Technologie křemíkového krystalu umožňuje robotům maximální rychlosti.
QMEMS je kombinací „křemene" (Q = Quartz) , krystalového materiálu s vynikajícími vlastnostmi, jako je vysoká stabilita a vysoká přesnost, a „MEMS" (MicroElectroMechanicalSystem). Na polovodičový materiál MEMS jsou aplikované přesné mikroprocesy, abychom vytvořili křemenné zařízení, které nazýváme „QMEMS", které nabízí vysoký výkon v kompaktním balení. Složitost krystalových součástek je často podceňována, jejich zmenšení však postavilo před výrobce souhrn náročných výzev.
Při výrobě krystalových dílů bylo v minulosti používáno mechanických procesů, ale jako každý mechanický proces, tak i mechanické povrchové zpracování krystalu je postiženo chybou, která se se zmenšováním více projevuje a promítne se v nežádoucích vlastnostech, zejména v teplotní stabilitě. Dalším omezením mechanického leštění je minimální možnost tvarovat krystal ve všech třech osách. Při miniaturizaci se negativně projevuje zmenšování plochy elektrod, které způsobuje zvýšení rezistance součástky a větší tlumení kmitů, takže se zvyšuje spotřeba a zhoršují se vlastnosti krystalu při rozkmitání. Epson Toyocom vyvinul proces QMEMS s cílem čelit těmto účinkům miniaturizace všech různých typů piezoelektrických komponentů. Tento proces nahrazuje mechanickou povrchovou úpravu čipu. Protože fotolitografický proces nabízí vysokou přesnost (stejný proces se používá při výrobě polovodičových čipů), lze jeho využitím redukovat nežádoucí efekty, jako tlumení kmitů a lépe řídit vlastnosti krystalu. Proces tak ve srovnání s mechanickým leštěním povrchu krystalu umožňuje vytvořit navíc 3D strukturu čipu a vytvořit tak požadovaný profil krystalu. Výsledkem je vyšší mechanická odolnost a zvětšení plochy elektrod redukuje ESR. V řádu kHz je pro krystalové čipy používán tvar hudební ladicí vidlice. Rezonanční kmitočet určuje mimo jiné průřez a délka vidlice. Vzhledem k relativně nízké frekvenci musí být plocha vidlice velmi malá, aby se délkou vešla do dnešních malých pouzder velikosti např. 3,2×1,5×0,5 mm3. Toto provedení však vyžaduje velmi malé elektrody, které vedou k výše uvedenému zvýšení ESR.
Existuje mnoho řešení realizace senzorů zrychlení a rotace (gyroskopické senzory). Vzhledem k povaze chyby, kterou mohou v této oblasti vnést nepřesnosti, jsou kladeny vysoké nároky na teplotní stabilitu. Epson Toyocom vyvinul řadu miniaturních gyroskopických senzorů založených na principu vidlicové ladičky. Díky procesu QMEMS dosáhly senzory vedle vysoké teplotní stability výborné citlivosti, mimořádně nízkého driftu nuly a vynikajícího poměru signál/šum. Také v senzorech se uplatnil výbrus H-Groove, díky jehož 3D struktuře se zvětšila velikost elektrod a účinnost elektrického pole. Výsledkem je zvýšení úrovně signálu při daném otočení, a proto se zlepšuje také poměr signál/šum. Těmito nedostatky neustále trpí při miniaturizaci klasické technologie. Proces QMEMS umožňuje zmenšit piezoelektrické gyroskopické senzory s velmi dobrou teplotní stabilitou a citlivostí 25 mV/s/° do pouzdra s rozměry pouhých 5,0×3,2×1,3 mm. Epson Toyocom díky své technologii QMEMS vychází vstříc požadavkům na miniaturizaci, které přicházejí ze všech průmyslových odvětví. QMEMS umožňuje zmenšit rozměry krystalu při zachování příznivé hodnoty ESR. Krysta-ly vynikají vysokou mechanickou odolností a technologie navíc umožňuje přesnější nastavení hodnot finální součástky, menší teplotní závislost a užší toleranční pásmo. S touto technologií lze dosáhnout extrémně malých součástek, takže Epson Toyocom nabízí například TCXO v nejmenším pouzdru s rozměry 2,1×1,7×0,75 mm. Velký pokrok udělaly také senzory, u kterých je možno díky technologii QMEMS zachovat velký poměr signál/šum, nízký drift nuly a teplotní odolnost a zmenšit např. rozměry gyroskopického senzoru vhodného pro inerciální navigaci na pouhých 5,0×3,2×1,3 mm. Díky špičkovým technologiím nabízí firma Epson Toyocom nejen běžné piezoelektrické komponenty s výhodnou cenovou nabídkou, ale zejména vychází vstříc požadavkům na miniaturizaci při zachování vysoké spolehlivosti a odolnosti s výbornými parametry, jako je frekvenční stabilita, teplotní závislost atd. V sortimentu najdeme klasické krystaly, rezonátory a filtry, programovatelné oscilátory, SPXO, TCXO, moduly reálného času (RTC) a gyroskopické, teplotní a tlakové senzory.
Díky využití QMEMS senzoru u průmyslových robotů bylo dosaženo výrazného snížení vibrací ramene robotu. To umožňuje, aby robotická ramena EPSON mohla být lehčí a štíhlejší při zachování stejných nosností a navýšení rychlostí. Dále se tím snižuje překmit při najíždění robotu na polohu. Překmit byl snížen z 0,3mm na 0,1mm. Rovněž byl tímto zlepšen stabilizační čas polohování. To znamená, že robot na danou polohu ve své opakovatelné přesnosti najede až 3krát rychleji. Stabilizační čas byl snížen z 0,3 na 0,1s.
Tato technologie byla poprvé využita v robotice u 6osého robotu C4, který nahrazuje robot C3. Byla zachována mechanická struktura robotu C3, který mohl nést 3kg. Díky QMEMS senzoru bylo dosaženo maximální nosnosti robotu na 4kg. Robot C4 pak se zátěží 3kg dosahuje o 15% rychlejšího času cyklu oproti starší verzi, robotu C3.
Nejnovějším přírustkem do rodiny EPSON je robot C12, který má bezkonkurenční poměr své nosnosti, dosahu a vlastní hmotnosti. Nosnost 12kg, dosah 1400mm a vlastní hmotnost je 63kg. Toto mohlo být dosaženo díky QMEMS senzoru.
Forcesenzor též využívá křemíkové technologie od EPSONu a také dosahuje nesrovnatelných parametrů oproti konkurenčním výrobkům. Měří v rozsahu 250N a 18Nm ve třech osách, s přesností 0,1N a 0,003Nm. To s minimálním teplotním driftem.
ODKAZY