01.02.2020
Современный подход к производству кабельных сборок и линий передачи информации: Высокочастотные кабельные сборки

В современных приборах и блоках различного оборудования с ростом количества протоколов и объемов передачи данных возрастает количество кабельных сборок и линий передачи информации. В рамках серии статей будут рассмотрены основные типы кабельных сборок и линий передачи информации, представлены современные решения для их производства, идентификации и тестирования.

Для различных применений используются высокочастотные сборки на основе коаксиального кабеля. Такой кабель состоит из центрального проводника и экрана, расположенных соосно и разделённых изоляционным материалом или воздушным промежутком. Такие сборки используются для передачи радиочастотных электрических сигналов. Сборки на основе коаксиального кабеля отличаются от сборок на основе экранированного провода, применяемого для передачи постоянного электрического тока и низкочастотных сигналов, более однородным в направлении продольной оси сечением (форма поперечного сечения, размеры и значения электромагнитных параметров материалов нормированы) и применением более качественных материалов для электропроводников и изоляции. Коаксиальный кабель для ВЧ сборок был изобретён и запатентован в 1880 году британским физиком Оливером Хевисайдом (англ. Oliver Heaviside; 18 мая 1850 — 3 февраля 1925). При этом можно выделить следующие типы коаксиальных кабелей (рис. 1):

1.       Гибкие

К гибким относят кабели, выдерживающие до 50 000 перегибов и более. У таких кабелей экраном служит оплетка из тонких проволок. Подходят для передачи сигналов на расстояния, не превышающие 50 м

2.       Полугибкие

Для повышения степени экранирования и уменьшения электрического сопротивления и, следовательно, затухания, на изоляцию сначала накладывается металлическая фольга, а поверх фольги используется оплетка.

3.       Полужесткие

Имеют сплошной сварной внешний проводник. В 95% конструкций этот проводник имеет спиральный или кольцевой гофр. Кабели этого типа имеют низкий коэффициент затухания и отличное экранирование. В зависимости от размеров и материала изоляции они могут обеспечивать передачу довольно большой мощности.

4.       Жесткие

Больше похожие на водопроводные трубы, чем на радиочастотные кабели, предназначены в основном для передачи сигналов большой мощности. Основой оболочки таких кабелей служит цельнотянутая медная или алюминиевая трубка.

Рисунок 1 - Различные виды коаксиальных кабелей.

Основные сложности при работе с коаксиальными кабелями обусловлены следующими факторами:

  • Применение ручного труда и выборочный контроль качества при разделке.
  • Влияние «человеческого фактора».
  • Применение инструмента, не предназначенного для работы с коаксиальными кабелями.
  • Несоблюдение технологии работы с коаксиальными кабелями, особенно в части соблюдения радиуса гибки при формовке.
  • Высокая трудоемкость при ручной формовке жестких и полужестких кабелей.
  • Низкая производительность.
  • Необходимость наличия высококвалифицированных сотрудников.

Для работы с гибкими, полугибкими и полужесткими коаксиальными кабелями широко применяется ручной инструмент и оснастка. В рамках настоящей статьи будет рассказано о современном оборудовании для частичной и полной автоматизации процесса производства высокочастных кабельных сборок (ВЧКС).

Для начала рассмотрим основной технологический процесс производства ВКЧС. Основные технологические операции приведены ниже:

  • мерная нарезка коаксиального кабеля;
  • маркировка и установка этикетов (бирок);
  • ступенчатая зачистка коаксиального кабеля;
  • установка соединителей;
  • контроль качества.

При выборе оборудования для мерной нарезки необходимо понимать, что существует 2 основных типа машин. Первый тип – это машины мерной нарезки, которые позволяют нарезать коаксиальный кабель (провод, трубку, оплетку и прочие материалы) в размер в заданном количестве.

Среди машин мерной нарезки подобного плана следует особо выделить машины Schleuniger EcoCut3200 (рис. 2а) и PowerCut3700 (рис. 2б).

Рисунок 2 - Машины мерной нарезки: а) Schleuniger EcoCut3200; б) PowerCut3700

При использование данных машин, кабель может быть нарезан с точностью до 0,1 мм с максимальным диаметром до 25 мм и максимальным сечением до 70 кв. мм.

