No importa cuán sofisticado sea su controlador de movimiento, no puede superar un sistema electromecánico mal diseñado.

Los sistemas de control de movimiento consisten en tres componentes principales: el mecanismo de posicionamiento, la electrónica de accionamiento del motor y el controlador de movimiento. Cada uno de estos componentes debe seleccionarse cuidadosamente, pero para los mejores resultados del sistema, planifique primero el mecanismo de posicionamiento. Si el mecanismo no es capaz de cumplir con los requisitos, las unidades y el controlador de movimiento no pueden compensar la diferencia.

El primer paso para diseñar cualquier sistema de movimiento es describir y comprender completamente el proceso. Haga una lista de parámetros de rendimiento de componentes de esta descripción. Esta lista incluye parámetros de primer orden, como el número de ejes, la longitud de viaje de cada eje, la precisión del movimiento (incluida la resolución, la repetibilidad y la precisión), la capacidad de carga útil y el tamaño físico de las etapas. Los parámetros menos obvios pero igualmente importantes incluyen restricciones o desafíos ambientales, selección de impulso, operación en múltiples orientaciones, gestión de cables en configuraciones de Multiaxis, planificación de por vida y facilidad de integración. Una revisión rápida de estos parámetros muestra que todos se relacionan con el mecanismo de posicionamiento y, por lo tanto, una evaluación exhaustiva de estos componentes es fundamental para el éxito del proyecto.

La aplicación definirá si la etapa de posicionamiento es lineal, giratoria o incorpora una combinación de etapas en un sistema multiaxis. Incluso en aplicaciones de un solo eje bastante sencillas, hay muchas consideraciones. Las cargas son un aspecto vital de este perfil, ya que problemas como el peso de la carga útil y el desplazamiento (centro de gravedad) pueden afectar drásticamente los requisitos de movimiento. Considere los pesos de carga típicos y máximos, así como la distancia máxima y mínima que debe viajar la etapa, las velocidades de viaje requeridas y la aceleración.

Es importante considerar la etapa como una parte integral del sistema más grande. La forma en que se monta el escenario y la estructura de montaje, por ejemplo, tiene un impacto dramático en el rendimiento del escenario y la capacidad de cumplir con las especificaciones. Por ejemplo, en una aplicación de inspección de alta velocidad donde las muestras oscilan rápidamente de ida y vuelta debajo de una cámara, se debe montar una etapa de posicionamiento lineal en una estructura que pueda resistir el "efecto de agitador de pintura" de la carga móvil. Del mismo modo, una etapa lineal de viaje largo seleccionado para una alta precisión en la planitud debe montarse en una superficie apropiadamente plana para evitar la distorsión de la etapa que se ajusta a una superficie sin pesca.

También considere los requisitos de por vida del sistema al definir las especificaciones de la etapa. Si los requisitos cambian durante la vida de la máquina, puede colocar el sistema fuera de la tolerancia en la etapa de posicionamiento y puede degradar la precisión, la productividad y la confiabilidad de la máquina. Al igual que con cualquier componente móvil, las capacidades de posicionamiento pueden cambiar con el uso extendido. Asegúrese de que el escenario esté calificado para cumplir con los requisitos de movimiento sobre la vida útil prevista de la máquina.

Otras influencias incluyen el tamaño y las limitaciones ambientales del sistema. Considere restricciones de tamaño horizontal y vertical. Los factores que pueden influir en la huella total del sistema incluyen si la mecánica de la unidad es externa o interna y cómo se gestiona el cableado. Las restricciones ambientales pueden incluir aplicaciones de sala de limpieza, en las que las partes móviles de la máquina deben generar pocas partículas o entornos sucios, donde las partículas ambientales pueden causar fricción excesiva dentro de la etapa y la confiabilidad y rendimiento del impacto. La temperatura de funcionamiento es un problema ambiental clave que puede afectar drásticamente el rendimiento del escenario. Un cambio de temperatura de tan solo dos o tres grados puede causar suficiente expansión para cambiar la tolerancia a la etapa.

Muchas aplicaciones requieren un movimiento de eje múltiple. En un sistema multiaxis, las etapas deben apilarse para el movimiento en diferentes direcciones. Un sistema de inspección de silicio-wafer, por ejemplo, puede necesitar proporcionar linealXyYmovimiento y rotacionaltheta. En tales sistemas, es importante considerar cómo la geometría afecta las tolerancias en el resto del sistema. Por ejemplo, con dos etapas apiladas una encima de la otra, la etapa superior puede desviarse en los extremos de su viaje. La desviación de la etapa superior es una función de la carga en voladizo en la etapa inferior. Esta desviación debe tenerse en cuenta o se debe considerar una configuración diferente. El fabricante de la etapa debe asegurarse de que las especificaciones de las etapas apiladas cumplan con los requisitos de la aplicación.

