Structure, Composants, Câblage électronique, Maintenabilité.

Réunir les ingénieries mécanique, électrique, de programmation et de contrôle-commande n'est pas chose aisée. Cependant, intégrer les avancées technologiques et se concentrer sur ces cinq domaines peut simplifier le processus et garantir la simplicité de la mécatronique.

Le rythme effréné des cycles de développement de produits et les avancées technologiques actuelles ont renforcé la nécessité d'une ingénierie plus interdisciplinaire. Alors qu'autrefois l'ingénieur mécanicien se concentrait uniquement sur le matériel, l'ingénieur électricien sur le câblage et les circuits imprimés, et l'ingénieur contrôle-commande sur la programmation logicielle et algorithmique, la mécatronique réunit ces domaines pour créer une solution de mouvement complète. Les avancées et l'intégration de ces trois domaines simplifient la conception mécatronique.

C'est cette simplification qui est à l'origine des progrès de la robotique et des systèmes cartésiens multi-axes pour les usages industriels et la fabrication, de l'automatisation pour les marchés de consommation dans les kiosques et les systèmes de livraison, ainsi que de l'acceptation rapide des imprimantes 3D dans la culture dominante.

Voici cinq facteurs clés qui, une fois réunis, facilitent la conception mécatronique.

1. Guides linéaires et structure intégrés

Dans la conception de machines, les ensembles de roulements et de guidages linéaires existent depuis si longtemps que la mécanique d'un système de mouvement est souvent négligée. Cependant, les progrès réalisés en matière de matériaux, de conception, de fonctionnalités et de méthodes de fabrication justifient l'étude de nouvelles options.

Par exemple, l'alignement pré-conçu intégré aux rails parallèles lors du processus de fabrication permet de réduire les coûts grâce à un nombre réduit de composants, une plus grande précision et une réduction des variables en jeu sur la longueur du rail. Ces rails parallèles améliorent également l'installation, car ils éliminent les fixations multiples et l'alignement manuel.

Par le passé, quel que soit le système de guidage linéaire choisi par un ingénieur, il était quasiment certain qu'il devait également prendre en compte les plaques de montage, les rails de support ou d'autres structures pour assurer la rigidité nécessaire. Les composants plus récents intègrent des structures de support au rail linéaire lui-même. Ce passage de la conception de composants individuels à des conceptions monoblocs ou à des sous-ensembles intégrés réduit le nombre de composants, tout en diminuant les coûts et la main-d'œuvre.

2. Composants de transmission de puissance

Le choix du mécanisme d'entraînement ou des composants de transmission de puissance appropriés est également un facteur important. Le processus de sélection, qui consiste à trouver le juste équilibre entre vitesse, couple et précision, avec le moteur et l'électronique, commence par une compréhension des performances possibles de chaque type d'entraînement.

Tout comme la transmission d'une voiture fonctionnant en quatrième vitesse, les transmissions par courroie conviennent aux applications nécessitant des vitesses de pointe sur de longues courses. À l'opposé, les transmissions à vis à billes et à vis-mère ressemblent davantage à celles d'une voiture, avec des première et deuxième vitesses puissantes et réactives. Elles offrent un bon couple et excellent lors des démarrages, des arrêts et des changements de direction rapides. Le graphique ci-dessous illustre les différences entre la vitesse des courroies et le couple des vis.

À l'instar des progrès réalisés dans le domaine des rails linéaires, l'alignement pré-conçu est un autre domaine où la conception des vis mères a progressé pour offrir une meilleure répétabilité dans les applications dynamiques. Lors de l'utilisation d'un coupleur, veillez à l'alignement du moteur et de la vis afin d'éliminer les oscillations qui réduisent la précision et la durée de vie. Dans certains cas, le coupleur peut être complètement supprimé et la vis fixée directement au moteur, fusionnant ainsi les composants mécaniques et électriques, éliminant ainsi des composants, augmentant la rigidité et la précision, tout en réduisant les coûts.

3. Électronique et câblage

Les configurations classiques de l'électronique dans les applications de contrôle de mouvement impliquent des câblages complexes, ainsi que des armoires et du matériel de montage pour assembler et loger tous les composants. Il en résulte souvent un système mal optimisé, difficile à régler et à entretenir.

Les technologies émergentes offrent des avantages systémiques en intégrant le driver, le contrôleur et l'amplificateur directement sur un moteur « intelligent ». Non seulement l'espace nécessaire pour loger les composants supplémentaires est supprimé, mais le nombre total de composants est réduit et le nombre de connecteurs et de câblage est simplifié, ce qui réduit les risques d'erreur tout en réduisant les coûts et la main-d'œuvre.

4. Conçu pour la fabrication (DFM)

• Bracketing

Outre la simplification de l'assemblage des rails des conceptions intégrées, l'expérience et les technologies émergentes comme l'impression 3D augmentent votre capacité à créer des prototypes d'assemblages mécatroniques et robotiques conformes aux normes DFM. Par exemple, les supports de connecteurs personnalisés pour systèmes de mouvement étaient souvent coûteux et longs à traiter dans un atelier d'outillage ou de fabrication. Aujourd'hui, l'impression 3D permet de créer un modèle CAO, de l'envoyer à l'imprimante 3D et d'obtenir une pièce utilisable en un temps et un coût bien moindres.

• Connectorisation

Un autre aspect de la DFM déjà abordé est l'utilisation de moteurs intelligents intégrant l'électronique directement sur le moteur, facilitant ainsi l'assemblage. De plus, les nouvelles technologies intégrant connecteurs, câblage et gestion des câbles dans un seul boîtier simplifient l'assemblage et éliminent le recours aux chaînes porte-câbles traditionnelles et lourdes en plastique.

5. Maintenabilité à long terme

Les nouvelles technologies et les avancées en matière de conception influencent non seulement la fabricabilité initiale, mais aussi la maintenabilité continue d'un système. Par exemple, le déplacement du contrôleur et du variateur à bord du moteur simplifie le dépannage éventuel. L'accès au moteur et à l'électronique est simple et clair. De plus, de nombreux systèmes peuvent désormais être mis en réseau, permettant ainsi un accès depuis pratiquement n'importe quel endroit pour effectuer des diagnostics à distance.