В связке с машинами мерной нарезки используют настольные машины для ступенчатой зачистки коаксиальных кабелей. На сегодняшний день оптимальное по своим техническим и стоимостным характеристикам решение - это машины компании Schleuniger серии CoaxStrip (рис. 3). Данные машины работают с широкой номенклатурой кабелей, включая микрокоаксиальные кабели, кабели c пропаянным экраном и позволяют производить ступенчатую зачистку изоляции до 16 мм с максимальным количеством до 6 слоев (опционально до 9 слоев) с точностью хода ножа до 0,001 мм. Данные машины имеют возможность разделки экранов в виде гофротрубки, пропаянных экранов и экранов сложных конструкций. Дополнительно следует отметить, что все машины оснащены считывателем штрих кодов для быстрого выбора программ обработки кабелей и могут быть включены в систему управления производством «S-MES: Орбита».

Рисунок 3 - Машины ступенчатой зачистки изоляции коаксиальных кабелей Schleuniger серии CoaxStrip: а) CoaxStrip6380; б) CoaxStrip6480; в) CoaxStrip6580

Следующая линейка оборудования позволяет производить зачистку коаксиальных кабелей в процессе мерной нарезки. Уникальное решение для этой задачи машины мерной резки и зачистки коаксиального кабеля Schleuniger MultiStrip9480MR (рис. 4) и Schleuniger MultiStrip9480RS. Данные машины разработаны специально для работы с большой номенклатурой коаксиальных кабелей и позволяют с заданным уровнем точности и повторяемости производить мерную нарезку и ступенчатую зачистку.

Рисунок 4 - Машина мерной резки и зачистки коаксиального кабеля Schleuniger MultiStrip9480MR

Дополнительно, следует отметить, что данная машина может быть оснащена опциями по контролю качества, в частности опцией по контролю касания ножами центральной жилы. Также с машиной могут быть интегрированы установки маркировки кабеля. Маркировка осуществляется в процессе протяжки кабеля от отдающего податчика до блока резки. В результате можно осуществлять маркировку с использованием численно-символьных текстов и штрих-кодов. Доступные машины, позволяющие осуществлять маркировку на изоляции кабеля следующими методами:

  • каплеструйная маркировка стойкая к агрессивным средам;
  • термотрансферная маркировка;
  • лазерная маркировка и гравировка;
  • горячее и холодное теснение;
  • оборачиваемая бирочная маркировка.

На рис. 5 представлен вариант маркировки кабелей на основе оборачиваемой маркировки, который может быть интегрирован в линию мерной нарезки и зачистки.

Рисунок 5 - Встроенная маркировка кабелей на основе установки Brady Wraptor A6500.

Использование встроенной в линию маркировки коаксиальных кабелей позволяет существенно сократить трудоемкость изготовления заготовок проводов и повысить уровень технологичности. Использование штрих-кодов на маркировке позволит добиться сквозной прослеживаемости каждой заготовки на протяжении всего технологического процесса изготовления ВЧКС с использованием системы управления производством «S-MES: Орбита».

Инновационным решением для полностью автоматизированного процесса изготовления ВЧКС является использование центра обработки коаксиальных кабелей Schleuniger CoaxCenter6000 (рис. 6), что позволяет производить мерную нарезку, ступенчатую зачистку, лужение, маркировку коаксиальных кабелей со 100%-ным контролем качества каждой заготовки и опрессовку центрального контакта (например, i‑PEX и JCT).

Рисунок 6 - Автоматический центр обработки коаксиальных кабелей Schleuniger CoaxCenter6000

Особое внимание следует уделить процессу проверки качества зачистки при использовании такого оборудования. Основа проверки технологи QCam360 (рис. 7), основанная на использовании специализированных измерительных камер. Всего используются 2 камеры, каждая из которых отвечает за свою сторону заготовки. После ступенчатой зачистки дефлектор отклоняет кабель в зону камеры и производится мгновенное фотографирование и необходимые замеры. Вся информация поступает на сервер, может быть распечатана или выгружена в систему хранения данных. Использование такой системы позволяет зафиксировать такие параметры как длина зачистки каждого слоя кабеля, отсутствие подрезания жилы, отсутствие замятия жилы и экрана и прочие параметры.

