No importa cuán sofisticado sea su controlador de movimiento, no puede 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 los mejores resultados del sistema, planifique primero el mecanismo de posicionamiento. Si el mecanismo no cumple con los requisitos, los variadores y el controlador de movimiento no podrán compensar la diferencia.

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 obvios, pero igualmente importantes, incluyen las limitaciones o desafíos ambientales, la selección del variador, el funcionamiento en múltiples orientaciones, la gestión de cables en configuraciones multieje, la planificación de la vida útil y la facilidad de integración. Un rápido análisis 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, rotatoria o incorpora una combinación de plataformas en un sistema multieje. Incluso en aplicaciones monoeje bastante sencillas, existen muchos factores a considerar. Las cargas son un aspecto vital de este perfil, ya que aspectos 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 platina como parte integral del sistema general. El montaje de la platina y la estructura de montaje, por ejemplo, influyen significativamente en su rendimiento y 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, se debe montar una platina de posicionamiento lineal sobre una estructura que resista el efecto de agitación de la pintura de la carga en movimiento. De igual manera, una platina lineal de largo recorrido, seleccionada por su alta precisión de planitud, debe montarse sobre una superficie adecuadamente plana para evitar la distorsión causada por la adaptación de la platina a una superficie no plana.

Considere también los requisitos de vida útil del sistema al definir las especificaciones de la plataforma. Si los requisitos cambian durante la vida útil de la máquina, el sistema podría quedar fuera de la tolerancia de la plataforma de posicionamiento y reducir la precisión, la productividad y la fiabilidad de la máquina. Como con cualquier componente móvil, las capacidades de posicionamiento pueden cambiar 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 las limitaciones de tamaño tanto horizontales como verticales. Los factores que pueden influir en la superficie total del sistema incluyen si la mecánica de accionamiento es externa o interna y la gestión del cableado. Las limitaciones ambientales pueden incluir aplicaciones de sala limpia, donde las piezas móviles de la máquina deben generar pocas partículas, o entornos sucios, donde las partículas ambientales pueden causar una fricción excesiva dentro de la etapa y afectar la fiabilidad y el rendimiento. La temperatura de funcionamiento es un factor ambiental clave que puede afectar drásticamente el rendimiento de la etapa. Un cambio de temperatura de tan solo dos o tres grados puede causar una expansión suficiente como para modificar la tolerancia de la etapa.

Muchas aplicaciones requieren movimiento multieje. En un sistema multieje, las etapas deben apilarse para el movimiento en diferentes direcciones. Un sistema de inspección de obleas de silicio, por ejemplo, puede necesitar proporcionar movimiento lineal.XyYmovimiento así como rotaciónthetaEn estos sistemas, es importante considerar cómo la geometría afecta las tolerancias en el resto del sistema. Por ejemplo, con dos etapas superpuestas, la etapa superior puede deformarse al final de su recorrido. La deflexión de la etapa superior depende de la carga en voladizo sobre la etapa inferior. Esta deflexión debe tenerse en cuenta o se debe considerar una configuración diferente. El fabricante de las etapas debe garantizar que las especificaciones de las etapas apiladas cumplan con los requisitos de la aplicación.

En sistemas multietapa, la gestión de cables puede convertirse en un problema logístico y de fiabilidad. A menudo se descuidan los cables, pero 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 pueden incluir la integración interna de cables para reducir la fricción y el arrastre, o el uso de una única interfaz de cable externo en lugar de conectores externos para mayor flexibilidad.

La elección del accionamiento del sistema es fundamental. Los dos tipos de accionamiento más comunes son los de husillo a bolas y los de motor lineal. Los de husillo a bolas son económicos y fáciles de entender. Gracias a la amortiguación natural, son fáciles de controlar y se puede añadir un freno fácilmente. Por otro lado, la fricción mecánica puede dificultar el mantenimiento de una velocidad constante. En determinadas condiciones, como temperaturas o humedades extremas, el paso del husillo a bolas puede variar y afectar la precisión. Si los efectos térmicos son un problema, podría requerirse un codificador lineal o una etapa de motor lineal podría ser una mejor opción.

Las transmisiones de motores lineales constan de una pista magnética y un conjunto de bobinas. La pista magnética suele ser estacionaria y consta de una serie de imanes permanentes montados sobre un sustrato de acero. El conjunto de bobinas contiene todos los devanados de cobre y suele montarse en el carro de la plataforma deslizante. Algunas plataformas de motores lineales incorporan imanes permanentes en el conjunto del carro deslizante para simplificar el cableado, pero la longitud de los imanes limita el recorrido de estos sistemas.

Los accionamientos con motor lineal suelen ser la mejor opción para cargas ligeras a moderadas en aplicaciones de alta velocidad, velocidad constante o de largo recorrido. Ofrecen una capacidad de recorrido mucho mayor que los sistemas de transmisión de husillo de bolas, ya que no se deforman al aumentar la longitud del recorrido. Si bien ofrecen un mejor control de la velocidad, la bobina móvil y la electrónica del codificador lineal complican la gestión de cables. Además, los accionamientos lineales de gran tamaño son más pesados ​​y pueden resultar costosos a medida que aumentan la longitud del recorrido y el tamaño del imán.

Un factor importante a considerar al elegir un tipo de accionamiento es la capacidad de frenado y la orientación de montaje. Los accionamientos con motor lineal se mueven libremente sin alimentación, mientras que los accionamientos de husillo a bolas tienen fricción para amortiguar el movimiento. Esto es especialmente importante en aplicaciones donde el accionamiento debe montarse verticalmente. Dado que una etapa de motor lineal prácticamente no tiene fricción, una pérdida de potencia provocará una caída libre del carro. Además, siempre debe superarse la fuerza de la gravedad, lo que impone una gran demanda de fuerza continua al motor. Los accionamientos de husillo a bolas son más adecuados 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 ventajas y desventajas. Los motores rotativos comunes son la opción más económica, 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 usar codificadores lineales, pero los codificadores rotativos en el motor y el husillo de bolas suelen funcionar igual de bien y ser más económicos. El uso de motores paso a paso o servomotores también presenta desventajas. Los motores paso a paso son más económicos, pero los servomotores ofrecen un mejor rendimiento a alta velocidad.

Una opción para una etapa accionada por husillo de bolas es un motor sin marco. Un motor sin marco es un motor estándar sin escobillas integrado en la etapa. Los imanes del rotor están unidos directamente al eje del husillo de bolas y los devanados del estator están integrados en el extremo 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 devanado de la conexión entre el motor y el husillo de bolas, lo que mejora el rendimiento. Los fabricantes de etapas deben proporcionar su experiencia en motores y codificadores 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. Un sistema de control debe ser compatible con la electrónica del variador, teniendo en cuenta que no todos los variadores proporcionan 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 el rendimiento suficiente para cerrar los bucles de control dentro de las velocidades de datos naturales del sistema o coordinar simultáneamente el movimiento de múltiples ejes según sea necesario.