Si construye máquinas, probablemente trabaje con actuadores y plataformas de posicionamiento a diario. Pero ¿realmente obtiene el mejor rendimiento o el menor costo de propiedad con estos dispositivos de movimiento? La respuesta puede no ser la esperada.

Con demasiada frecuencia, los ingenieros consideran las etapas o actuadores como un elemento más en la lista de materiales. Siempre que el dispositivo de movimiento cumpla nominalmente con los requisitos de posicionamiento, fuerza, carga útil, velocidad y costo deseados, está listo para funcionar.

Con requisitos de movimiento sencillos, este enfoque para la selección de etapas o actuadores puede ofrecer resultados aceptables. Sin embargo, las máquinas con requisitos de movimiento mecánico complejos se beneficiarán de una estrategia de diseño de movimiento integrado. En lugar de un conjunto de componentes electromecánicos, que pueden o no funcionar bien juntos, los sistemas de movimiento integrado funcionan como verdaderos subsistemas de máquina listos para usar.

Los sistemas de movimiento embebidos están diseñados para integrarse en un espacio físico predefinido de una máquina y conectarse al sistema de control de movimiento de esta, listos para aceptar comandos de una interfaz informática de alto nivel, una tarjeta de control o un PLC. En su forma más simple, los sistemas de movimiento embebidos pueden consistir en poco más que una etapa o un actuador conectorizado para facilitar su instalación directa. En su forma más compleja, estos subsistemas de movimiento se extienden desde la configuración de pines hasta la carga útil. Abarcan no solo el dispositivo de movimiento en sí, sino también todo lo que este transporta.

En comparación con un enfoque componente por componente para el movimiento de la máquina, el movimiento integrado ofrece algunas ventajas atractivas:

Rendimiento mecánico

Incluso utilizando la misma plataforma o actuador, los sistemas de movimiento embebidos suelen superar a los sistemas de movimiento con componentes. Esto se debe a la experiencia en aplicaciones y ensamblaje. Un buen proveedor de sistemas de movimiento embebidos contará con años de experiencia resolviendo problemas complejos de posicionamiento y un conjunto de componentes básicos de movimiento probados que se pueden personalizar para la tarea en cuestión. Tendrá un profundo conocimiento de cómo la dinámica de la plataforma, la arquitectura de control de movimiento y el entorno operativo afectarán los requisitos de posicionamiento.

En cuanto al ensamblaje, muchos fabricantes de máquinas carecen de técnicos calificados, accesorios especializados, interferómetros láser y otros sistemas de metrología necesarios para alinear las etapas multieje más precisas, que a menudo tienen tolerancias de alineación de eje a eje medidas en micrones.

Experiencia en controles

Los sistemas de movimiento embebido pueden incluir o no controles de movimiento, según los requisitos del cliente. Sin embargo, una estrategia de control siempre debe formar parte de la ecuación del movimiento embebido. Un buen proveedor de sistemas de movimiento embebido tendrá un amplio conocimiento de cómo las diferentes plataformas de control de movimiento y sus capacidades cinemáticas interactúan con los sistemas de movimiento mecánico. Este conocimiento nos permite ampliar los límites de las capacidades dinámicas, como las relaciones de desajuste de inercia aceptables.

Fiabilidad

Al poner en marcha un nuevo sistema de movimiento, algunos de los problemas más comunes se producen porque componentes individuales, aparentemente menores, no funcionan correctamente o no funcionan correctamente entre sí. Por ejemplo, un solo conector defectuoso o un cable incorrecto pueden dejar inmóvil incluso la mejor plataforma de movimiento. Los sistemas de movimiento integrados evitan este tipo de fallos porque se ensamblan y prueban como un sistema antes de integrarlos en la máquina de producción. Con sistemas de movimiento compuestos por componentes individuales, pequeños fallos e incompatibilidades pueden pasar desapercibidos hasta que se ensambla la máquina de producción.

Reducción de costos

Los sistemas de movimiento integrados suelen costar entre un 25 % y un 50 % menos que sus homólogos basados ​​en componentes. En parte, este ahorro se debe a la posibilidad de reducir el número de piezas, por ejemplo, mediante el diseño de soportes, conectores y otros componentes. La reducción de costes puede dispararse con creces si se tienen en cuenta todos los costes ocultos asociados a la construcción e instalación de un sistema de movimiento. Estos incluyen los costes de ingeniería de diseño, inventario, plazo de comercialización, etc.

Numerosas aplicaciones pueden beneficiarse del movimiento integrado. Hemos implementado este enfoque en docenas de máquinas de semiconductores, de banco húmedo, de corte láser, de envasado y de automatización de laboratorio.

Los costos ocultos de los sistemas de movimiento

Los sistemas de movimiento construidos con componentes tienen una serie de costos ocultos que pueden eliminarse mediante el enfoque de movimiento integrado, incluidos:

1. Costos de comercialización. Los sistemas de movimiento integrados, que admiten la ingeniería concurrente de forma inherente, pueden reducir semanas o incluso meses el tiempo de desarrollo de una máquina compleja.
2. Costos de programación, producción y gestión de materiales. Los sistemas de movimiento integrados se entregan como un solo artículo en la lista de materiales, lo que elimina la necesidad de pedir, inventariar y ensamblar cientos de piezas.
3. Costos de producción. Los sistemas de movimiento de precisión requieren técnicos de ensamblaje cualificados y equipos de producción especializados, cuyo costo puede ser difícil de justificar si no se utilizan al máximo.
4. Costos de garantía y fallas. Un buen proveedor de sistemas de movimiento integrado garantiza sus sistemas contra fallas y respalda su trabajo, lo que reduce el riesgo del OEM.

Esta máquina CNC no tradicional cumple con todos los requisitos para una aplicación ideal de movimiento integrado. Requería:

1. Tanto controles como experiencia mecánica.Integrar el sistema mecánico con los controles y amplificadores que sustentan la compleja cinemática del movimiento polar requirió un enfoque sistémico y meses de pruebas. También tuvimos que desarrollar un conjunto de técnicas y herramientas de alineación para construir este nuevo sistema CNC.

2. Diseño compacto, fácil integración.El espacio era limitado en esta máquina CNC de escritorio. El diseño del módulo servo Rotary, con un amplio orificio pasante sin obstrucciones, nos permitió optimizar el espacio disponible. Los orificios pasantes de 100 mm facilitaron la conexión del suministro de aire directamente al husillo, la integración de un indexador de material en el lado de la pieza y la realización de todas las conexiones eléctricas necesarias.

3. Contención de costes.Un aspecto interesante de este sistema de movimiento integrado es que no es más complejo de lo necesario. El principal requisito funcional era el acabado superficial, no la precisión de posicionamiento. Las necesidades de posicionamiento son bastante modestas, al menos para nuestros estándares. Por lo tanto, pudimos prescindir de los codificadores de lectura directa y ejecutar todo el sistema en modo de bucle abierto. Esto le ahorró a nuestro cliente miles de dólares por máquina.

Introducción al movimiento integrado

El salto de sistemas de movimiento componente por componente a sistemas de movimiento integrados puede parecer un acto de fe. Al fin y al cabo, estará subcontratando el control de movimiento a un proveedor.

Sin embargo, si elige al proveedor adecuado, la externalización se verá recompensada con un mejor rendimiento y fiabilidad. Los costes también se reducirán, ya que los subsistemas de movimiento llegan a su planta completamente probados, con garantía y listos para instalarse en su máquina.