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

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

El primer paso en el diseño de cualquier sistema de movimiento es describir y comprender completamente el proceso. Haga una lista de los parámetros de rendimiento de los componentes a partir de esta descripción. Esta lista incluye parámetros de primer orden, como el número de ejes, la longitud de recorrido de cada eje, la precisión del movimiento (incluida la resolución, la repetibilidad y la exactitud), la capacidad de carga útil y el tamaño físico de las etapas. Parámetros menos obvios pero igualmente importantes incluyen restricciones o desafíos ambientales, selección de unidades, operación en múltiples orientaciones, gestión de cables en configuraciones de múltiples ejes, planificación de vida útil 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, rotativa o incorpora una combinación de etapas en un sistema multieje. Incluso en aplicaciones de un solo eje bastante sencillas, existen muchas consideraciones. Las cargas son un aspecto vital de este perfil, ya que cuestiones 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 etapa, las velocidades de desplazamiento requeridas y la aceleración.

Es importante considerar el escenario como una parte integral de un sistema más amplio. La forma en que se monta el escenario y la estructura de montaje, por ejemplo, tienen 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 hacia adelante y hacia atrás bajo una cámara, se debe montar una plataforma de posicionamiento lineal en una estructura que pueda soportar el "efecto agitador de pintura" de la carga en movimiento. De manera similar, una platina lineal de largo recorrido seleccionada para una alta precisión en planicidad debe montarse en una superficie apropiadamente plana para evitar la distorsión de la platina al adaptarse a una superficie no plana.

Considere también los requisitos de vida útil del sistema al definir las especificaciones de la etapa. Si los requisitos cambian durante la vida útil de la máquina, el sistema puede quedar fuera de la tolerancia de la etapa de posicionamiento y degradar la precisión, la productividad y la confiabilidad de la máquina. Como ocurre con cualquier componente móvil, las capacidades de posicionamiento pueden cambiar con el uso prolongado. Asegúrese de que la plataforma esté clasificada para cumplir con los requisitos de movimiento durante la vida útil prevista de la máquina.

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

Muchas aplicaciones requieren movimiento de múltiples ejes. En un sistema multieje, las etapas deben apilarse para moverse en diferentes direcciones. Por ejemplo, es posible que un sistema de inspección de obleas de silicio necesite proporcionarXyYmovimiento y rotacióntheta. 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 al final de su recorrido. La deflexión del escenario superior es función de la carga en voladizo en el escenario inferior. Esta deflexión debe tenerse en cuenta o se debe considerar una configuración diferente. El fabricante de escenarios debe garantizar que las especificaciones de los escenarios apilados cumplan con los requisitos de la aplicación.

En 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 útil, la geometría y el rendimiento del sistema. Busque en el fabricante del escenario soluciones de cableado innovadoras. Estas podrían incluir la integración de cables internamente para reducir el roce y el arrastre, o el uso de una única interfaz de cable externo en lugar de conectores de cable externos para mayor flexibilidad.

Decidir sobre la unidad del sistema es un elemento clave. Los dos tipos de accionamiento más comunes son los de husillo de bolas y los de motor lineal. Los husillos de bolas son económicos y fáciles de entender. Con amortiguación natural, son fáciles de controlar y se puede añadir fácilmente un freno. Por otro lado, la fricción mecánica puede dificultar el mantenimiento de una velocidad constante. Bajo algunas condiciones, como temperaturas o humedad extremas, el paso del husillo de bolas puede cambiar y afectar la precisión. Si los efectos térmicos son un problema, es posible que se requiera un codificador lineal o una etapa de motor lineal puede ser una mejor opción.

Las transmisiones de motores lineales constan de una pista magnética y un conjunto de bobina. La pista magnética suele ser estacionaria y consta de una serie de imanes permanentes montados sobre un sustrato de acero. El conjunto de bobina contiene todos los devanados de cobre y normalmente se monta en el carro de plataforma deslizante. Algunas etapas de motores lineales tienen imanes permanentes en el conjunto del carro deslizante como una forma de simplificar el cableado, pero la longitud del imán limita el recorrido de estos sistemas.

Los motores lineales suelen ser mejores para cargas ligeras a moderadas en aplicaciones de alta velocidad, velocidad constante o recorridos largos. Las transmisiones por motor lineal tienen una capacidad de recorrido mucho más larga que las transmisiones por husillo de bolas porque no se hunden a medida que aumenta la longitud del recorrido. Pueden proporcionar un mejor control de velocidad, pero la bobina móvil y la electrónica del codificador lineal hacen que la gestión de cables sea más compleja. Además, los accionamientos lineales grandes son más pesados ​​y pueden resultar costosos a medida que aumentan la longitud del recorrido y el tamaño del imán.

Una consideración importante al elegir un tipo de transmisión es la capacidad de frenado y la orientación de montaje. Los motores lineales se mueven libremente sin energía, mientras que los husillos de bolas tienen fricción para amortiguar el movimiento. Esto es particularmente importante en aplicaciones donde la unidad debe montarse verticalmente. Debido a que una etapa de motor lineal prácticamente no tiene fricción, una pérdida de potencia dejará que el carro caiga libremente. Además, siempre se debe superar la fuerza de gravedad, lo que exige una gran fuerza continua al motor. Los husillos de bolas son más apropiados para aplicaciones verticales, ya que los motores lineales pueden sobrecalentarse rápidamente cuando funcionan verticalmente o pueden requerir un contrapeso.

La selección de un motor también puede implicar compensaciones. Los motores rotativos comunes son la opción menos costosa, pero aumentan los requisitos de espacio del sistema de accionamiento. Los motores lineales ocupan menos espacio pero son más caros porque tienen más imanes que un motor rotativo y requieren un codificador lineal. Las etapas accionadas por husillo de bolas pueden utilizar codificadores lineales, pero los codificadores rotativos en el motor y el husillo de bolas a menudo funcionarán igual de bien y costarán menos. También existen compensaciones asociadas con el uso de motores paso a paso o servomotores. Los motores paso a paso son menos costosos, pero los servomotores tienen un mejor rendimiento a alta velocidad.

Una opción para una platina accionada por husillo de bolas es un motor sin marco. Un motor sin marco es un motor sin escobillas estándar integrado en el escenario. Los imanes del rotor están unidos directamente al eje del husillo de bolas y los devanados del estator están integrados en el final de la etapa. Esta configuración elimina el acoplador del motor, lo que ahorra varios centímetros de espacio. La ausencia del acoplador reduce la histéresis y el enrollado de la conexión del motor al husillo de bolas, lo que mejora el rendimiento. Los fabricantes de escenarios deben aportar experiencia en motores y codificadores para ayudar a definir la mejor solución total para la aplicación.

Una vez que se comprenden bien los aspectos mecánicos y eléctricos del movimiento del sistema y se seleccionan las etapas, se pueden resolver los detalles del sistema de control. Un sistema de control debe ser compatible con la electrónica del variador, con especial atención al hecho de que no todos los variadores brindan información de retroalimentación en sus conectores. Idealmente, el controlador debería interactuar directamente con las señales del transductor y del 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.