Por muy sofisticado que sea tu controlador de movimiento, no puede compensar un sistema electromecánico mal diseñado.

Los sistemas de control de movimiento constan de tres componentes principales: el mecanismo de posicionamiento, la electrónica de control del motor y el controlador de movimiento. Cada uno de estos componentes debe seleccionarse cuidadosamente, pero para obtener los mejores resultados del sistema, conviene planificar primero el mecanismo de posicionamiento. Si el mecanismo no cumple con los requisitos, los accionamientos y el controlador de movimiento no podrán compensar la deficiencia.

El primer paso para diseñar cualquier sistema de movimiento es describir y comprender completamente el proceso. A partir de esta descripción, elabore una lista de los parámetros de rendimiento de los componentes. Esta lista incluye parámetros de primer orden como el número de ejes, la longitud de recorrido de cada eje, la precisión del movimiento (incluyendo resolución, repetibilidad y exactitud), la capacidad de carga útil y el tamaño físico de las etapas. Otros parámetros menos evidentes, pero igualmente importantes, incluyen las limitaciones o desafíos ambientales, la selección del accionamiento, el funcionamiento en múltiples orientaciones, la gestión del cableado en configuraciones multieje, la planificación del ciclo de vida y la facilidad de integración. Un análisis rápido de estos parámetros muestra que todos están relacionados con el mecanismo de posicionamiento, por lo que una evaluación exhaustiva de estos componentes es fundamental para el éxito del proyecto.

La aplicación definirá si la plataforma de posicionamiento es lineal, rotativa o si incorpora una combinación de plataformas en un sistema multieje. Incluso en aplicaciones de un solo eje relativamente sencillas, existen numerosas consideraciones. Las cargas son un aspecto fundamental, ya que factores 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 recorrer la plataforma, las velocidades de desplazamiento requeridas y la aceleración.

Es importante considerar la plataforma como parte integral del sistema. La forma en que se monta y la estructura de montaje, por ejemplo, influyen notablemente en su rendimiento y en su capacidad para cumplir con las especificaciones. Por ejemplo, en una aplicación de inspección de alta velocidad donde las muestras oscilan rápidamente bajo una cámara, una plataforma de posicionamiento lineal debe montarse sobre una estructura capaz de soportar el efecto de vibración de la carga en movimiento. De igual manera, una plataforma lineal de largo recorrido, seleccionada por su alta precisión de planitud, debe montarse sobre una superficie suficientemente plana para evitar distorsiones al adaptarse a una superficie irregular.

Al definir las especificaciones de la plataforma, considere también los requisitos de vida útil del sistema. Si estos requisitos cambian durante la vida útil de la máquina, el sistema podría quedar fuera de la tolerancia de posicionamiento de la plataforma, lo que podría afectar la precisión, la productividad y la confiabilidad de la máquina. Como ocurre con cualquier componente móvil, las capacidades de posicionamiento pueden variar con el uso prolongado. Asegúrese de que la plataforma esté diseñada para cumplir con los requisitos de movimiento durante la vida útil prevista de la máquina.

Otros factores que influyen son el tamaño y las limitaciones ambientales del sistema. Considere tanto las limitaciones de tamaño horizontal como vertical. Entre los factores que pueden influir en el espacio total que ocupa el sistema se incluyen si la mecánica de accionamiento es externa o interna y cómo se gestiona el cableado. Las limitaciones ambientales pueden incluir aplicaciones en salas blancas, en las que las partes móviles de la máquina deben generar pocas partículas, o entornos sucios, donde las partículas ambientales pueden causar una fricción excesiva dentro de la plataforma y afectar a la fiabilidad y el rendimiento. La temperatura de funcionamiento es un factor ambiental clave que puede afectar drásticamente al rendimiento de la plataforma. Un cambio de temperatura de tan solo dos o tres grados puede provocar una expansión suficiente como para modificar la tolerancia de la plataforma.

Muchas aplicaciones requieren movimiento multieje. En un sistema multieje, las plataformas deben apilarse para permitir el movimiento en diferentes direcciones. Un sistema de inspección de obleas de silicio, por ejemplo, puede necesitar proporcionar movimiento lineal.XyYmovimiento así como rotacionalthetaEn este tipo de sistemas, es importante considerar cómo la geometría afecta las tolerancias del resto del sistema. Por ejemplo, con dos plataformas apiladas, la plataforma superior puede deformarse en los extremos de su recorrido. Esta deformación depende de la carga en voladizo que soporta la plataforma inferior. Dicha deformación debe tenerse en cuenta o bien considerarse una configuración diferente. El fabricante de las plataformas debe asegurarse de que las especificaciones de las plataformas apiladas cumplan con los requisitos de la aplicación.

