Unabhängig davon, wie hoch Ihr Bewegungscontroller ist, kann es ein schlecht gestaltetes elektromechanisches System nicht überwinden.

Bewegungskontrollsysteme bestehen aus drei Hauptkomponenten: dem Positionierungsmechanismus, der Motorantriebselektronik und der Bewegungssteuerung. Jede dieser Komponenten sollte sorgfältig ausgewählt werden, planen jedoch für die besten Systemergebnisse den Positionierungsmechanismus zuerst. Wenn der Mechanismus nicht in der Lage ist, die Anforderungen zu erfüllen, können die Laufwerke und der Bewegungscontroller den Unterschied nicht ausmachen.

Der erste Schritt bei der Gestaltung eines Bewegungssystems besteht darin, den Prozess vollständig zu beschreiben und zu verstehen. Erstellen Sie eine Liste der Komponentenleistungsparameter aus dieser Beschreibung. Diese Liste enthält Parameter erster Ordnung wie die Anzahl der Achsen, die Reiselänge jeder Achse, die Genauigkeit der Bewegung (einschließlich Auflösung, Wiederholbarkeit und Genauigkeit), Nutzlastkapazität und physische Größe der Stufen. Zu den weniger offensichtlichen, aber ebenso wichtigen Parametern gehören Umgebungsbeschränkungen oder Herausforderungen, Antriebsauswahl, Betrieb in mehreren Orientierungen, Kabelmanagement in Multiaxis -Konfigurationen, Lebenszeitplanung und einfache Integration. Eine kurze Überprüfung dieser Parameter zeigt, dass sie alle auf den Positionierungsmechanismus beziehen, und daher ist eine gründliche Bewertung dieser Komponenten für den Projekterfolg von entscheidender Bedeutung.

Die Anwendung definiert, ob die Positionierungsstufe linear, rotär ist oder eine Kombination von Stufen in ein Multixis -System enthält. Selbst in ziemlich einfachen Einzelachse-Anwendungen gibt es viele Überlegungen. Lasten sind ein wesentlicher Aspekt dieses Profils, da Probleme wie das Nutzlastgewicht und der Offset (Schwerpunkt) die Bewegungsanforderungen drastisch beeinflussen können. Betrachten Sie typische und maximale Lastgewichte sowie die maximale und minimale Entfernung, die die Bühne fahren muss, die erforderlichen Reisegeschwindigkeiten und die Beschleunigung.

Es ist wichtig, die Phase als integraler Bestandteil des größeren Systems zu betrachten. Wie die Bühne montiert ist und die Montagestruktur beispielsweise einen dramatischen Einfluss auf die Bühnenleistung und die Fähigkeit hat, Spezifikationen zu erfüllen. In einer Hochgeschwindigkeitsprüfungsanwendung, bei der Proben unter einer Kamera schnell hin und her schwanken, sollte beispielsweise eine Linearpositionierungsstufe auf einer Struktur montiert werden, die dem „Lackschüttler-Effekt“ der sich bewegenden Last standhalten kann. In ähnlicher Weise muss eine lineare Stufe mit langer Fahrt für eine hohe Präzision in der Flachheit auf einer entsprechend flachen Oberfläche montiert werden, um eine Verzerrung von der Stufe zu vermeiden, die einer nicht flachen Oberfläche entspricht.

Berücksichtigen Sie auch die Lebensdaueranforderungen des Systems bei der Definition von Stadiumspezifikationen. Wenn sich die Anforderungen über die Lebensdauer der Maschine ändern, kann das System das System außerhalb der Positionierungsstadium-Toleranz stellen und die Genauigkeit, Produktivität und Zuverlässigkeit der Maschine beeinträchtigen. Wie bei jeder beweglichen Komponente können sich die Positionierungsfunktionen bei der erweiterten Verwendung ändern. Stellen Sie sicher, dass die Bühne bewertet wird, um die Bewegungsanforderungen für die beabsichtigte Lebensdauer der Maschine zu erfüllen.

