Bühnen-, Antriebs- und Encoder -Design.

Die Komponenten, aus denen Ihr Positionierungssystem mit hoher Genauigkeit ausmacht-Lager, Positionsmesssystem, Motor- und Antriebssystem und Controller-müssen so gut wie möglich zusammenarbeiten. Teil 1 bedeckte Systembasis und Lager. Teil 2 bedeckte Positionsmessung. Hier diskutieren wir Bühnen-, Antriebs- und Encoder -Design; der Antriebsverstärker; und Controller.

Die drei häufig verwendeten Methoden zum Zusammenbau linearer Stufen bei der Verwendung von linearen Encodern:
• Antrieb und Encoder befinden sich in oder so nah wie möglich am Massenzentrum der Folie.
• Die Fahrt befindet sich im Massenzentrum; Der Encoder befestigt an einer Seite.
• Die Fahrt befindet sich auf einer Seite; der Encoder auf der anderen Seite.

Das ideale System verfügt über das Laufwerk in der Mitte der Foliemasse mit dem Encoder. Dies ist jedoch normalerweise unpraktisch. Der übliche Kompromiss findet das Laufwerk leicht zur Seite. Der Encoder, leicht zum anderen. Dies ergibt eine gute Annäherung an ein zentrales Laufwerk mit dem Bewegungsfeedback neben dem Antriebssystem. Zentrale Laufwerke werden bevorzugt, da die Antriebskraft keine unerwünschten Kraftvektoren in den Objektträger einführt, um Verdrehung oder Spannung zu verursachen. Da das Lagersystem den Objektträger fest einschränkt, würde Sperrung erhöhte Reibung, Verschleiß und Ungenauigkeiten der Lastposition erzeugen.

Eine alternative Methode verwendet ein Systemstil -System mit zwei Laufwerken, eines auf jeder Seite der Folie. Die resultierende Antriebskraft emuliert ein zentrales Antrieb. Mit dieser Methode können Sie das Positions -Feedback in der Mitte finden. Wenn dies unmöglich ist, können Sie Encoder auf jeder Seite lokalisieren und die Tabelle mit einer speziellen Topfelsoftware steuern.

Antriebsverstärker
Servoantriebsverstärker erhalten Kontrollsignale, normalerweise ± 10 VDC, vom Controller und liefern die Betriebsspannung und den Stromausgang für den Motor. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Leistungsverstärkern: den linearen Verstärker und den pulsbreitmodulierten (PWM) Verstärker.

Lineare Verstärker sind ineffizient und werden daher hauptsächlich bei Low-Power-Laufwerken verwendet. Die Hauptbeschränkungen der Ausgangsleistungskapazität eines linearen Verstärkers sind die thermischen Eigenschaften der Ausgangsstufe und die Breakdown-Eigenschaften von Ausgangstransistoren. Die Stromversorgung der Ausgangsstufe ist das Produkt von Strom und Spannung über die Ausgangstransistoren. Im Gegensatz dazu sind PWM -Verstärker effizient und werden typischerweise für Leistungskapazitäten über 100 W verwendet. Diese Verstärker wechseln die Ausgangsspannung bei Frequenzen von bis zu 50 MHz. Der Durchschnittswert der Ausgangsspannung ist proportional zur Befehlsspannung. Der Vorteil dieses Typs besteht darin, dass die Spannung ein- und ausgeschaltet wird, was zu einer stark erhöhten Leistungsdissipationskapazität führt.

Sobald Sie den Verstärkerentyp ausgewählt haben, besteht der nächste Schritt dafür, sicherzustellen, dass der Verstärker den erforderlichen kontinuierlichen Strom und die Ausgangsspannung bei den erforderlichen Ebenen für die maximale Motordrehzahl (oder die lineare Geschwindigkeit für lineare Motoren) der Anwendung liefern kann.

Für bürstenlose lineare Motoren können Sie einen weiteren Unterschied zwischen Verstärkern treffen. Zwei Arten der motorischen Kommutierung sind im Allgemeinen verwendet: Trapezoidal und sinusförmig. Die Trapez -Kommutierung ist eine digitale Art von Kommutierung, da der Strom für jede der drei Phasen entweder ein- oder ausgeschaltet wird. In den Motor implantierte Hall-Wirkungs-Sensoren tun dies normalerweise. Externe Magnete auslösen die Sensoren. Die Beziehung zwischen den Hall-Wirkungs-Sensoren, den Spulenwicklungen und den Magneten ist jedoch kritisch und beinhaltet immer eine kleine Positions-Toleranz. Das Reaktionszeitpunkt der Sensoren tritt daher immer etwas aus der Phase mit echten Spulen- und Magnetpositionen auf. Dies führt zu einer geringfügigen Abweichung der Anwendung von Strom auf die Spulen, was zu einer unvermeidbaren Vibration führt.

Die Trapez-Kommutierung ist weniger geeignet für sehr präzise Scan- und Konstantierungsanwendungen. Es ist jedoch günstiger als sinusförmiger Kommutierung, daher wird es ausgiebig für hohe Geschwindigkeit, Punkt-zu-Punkt-Systeme oder Systeme verwendet, in denen Bewegungsglättung die Verarbeitung nicht beeinträchtigt.