En los sistemas de múltiples etapas, la gestión de cables puede convertirse en un problema de logística y confiabilidad. Los cables a menudo se pasan por alto, pero pueden afectar la vida, la geometría y el rendimiento del sistema. Busque al fabricante del escenario para obtener soluciones innovadoras de cableado. Estos pueden incluir la integración de los cables internamente para reducir el roce y el arrastre, o usar una sola interfaz de cable externa en lugar de conectores de cable externos para obtener más flexibilidad.

Decidir la unidad del sistema es un elemento clave. Los dos tipos de transmisión más comunes son el tornillo de bolas y las unidades lineales-motores. Las unidades de tornillo de pelota son económicas y fáciles de entender. Con amortiguación natural, son fáciles de controlar y se puede agregar fácilmente un freno. Por otro lado, la fricción mecánica puede dificultar mantener una velocidad constante. En algunas condiciones, como la temperatura o los extremos de la humedad, el tono del tornillo de bola puede cambiar y afectar la precisión. Si los efectos térmicos son un problema, se puede requerir un codificador lineal o una etapa lineal-motora puede ser una mejor opción.

Las transmisiones lineal-motores consisten en una pista magnética y un conjunto de bobina. La pista magnética es típicamente estacionaria y consiste en una serie de imanes permanentes montados en un sustrato de acero. El conjunto de la bobina contiene todos los devanados de cobre y típicamente se monta en el carro de la etapa deslizante. Algunas etapas del motor lineal tienen los imanes permanentes en el conjunto de carro deslizante como un medio para simplificar el cableado, pero la longitud del imán limita el viaje de estos sistemas.

Las unidades motores lineales suelen ser mejores para cargas de luz a moderada en aplicaciones de alta velocidad, velocidad constante o de viaje largo. Las unidades de motores lineales tienen una capacidad de viaje mucho más larga que las transmisiones de abolking de bolas porque no se hunden a medida que aumenta la longitud de viaje. Pueden proporcionar un mejor control de velocidad, pero la bobina móvil y la electrónica de codificador lineal hacen que la gestión de cables sea más compleja. Además, las unidades lineales grandes son más pesadas y pueden volverse costosas a medida que aumenta la longitud del viaje y el tamaño del imán.

Una consideración importante al elegir un tipo de unidad es la capacidad de detención y la orientación de montaje. Las unidades motores lineales se mueven libremente sin potencia, mientras que las unidades de tornillo de bolas tienen fricción para amortiguar el movimiento. Esto es particularmente importante en las aplicaciones donde la unidad debe montarse verticalmente. Debido a que una etapa lineal-motora es prácticamente sin fricción, una pérdida de potencia permitirá que el carro se caiga. Además, la fuerza de la gravedad siempre debe superarse, lo que pone un gran requisito de fuerza continua en el motor. Las unidades de tornillo de bola son más apropiadas para aplicaciones verticales, ya que los motores lineales pueden sobrecalentarse rápidamente cuando se ejecutan verticalmente o pueden requerir un contrapeso.

Seleccionar un motor también puede implicar compensaciones. Los motores rotativos comunes son la opción menos costumbre, pero se suman a los requisitos de espacio del sistema de transmisión. Los motores lineales ocupan menos espacio, pero son más caros porque tienen más imanes que un motor giratorio y requieren un codificador lineal. Las etapas impulsadas por el tornillo de bola pueden usar codificadores lineales, pero los codificadores rotativos en el motor y el tornillo de bola a menudo funcionarán igual de bien y costarán menos. También hay compensaciones asociadas con el uso de motores paso a paso o servomotores. Los estepadores son menos costosos, pero los servomotores tienen un mejor rendimiento de alta velocidad.

Una opción para una etapa basada en tornillo de pelota es un motor sin marco. Un motor sin marco es un motor sin escobillas estándar integrado en el escenario. Los imanes del rotor se unen directamente al eje de los tornillos de pelota y los devanados del estator se integran en el extremo de la etapa. Esta configuración elimina el acoplador del motor, que ahorra varias pulgadas de espacio. La ausencia del acoplador reduce la histéresis y la liquidación de la conexión de motor a bolas, lo que mejora el rendimiento. Los fabricantes de etapas deben proporcionar experiencia en motores y codificadores para ayudar a definir la mejor solución total para la aplicación.

Una vez que los aspectos mecánicos y eléctricos del movimiento del sistema se entienden bien y las etapas seleccionadas, se pueden resolver los detalles del sistema de control. Un sistema de control debe ser compatible con la electrónica de accionamiento, con especial atención al hecho de que no todas las unidades proporcionan información de retroalimentación sobre sus conectores. Idealmente, el controlador debe interactuar directamente con las señales de transductor y actuador sin hardware adicional. El controlador también debe tener suficiente rendimiento para cerrar los bucles de control dentro de las velocidades de datos naturales del sistema, o coordinar simultáneamente el movimiento de múltiples ejes de movimiento según sea necesario.