Weitere Einflüsse sind die Größe und Umweltbeschränkungen des Systems. Betrachten Sie sowohl horizontale als auch vertikale Größenbeschränkungen. Zu den Faktoren, die den gesamten Fußabdruck des Systems beeinflussen können, gehört, ob die Antriebsmechanik extern oder intern und wie die Verkabelung verwaltet wird. Zu den Umgebungsbeschränkungen können Reinraumanwendungen gehören, bei denen die beweglichen Teile der Maschine nur wenige Partikel oder schmutzige Umgebungen erzeugen müssen, in denen Umgebungspartikel innerhalb der Stufe und Aufprallzuverlässigkeit und Leistung zu übermäßiger Reibung führen können. Die Betriebstemperatur ist ein wichtiges Umweltproblem, das sich dramatisch auswirken kann. Eine Temperaturänderung von nur zwei oder drei Grad kann ausreichend Expansion führen, um die Stadiumtoleranz zu ändern.

Viele Anwendungen erfordern mehrere Achsenbewegungen. In einem Multixis -System müssen Stufen in verschiedene Richtungen für Bewegung gestapelt werden. Ein Silicon-Wafer-Inspektionssystem beispielsweise muss möglicherweise linear bereitgestellt werdenXUndYBewegung und RotationTheta. In solchen Systemen ist es wichtig zu berücksichtigen, wie Geometrie -Toleranzen im Rest des Systems auswirkt. Beispielsweise kann die obere Bühne an den Enden seiner Reise ablenken, wenn zwei Phasen übereinander gestapelt sind. Die Ablenkung der oberen Stufe ist eine Funktion der Auslegerlast auf der unteren Bühne. Diese Ablenkung muss berücksichtigt werden oder eine andere Konfiguration sollte berücksichtigt werden. Der Bühnenhersteller sollte sicherstellen, dass die Spezifikationen der gestapelten Phasen den Anwendungsanforderungen entsprechen.

In mehrstufigen Systemen kann die Kabelverwaltung zu einem Logistik- und Zuverlässigkeitsproblem werden. Kabel werden oft übersehen, können aber das Leben, die Geometrie und die Leistung des Systems beeinflussen. Schauen Sie sich den Bühnenhersteller für innovative Verkabelungslösungen an. Dazu gehören möglicherweise die Integration von Kabeln in internes Reimen und Ziehen oder die Verwendung einer einzelnen externen Kabelschnittstelle anstelle externer Kabelverbinder, um mehr Flexibilität zu erhalten.

Die Entscheidung über das System Laufwerk ist ein Schlüsselelement. Die beiden häufigsten Antriebstypen sind Ball-Screw- und Linear-Motor-Laufwerke. Ball-Screw-Laufwerke sind kostengünstig und leicht zu verstehen. Mit natürlicher Dämpfung sind sie leicht zu kontrollieren und eine Bremse kann leicht hinzugefügt werden. Andererseits kann die mechanische Reibung es schwierig machen, eine konstante Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Unter bestimmten Bedingungen wie Temperatur- oder Luftfeuchtigkeitsextreme kann sich die Tonhöhe der Kugelschraube ändern und die Genauigkeit beeinflussen. Wenn thermische Effekte ein Problem sind, kann ein linearer Encoder erforderlich sein oder eine linearmotorische Stufe kann eine bessere Wahl sein.

Linearmotorische Antriebsstränge bestehen aus einer magnetischen Strecke und einer Spulenbaugruppe. Die magnetische Strecke ist typischerweise stationär und besteht aus einer Reihe von permanenten Magneten, die auf einem Stahlsubstrat montiert sind. Die Spulenbaugruppe enthält alle Kupferwicklungen und montiert in der Regel am Schiebetagemitt. In einigen linearen Motorstufen verfügen die permanenten Magnete auf der Gleitwagenbaugruppe als Mittel zur Vereinfachung der Verkabelung, aber die Magnetlänge begrenzt das Fahrt dieser Systeme.