Bei der sinusförmigen Kommutierung tritt keine Einschaltwechsel auf. Vielmehr wird durch elektronisches Schalten die 360-Grad-Stromverschiebung der drei Phasen in einem sinusförmigen Muster moduliert. Dies führt zu einer glatten, konstanten Kraft des Motors. Sinusförmige Kommutierung ist daher gut geeignet, um Präzisionskonturen und Anwendungen zu erstellen, die eine präzise konstante Geschwindigkeit wie Scannen und Sehverwendungen fordern.

Controller
Es gibt mehr Klassen von Controllern, als wir hier angemessen diskutieren können. Grundsätzlich können Controller je nach Programmiersprache und Kontrolllogik in verschiedene Kategorien unterteilt werden.

Programmierbare Logikkontroller (SPS) verwenden ein Leiter -Logikschema. Sie werden hauptsächlich zur Steuerung mehrerer diskreter Eingangs-/Ausgangsfunktionen (E/A) verwendet, obwohl einige wenige Funktionen für beschränkte Bewegungskontrolle bieten.

Numerische Steuerungssysteme (NC) werden über eine branchenübliche Sprache, RS274D oder eine Variante programmiert. Sie können komplexe Bewegungen wie kugelförmige und helikale Formen mit mehreren Achsen durchführen.

Nicht-NC-Systeme verwenden eine Vielzahl von proprietären Betriebssystemen, einschließlich einfach zu bedienender Schnittstellenprogramme für grundlegende Bewegungsprofile. Die meisten dieser Controller bestehen aus einem grundlegenden Controller -Modul ohne Monitor oder Tastatur. Der Controller kommuniziert mit einem Host über einen RS-232-Port. Der Host kann ein PC (PC), ein dummer Terminal oder eine Handheld -Kommunikationseinheit sein.

Fast alle Up-Todat-Controller sind digitale Controller. Sie bieten ein Maß an Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit, das bei analogen Controllern unbekannt war. Geschwindigkeitsfeedback -Informationen werden normalerweise aus dem Achsenpositionssignal abgeleitet. Alle Servo -Parameter werden über Software eingestellt, anstatt den Antriebsverstärker „Töpfe“ mühsam anzupassen, die dazu neigen, nach der Verwendung und mit Temperaturänderungen zu driften. Die meisten modernen Controller bieten auch die Autotunierung aller Achsen -Servo -Parameter an.

Zu den fortschrittlicheren Controllern gehören auch die Steuerung der verteilten Verarbeitung und digitaler Signalprozessor (DSP). Ein DSP ist im Wesentlichen ein Prozessor, der speziell für mathematische Berechnungen ausgelegt ist (mindestens zehnmal schneller als ein Mikroprozessor). Dies kann Servo -Stichprobenzeiten in der Reihenfolge von 125 ms liefern. Der Vorteil ist eine genaue Kontrolle der Achse für die konstante Geschwindigkeitskontrolle und eine glatte Konturierung.

Ein proportional-integraler-derivativer Filteralgorithmus (PID) sowie eine Geschwindigkeits- und Beschleunigungs-Vorwärts-Vorspeise verbessern die Servokontrolle der Achse. Darüber hinaus kontrolliert die S-Kurve-Programmierung von Beschleunigungs- und Verzögerungsprofilen zuckt, die normalerweise mit der Start- und Stopptischbewegung verbunden sind. Dies ergibt einen glatteren, kontrollierteren Betrieb, was zu schnelleren Absetzzeiten für Position und Geschwindigkeit führt.

Controller enthalten auch umfangreiche digitale oder analoge Eingangs-/Ausgangsfunktionen. Das Benutzerprogramm oder die Unterroutine kann je nach Position, Zeit oder Status, den Werten von Variablen, mathematischen Operationen, externen oder internen E/A -Ereignissen oder Fehlerinterrupts geändert werden. Der Benutzerprozess kann leicht automatisiert werden.

Darüber hinaus können die meisten Controller durch elektronische Multiplikation die Auflösung der Position für die Position erhöhen. Obwohl 4 × Multiplikation üblich ist, können einige fortschrittliche Controller mit bis zu 256 × multiplizieren. Dies bietet zwar keine Verbesserung der Genauigkeit, hat jedoch eine echte Zunahme der Stabilität der Achsenposition und - vor allem bei vielen Verwendungen - Wiederholbarkeit.

In Ihrem Gesamtansatz müssen Sie neben den oben genannten Faktoren andere Faktoren berücksichtigen, die Komponentenentscheidungen wie Budget, Umwelt, Lebenserwartung, einfache Wartung, MTBF und Endbenutzerpräferenzen ändern können. Der modulare Ansatz ermöglicht die Systembaugruppe von Standardkomponenten, die selbst die anspruchsvollsten Anwendungsanforderungen erfüllen, wenn ein System von der Basis auf die Gesamtkomponentenkompatibilität analysiert wird.