Durch die Unterdrückung von Vibrationen wird die Einschwingzeit drastisch verkürzt.

Bei einem Hochgeschwindigkeits-Pick-and-Place-Vorgang ist die Einarbeitungszeit der Feind der Produktivität. Geschwindigkeit ist bei der Großserienmontage von entscheidender Bedeutung. Geschwindigkeit schafft jedoch auch Probleme.

Bei einem Pick-and-Place-Vorgang beispielsweise führt die schnelle Bewegung von einer Seite zur anderen und das sekundenschnelle Anhalten zu Vibrationen. Um ein Teil mit irgendeiner Genauigkeit aufzunehmen oder zu platzieren, muss die Maschine anhalten, und sei es nur für den Bruchteil einer Sekunde, bis die Vibrationen aufhören. Dies wird als Einschwingzeit bezeichnet und bei einem Betrieb mit hohem Volumen können sich diese Millisekunden summieren.

Stellen Sie sich einen kurzen Pick-and-Place-Vorgang vor, 200 Millimeter in der Breite, 100 Millimeter nach unten und zurück. Jede horizontale Bewegung dauert 0,5 Sekunden mit einer Einschwingzeit von 0,05 Sekunden und jede vertikale Bewegung dauert 0,2 Sekunden mit einer Einschwingzeit von 0,05 Sekunden. Das entspricht 1,6 Sekunden pro Teil, 37,5 Teilen pro Minute oder 2.250 Teilen pro Stunde. Wenn jedes Teil 0,1 US-Dollar wert ist, erwirtschaftet der Betrieb einen Umsatz von 225 US-Dollar pro Stunde.

Wenn die Einschwingzeit von 0,05 auf 0,004 Sekunden reduziert werden kann, dauert derselbe Pick-and-Place-Vorgang jetzt 1,416 Sekunden. Das entspricht 42,37 Teilen pro Minute oder 2.542 Teilen pro Stunde. Jetzt generiert derselbe Vorgang einen Umsatz von 254,24 US-Dollar pro Stunde – 29,24 US-Dollar mehr. Bei einem Zwei-Schicht-Betrieb an sechs Tagen pro Woche bedeutet eine Einsparung von nur 0,184 Sekunden bei der Abwicklungszeit einen zusätzlichen Umsatz von 140.353 US-Dollar pro Jahr!

Automatisierungsingenieure können das Problem von Vibrationen und Maschinenresonanzen auf verschiedene Weise angehen. Mechanisch können sie eine Maschine mit robusten Komponenten, engen Toleranzen und minimalem Spiel konstruieren.

Im Allgemeinen möchten Sie, dass der Motor so nah und fest wie möglich an die Last gekoppelt ist. Sie möchten die mechanische Compliance in Ihrem System minimieren. Jedes bewegliche Teil zwischen der Motorwelle und der Last, beispielsweise eine Kupplung oder ein Getriebe, verursacht Nachgiebigkeit. Alle diese Komponenten sind anfällig für Hitze, Reibung und Verschleiß.

Ingenieure können das Problem auch elektronisch über den Verstärker in einem servogetriebenen System lösen.

Filter sind eine Möglichkeit, dies zu tun. Tiefpassfilter dämpfen Schwingungen zwischen 1.000 und 5.000 Hertz. Kerbfilter kontrollieren Schwingungen zwischen 500 und 1.000 Hertz.

Das Problem mit Filtern besteht darin, dass sie Ihre Bandbreite begrenzen. Das schränkt die Feinabstimmung des Systems ein.

Eine andere Möglichkeit, das Problem anzugehen, ist die Vibrationsunterdrückung. Der Sigma-5-Servoverstärker von Yaskawa verfügt genau dafür über einen einzigartigen Algorithmus. Der Algorithmus kann Vibrationen von 50 Hertz oder weniger unterdrücken, ohne die Bandbreite zu beeinträchtigen.

Der Schlüssel dazu ist der hochauflösende 20-Bit-Encoder, der mit dem Servomotor gekoppelt ist. Mit mehr als 1 Million Zählimpulsen pro Umdrehung der Motorwelle kann der Encoder selbst kleine Vibrationen erfassen, die über einen Riemen oder eine Kugelumlaufspindel übertragen werden.

Der Algorithmus übernimmt Geschwindigkeits- und Drehmomentsignale vom Encoder und passt das Befehlssignal für die Bewegung an. Angenommen, Sie steuern ein regelmäßiges trapezförmiges Profil: Beschleunigen Sie, laufen Sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit und halten Sie dann an. Der Verstärker wird dieser befohlenen Bewegung so genau wie möglich folgen. Während der Bewegung versuchen jedoch alle Arten von Vibrationen, den Motor aus der Bahn zu bringen. Der Vibrationsunterdrückungsalgorithmus kennt die Wellenform dieser Vibration und passt das Befehlssignal in die entgegengesetzte Richtung an, wodurch es im Wesentlichen aufgehoben wird.

Durch die Unterdrückung von Vibrationen wird die Einschwingzeit drastisch verkürzt, was zu einem höheren Durchsatz führt. Außerdem können Ingenieure damit kleinere, leichtere Mechanismen entwerfen, was die Gesamtkosten der Maschine senkt.

Weniger Vibrationen bedeuten auch weniger Verschleiß an der Maschine. Ihre Maschine läuft reibungsloser und leiser und hält letztendlich länger.