Рисунок 7 - Технология QCam360 для постоянного контроля качества при использовании центра Schleuniger CoaxCenter6000

Дополнительно данный центр может быть оснащен станция лазерной зачистки и использоваться для разделки проводов с фторопластовой изоляцией (например, провода МС, МГТФ) и повивом текстильного материала (например, провода МГШВ). Использование лазерной зачистки позволяет избежать подрезки центральной жилы, обусловленной смещением этой жилы от центральной оси провода, что в свою очередь обусловлено технологией изготовления таких проводов.

Для работы с жесткими кабелями на основе медной и алюминиевой цельнотянутой трубки РК 50-1,5-22С, РК 50-1,5-22Т (ТУ 16‑505.804-82), РК 50-1-23С, РК 50-1-29 (ТУ 16-505.805-81), РК 50 2 25, РК 50-2-25C, РК 50-2-28, РК 50-2-29 (ТУ 16-505.806-81), РК 50-1,5-216 (ТУ 16.К 76-072-92), РК 50-3-28, РК 50-3-29 (ТУ 16-705.219-81), РК 37-0,6-21С (ТУ 16-705.300-83), РК 50-0,3-21С (ТУ 16 705.301-83), РК 50-0,6-25С (ТУ 16-705.302-83), РК 50-7-29 (ТУ 16-505.545-83) используется специализированное оборудование.

Основная задача при обработке таких кабелей сохранить круглую форму внешней изоляции на основе цельнотянутой трубки, обеспечить ровный распил изоляции и центральной жилы и ступенчатую зачистку внешней изоляции и диэлектрика.

Для прецизионной мерной нарезки жестких кабелей может быть использована машина Winton Machine CTL-6S (рис. 8). Данная машина имеет собственный блок протяжки и рихтовки кабеля и обеспечивает прецизионную нарезку кабелей диаметром до 6,35 мм. Нарезка осуществляется циркулярным диском, что обеспечивает постоянное качество и стабильность результатов.

Рисунок 8 - Машина мерной нарезки жестких кабелей Winton Machine CTL‑6S на основе циркулярного диска.

После процесса мерной нарезки жесткий кабель необходимо отформовать, при этом как и на предыдущем этапе важно сохранить круглую форму внешней изоляции, а также обеспечить формовку с нужным радиусом гибки. Для решения данной производственной задачи идеально подходит машина формовки (гибки) жесткого кабеля Winton Machine CX-6 (рис. 9а). Данная машина обеспечивает формовку в трех плоскостях для кабелей максимальным диаметром до 6,35 мм. Программы для формовки могут быть загружены из 3D модели изделия в виде step-файла.

В дополнение к машине формовки для изготовления фаски на центральной жиле может быть использована машина Winton Machine Pointer (рис. 9б).

Рисунок 9 - Машины Winton: а) гибки жестких кабелей Winton Machine CX‑6; б) изготовления фаски Winton Machine Pointer

Завершающим этапом при подготовке жесткого коаксиального кабеля к установке соединителя является зачистка. При этом в виду того, что изоляция такого кабеля представляет собой цельнотянутую трубку, необходимо использовать машину для ступенчатой зачистки с усиленным захватом кабеля. Это обеспечит точное позиционирование кабеля в процессе зачистки и обеспечит сохранение круглой формы внешней изоляции.

Для решения такой задачи лучшим решением на сегодняшний день является машина ступенчатой зачистки жесткого кабеля Schleuniger Semi-rigid 1050 (рис 10). Данная машина специально разработана для работы с кабелем на основе цельнотянутой медной и алюминиевой оболочки, имеет усиленный захват и специализированные ножи. Опционально на данную машину можно установить модуль для выточки фаски. Все программы могут храниться в памяти машины и быть экспортированы на USB носитель.

Рисунок 10 - Машина ступенчатой зачистки жесткого кабеля Schleuniger Semi-rigid 1050

Используя данное оборудование позволит производить кабельные сборки на основе жесткого кабеля высочайшего качества. На рис. 11 представлены образцы жесткого кабеля.

Рисунок 11 - Примеры готовых кабельных сборок на основе жесткого кабеля

В завершении первой части статей, посвященных современным решениям для производства кабельных сборок и линий передачи информации, хотелось бы отметить, что использование данного оборудования позволит существенно сократить трудоемкость монтажа таких изделий, увеличить объем выпуска и вывести производство на лидирующие позиции в отрасли.