé la solution actuelle étape par étape", déclare rétrospectivement Matthias Gebauer, conseiller technico-commercial chez igus®. "En outre, d'autres tailles intermédiaires ont été introduites au fil des ans, de sorte qu'aujourd'hui, les sections et les longueurs de chaîne correspondantes sont disponibles en usine pour les différentes exigences. Il suffit de les adapter à la situation individuelle. « A l'origine, le système d'alimentation en énergie choisi était le système fermé triflex® TRC.100. Mais cela posait des problèmes pour le remplacement rapide des câbles. "C'est pourquoi nous avons finalement opté pour le système d'alimentation en énergie ouvert", explique Eckehard Hensel. Les envois d'échantillons correspondants ont fait avancer la décision. "Les échantillons, le soutien personnel, la disponibilité immédiate de tous les composants nous ont convaincus. En outre, nous avons répondu rapidement à toutes les demandes de modification. Aujourd'hui, nous sommes en mesure d'assurer une grande fiabilité du système." « Bien entendu, le choix des petits systèmes d'alimentation en énergie à mouvement multidimensionnel a également eu un impact sur le concept global du système. Eckehard Hensel résume la situation en conclusion : "Les systèmes sont fondamentalement très compacts dans leur conception. Cela est rendu possible, entre autres, par les systèmes d'alimentation en énergie. Les systèmes de durcissement doivent fonctionner de manière impeccable au fil du temps. Leur ingénierie est mûre. Et nous sommes en mesure de le prouver. Malgré les charges mécaniques élevées, nous n'avons pas connu une seule défaillance d'un câble à fibres optiques dans le monde entier!"