Por muy sofisticado que sea tu 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 de accionamiento del motor y el controlador de movimiento. Cada uno de estos componentes debe seleccionarse cuidadosamente, pero para obtener los mejores resultados del sistema, se recomienda 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 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 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 (incluidas la resolución, la repetibilidad y la 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 de la vida útil 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 etapa de posicionamiento es lineal, rotativa o si incorpora una combinación de etapas en un sistema multieje. Incluso en aplicaciones monoeje relativamente sencillas, existen numerosas consideraciones. Las cargas son un aspecto fundamental de este perfil, 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 etapa, las velocidades de desplazamiento requeridas y la aceleración.

Es importante considerar la plataforma como parte integral del sistema general. La forma en que se monta y la estructura de montaje, por ejemplo, tienen un impacto significativo 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 manera similar, una plataforma lineal de largo recorrido, seleccionada para una alta precisión de planitud, debe montarse sobre una superficie suficientemente plana para evitar la deformación causada por la adaptación a una superficie irregular.

Al definir las especificaciones de la plataforma, también tenga en cuenta la vida útil del sistema. 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 afectar negativamente la precisión, la productividad y la fiabilidad 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.

Otras influencias incluyen el tamaño y las limitaciones ambientales del sistema. Considere las limitaciones de tamaño tanto horizontales como verticales. Los factores que pueden influir en la huella total del sistema incluyen si la mecánica de accionamiento es externa o interna y cómo se gestiona el cableado. Las limitaciones ambientales pueden incluir aplicaciones en salas limpias, 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 la fiabilidad y el rendimiento. La temperatura de funcionamiento es un factor ambiental clave que puede afectar drásticamente el rendimiento de la plataforma. Un cambio de temperatura de tan solo dos o tres grados puede causar suficiente expansión como para modificar la tolerancia de la plataforma.

Muchas aplicaciones requieren movimiento en múltiples ejes. En un sistema multieje, las etapas 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 rotaciónthetaEn 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 sobre la plataforma inferior. Debe tenerse en cuenta esta deformación o bien considerarse una configuración diferente. El fabricante de la plataforma debe garantizar que las especificaciones de las plataformas apiladas cumplan con los requisitos de la aplicación.

En sistemas multietapa, la gestión del cableado puede convertirse en un problema logístico y de fiabilidad. A menudo se pasa por alto el cableado, pero este puede afectar la vida útil, la geometría y el rendimiento del sistema. Consulte al fabricante de la etapa para obtener soluciones de cableado innovadoras. Estas podrían incluir la integración interna del cableado 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 es fundamental. Los dos tipos más comunes son los de husillo de bolas y los de motor lineal. Los husillos de bolas son económicos y fáciles de entender. Gracias a su amortiguación natural, son fáciles de controlar y se les puede añadir un freno fácilmente. Sin embargo, la fricción mecánica puede dificultar el mantenimiento de una velocidad constante. En determinadas condiciones, como temperaturas o humedades 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 codificador lineal o una etapa de motor lineal podría ser una mejor opción.

Los sistemas de accionamiento de motores lineales constan de una pista magnética y un conjunto de bobinas. La pista magnética suele ser fija 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 normalmente se monta en el carro deslizante. Algunas etapas de motores lineales tienen los 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 de motor lineal suelen ser la mejor opción para cargas ligeras a moderadas en aplicaciones de alta velocidad, velocidad constante o recorridos largos. Ofrecen un recorrido mucho mayor que los sistemas de husillo de bolas, ya que no se comban al aumentar la longitud del recorrido. Si bien proporcionan un mejor control de velocidad, la bobina móvil y la electrónica del codificador lineal complican la gestión del cableado. Además, los accionamientos lineales de gran tamaño son más pesados ​​y pueden resultar costosos a medida que aumenta 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 de motor lineal se mueven libremente sin alimentación eléctrica, mientras que los de husillo de bolas utilizan la fricción para amortiguar el movimiento. Esto es especialmente importante en aplicaciones donde el accionamiento debe montarse verticalmente. Dado que la etapa de un motor lineal prácticamente no tiene fricción, una pérdida de potencia provocará la caída libre del carro. Además, siempre hay que vencer la fuerza de la gravedad, lo que impone una gran exigencia de fuerza continua al motor. Los accionamientos de husillo de bolas son más adecuados para aplicaciones verticales, ya que los motores lineales pueden sobrecalentarse rápidamente al funcionar verticalmente o pueden requerir un contrapeso.

La elección de un motor también puede implicar ciertas concesiones. Los motores rotativos comunes son la opción menos costosa, pero aumentan el espacio requerido en el 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 cuestan menos. También existen ventajas y desventajas 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 alta velocidad.

Una opción para un escenario accionado por husillo de bolas es un motor sin carcasa. Un motor sin carcasa 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 extremo del escenario. 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 entre el motor y el husillo de bolas, lo que mejora el rendimiento. Los fabricantes de escenarios deben ofrecer asesoramiento especializado sobre 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. Este debe ser compatible con la electrónica de 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 de los transductores y actuadores sin necesidad de hardware adicional. Asimismo, el controlador 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.