En sistemas de varias etapas, la gestión del cableado puede convertirse en un problema de logística y fiabilidad. A menudo se pasan por alto, pero los cables pueden afectar la vida útil, la geometría y el rendimiento del sistema. Consulte con el fabricante de la etapa para obtener soluciones de cableado innovadoras. Estas podrían incluir la integración interna de los cables para reducir la fricción y la resistencia, o el uso de una única interfaz de cable externa en lugar de conectores externos para mayor flexibilidad.

Elegir el sistema de accionamiento adecuado es fundamental. Los dos tipos más comunes son los de husillo de bolas y los de motor lineal. Los de husillo de bolas son económicos y fáciles de comprender. Gracias a su amortiguación natural, son fáciles de controlar y se les puede añadir un freno con facilidad. Sin embargo, la fricción mecánica puede dificultar el mantenimiento de una velocidad constante. En ciertas condiciones, como temperaturas o humedad extremas, el paso del husillo de bolas puede variar y afectar a la precisión. Si los efectos térmicos son un problema, puede ser necesario un encoder lineal o bien una etapa de motor lineal.

Los sistemas de transmisión para motores lineales constan de una pista magnética y un conjunto de bobinas. La pista magnética suele ser fija y está formada por una serie de imanes permanentes montados sobre un sustrato de acero. El conjunto de bobinas contiene todos los devanados de cobre y normalmente se monta sobre el carro deslizante. Algunos sistemas de transmisión para motores lineales incorporan los imanes permanentes en el carro deslizante para simplificar el cableado, pero la longitud de los imanes limita el recorrido de estos sistemas.

Los accionamientos con motor lineal son generalmente la mejor opción para cargas ligeras a moderadas en aplicaciones de alta velocidad, velocidad constante o largo recorrido. Ofrecen una capacidad de recorrido mucho mayor que los accionamientos con husillo de bolas, ya que no se deforman al aumentar la longitud del recorrido. Proporcionan un mejor control de la velocidad, pero la electrónica de la bobina móvil y el codificador lineal complica la gestión del cableado. Además, los accionamientos lineales de gran tamaño son más pesados ​​y su coste puede aumentar con la longitud del recorrido y el tamaño del imán.

Un aspecto importante a considerar al elegir un tipo de accionamiento es la capacidad de parada y la orientación de montaje. Los accionamientos con motor lineal se mueven libremente sin alimentación, mientras que los accionamientos con husillo de bolas utilizan la fricción para amortiguar el movimiento. Esto es especialmente importante en aplicaciones donde el accionamiento debe montarse verticalmente. Debido a que una etapa con motor lineal prácticamente no tiene fricción, una pérdida de potencia provocaría la caída libre del carro. Además, siempre debe vencerse la fuerza de la gravedad, lo que exige una gran fuerza continua al motor. Los accionamientos con husillo de bolas son más apropiados para aplicaciones verticales, ya que los motores lineales pueden sobrecalentarse rápidamente al funcionar verticalmente o pueden requerir un contrapeso.

La selección de un motor también puede implicar ciertas concesiones. Los motores rotativos comunes son la opción más económica, pero aumentan el espacio requerido en el sistema de accionamiento. Los motores lineales ocupan menos espacio, pero son más caros, ya que tienen más imanes que un motor rotativo y requieren un codificador lineal. Las etapas accionadas por husillo de bolas pueden usar codificadores lineales, pero los codificadores rotativos en el motor y el husillo de bolas suelen funcionar igual de bien y son más económicos. También existen concesiones asociadas al uso de motores paso a paso o servomotores. Los motores paso a paso son menos costosos, pero los servomotores ofrecen un mejor rendimiento a altas velocidades.

Una opción para una plataforma accionada por husillo de bolas es un motor sin carcasa. Un motor sin carcasa es un motor sin escobillas estándar integrado en la plataforma. Los imanes del rotor están unidos directamente al eje del husillo de bolas y los devanados del estátor están integrados en el extremo de la plataforma. Esta configuración elimina el acoplamiento del motor, lo que ahorra varios centímetros de espacio. La ausencia del acoplamiento reduce la histéresis y la torsión de la conexión motor-husillo de bolas, lo que mejora el rendimiento. Los fabricantes de plataformas deben ofrecer asesoramiento especializado sobre motores y encoders para ayudar a definir la mejor solución integral para la aplicación.

Una vez comprendidos los aspectos mecánicos y eléctricos del movimiento del sistema y seleccionadas las etapas, se pueden definir los detalles del sistema de control. Este debe ser compatible con la electrónica del accionamiento, teniendo en cuenta que no todos los accionamientos proporcionan información de retroalimentación en sus conectores. Idealmente, el controlador debería interactuar directamente con las señales del transductor y del actuador sin necesidad de hardware adicional. Asimismo, debe tener la capacidad suficiente para cerrar los bucles de control dentro de las velocidades de datos inherentes al sistema, o bien coordinar simultáneamente el movimiento de múltiples ejes según sea necesario.