Linearmotorische Laufwerke eignen sich in der Regel am besten für leicht bis mittelschwere Lasten in Hochgeschwindigkeits-, Konstantendelitäts- oder Langzeitanwendungen. Linearmotorische Laufwerke haben eine viel längere Reisefähigkeit als Ball-Screw-Antriebsstränge, da sie mit zunehmender Reisedauer nicht durchhängen. Sie können eine bessere Geschwindigkeitskontrolle bieten, aber die sich bewegende Spule und die lineare Encoder -Elektronik machen das Kabelmanagement komplexer. Darüber hinaus sind große lineare Laufwerke schwerer und können mit zunehmender Reiselänge und Magnetgröße teuer werden.

Eine wichtige Überlegung bei der Auswahl eines Antriebstyps ist die Beendigung der Fähigkeiten und die zunehmende Ausrichtung. Linearmotorische Laufwerke bewegt sich frei ohne Strom, während Ball-Screw-Laufwerke Reibung für die Dämpfung der Bewegung haben. Dies ist besonders wichtig in Anwendungen, bei denen das Laufwerk vertikal montiert werden muss. Da eine linearmotorische Stufe praktisch reibungslos ist, lässt ein Stromverlust den Kutschen frei fallen. Darüber hinaus muss die Schwerkraft immer überwunden werden, was dem Motor eine große kontinuierliche Kraft erfordert. Ball-Screw-Laufwerke sind für vertikale Anwendungen besser geeignet, da lineare Motoren beim vertikalen Ausführen schnell überhitzen können oder möglicherweise ein Gegengewicht erfordern.

Die Auswahl eines Motors kann auch Kompromisse beinhalten. Häufige Rotationsmotoren sind die geringste Option am wenigsten aus, erhöhen jedoch die Anforderungen an das Antriebssystem. Lineare Motoren nehmen weniger Platz ein, sind jedoch teurer, da sie mehr Magnete als einen Rotationsmotor haben und einen linearen Encoder benötigen. Kugelstreifenstufen können lineare Encoder verwenden, aber Rotationscodierer an der Motor- und Kugelschraube funktionieren oft genauso gut und kosten weniger. Es gibt auch Kompromisse bei der Verwendung von Schrittmotoren oder Servomotoren. Stepper sind günstiger, aber Servomotoren haben eine bessere Hochgeschwindigkeitsleistung.

Eine Option für eine kugelscharnisorientierte Bühne ist ein rahmenloser Motor. Ein rahmenloser Motor ist ein in der Bühne eingebauter Standard -bürstenloser Motor. Die Rotormagneten sind direkt an die Kugelschachtel und die Statorwicklungen werden in das Ende der Bühne integriert. Diese Konfiguration beseitigt den Motorkoppler, der mehrere Zentimeter Platz spart. Das Fehlen des Kopplers reduziert die Hysterese und das Aufziehen der Motor-zu-Ball-Screw-Verbindung, wodurch die Leistung verbessert wird. Bühnenhersteller sollten Expertise für Motoren und Encoder anbieten, um die beste Gesamtlösung für die Anwendung zu definieren.

Sobald die mechanischen und elektrischen Aspekte der Systembewegung gut verstanden und die ausgewählten Stufen ausgewählt sind, können die Details des Steuerungssystems aufgelöst werden. Ein Steuerungssystem sollte mit der Antriebselektronik kompatibel sein, wobei nicht alle Laufwerke Feedback -Informationen zu ihren Anschlüssen enthalten. Im Idealfall sollte der Controller ohne zusätzliche Hardware direkt zu Transducer- und Aktuatorsignalen übertragen werden. Der Controller sollte auch über genügend Leistung verfügen, um die Kontrollschleifen innerhalb der natürlichen Datenraten des Systems zu schließen oder gleichzeitig die Bewegung mehrerer Bewegungsachsen nach Bedarf zu koordinieren.