Les systèmes à portique sont des robots industriels dotés d'un cadre mécanique qui utilise un chariot mobile sur un pont linéaire. Ils sont devenus un élément indispensable dans diverses industries en raison de leur précision, de leur rapidité et de leur flexibilité inégalées.

Introduction

Les systèmes à portique font désormais partie intégrante de diverses industries, jouant un rôle crucial dans les processus de fabrication, de manutention et d'automatisation. Ces systèmes polyvalents offrent de nombreux avantages, notamment une précision, une vitesse et une flexibilité accrues dans de nombreuses applications. Cet article vise à fournir un guide complet pour comprendre et mettre en œuvre la technologie des portiques, en se concentrant sur ses composants, ses types, ses considérations de conception, ses applications et sa maintenance.

L’importance des systèmes de portiques ne peut être surestimée, car ils ont révolutionné le mode de fonctionnement des entreprises et continuent d’évoluer avec l’émergence de nouvelles technologies. En acquérant une compréhension plus approfondie des principes de fonctionnement et des aspects techniques des robots à portique, les entreprises peuvent prendre des décisions éclairées lors de l'intégration de ces systèmes dans leurs opérations, optimisant ainsi l'efficacité et la productivité.

Système de portique : composants de base

Un système de portique est une structure mécanique composée de divers composants travaillant ensemble pour permettre un mouvement linéaire multi-axes précis et contrôlé. Comprendre ces composants et leurs fonctions est essentiel à la conception, à la mise en œuvre et à la maintenance appropriées des systèmes de portique. Les composants de base d'un système de portique comprennent des rails linéaires, des roulements et des glissières, des moteurs et des entraînements, ainsi que des systèmes de contrôle et des logiciels. Chacun de ces composants joue un rôle essentiel dans les performances globales du système, et leur sélection et leur intégration appropriées sont cruciales pour atteindre les résultats souhaités.

Rails linéaires

Les rails linéaires, également appelés rails de guidage linéaires, ou guidages linéaires constituent l'épine dorsale des robots linéaires. Ils sont chargés de fournir le support et le guidage principaux des composants mobiles du système. Les rails linéaires permettent un mouvement fluide et précis le long d'une trajectoire prédéterminée, garantissant un positionnement précis et un frottement minimal.

Il existe différents types de rails linéaires, notamment les rails ronds, profilés et en forme de V. Les rails ronds constituent l'option la plus simple et la plus économique, offrant un niveau de guidage de base pour les composants du système de portique. Les rails profilés, en revanche, présentent une conception plus complexe avec un degré élevé de précision et de capacité de charge. Ces rails sont constitués d'une surface plane usinée avec un profil spécifique associé aux blocs de roulement correspondants. Les rails en forme de V offrent une combinaison unique de rigidité et d'auto-alignement, permettant une installation et une maintenance plus faciles.

Lors de la sélection de rails linéaires pour une application spécifique, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Ces facteurs incluent la capacité de charge requise, la vitesse et la précision du système, ainsi que les conditions environnementales dans lesquelles le système fonctionnera. Par exemple, les applications lourdes peuvent nécessiter des rails profilés avec une capacité de charge élevée, tandis que les applications à grande vitesse peuvent bénéficier de la friction réduite et de la rigidité accrue offertes par les rails en forme de V. De plus, les rails linéaires peuvent devoir être traités avec des revêtements spéciaux ou construits à partir de matériaux résistants à la corrosion lorsqu'ils sont utilisés dans des environnements difficiles, tels que ceux présentant une humidité élevée ou une exposition à des produits chimiques corrosifs.

Roulements et glissières linéaires

Les roulements et les glissières linéaires sont des composants essentiels des systèmes de portiques, chargés de faciliter un mouvement fluide et contrôlé le long des rails linéaires. Ils minimisent la friction entre les pièces mobiles, garantissant un positionnement précis et réduisant l'usure des composants du système. Le choix des roulements et des glissières a un impact significatif sur les exigences globales de performances, de longévité et de maintenance d'un système de portique.

Il existe différents types de roulements et de glissières linéaires, chacun ayant ses propres caractéristiques et avantages. Certains types courants incluent les roulements à billes linéaires, les roulements à rouleaux et les roulements coulissants.

Les roulements linéaires à billes sont le type de roulement le plus utilisé dans les systèmes à portique, offrant un haut niveau de précision et un faible frottement. Ils sont constitués d'une série de roulements à billes logés dans un bloc de roulements qui se déplace le long du rail. Ces roulements conviennent à une large gamme d'applications, des systèmes légers aux systèmes lourds avec des capacités de charge élevées. Ils offrent également une excellente rigidité et une longue durée de vie, ce qui en fait un choix populaire dans de nombreuses industries.

Les roulements à rouleaux, quant à eux, utilisent des rouleaux cylindriques ou à aiguilles au lieu de roulements à billes pour faciliter le mouvement. Ils offrent des capacités de charge plus élevées et une plus grande rigidité par rapport aux roulements à billes linéaires, ce qui les rend bien adaptés aux applications lourdes. Les roulements à rouleaux sont également moins sensibles à la contamination, car leur conception empêche la pénétration de saletés et de débris.

Les roulements lisses, également appelés roulements lisses ou bagues, reposent sur un mouvement de glissement fluide entre deux surfaces, généralement à l'aide d'un lubrifiant. Ils offrent une solution simple et économique pour les applications à faible vitesse et faible charge, où la précision n'est pas un facteur critique. Les paliers lisses sont également autolubrifiants, ce qui peut réduire les besoins de maintenance.

Lors de la sélection des roulements et des glissières pour un système de portique, il est crucial de prendre en compte des facteurs tels que la capacité de charge, la vitesse, la précision et les conditions environnementales. Le choix des roulements et des glissières doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, la durée de vie et les besoins de maintenance. De plus, une installation et un alignement corrects des roulements et des glissières sont essentiels pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.

Moteurs et entraînements

Les moteurs et les entraînements sont des composants essentiels des systèmes de robots à portique, chargés de fournir la force et le contrôle nécessaires pour déplacer les composants du système de mouvement le long des rails linéaires. Ils jouent un rôle central dans la détermination de la vitesse, de la précision et de l’efficacité globales du système de portique. En comprenant les différents types de moteurs et variateurs disponibles et leurs caractéristiques, on peut sélectionner la solution la plus adaptée à une application spécifique.

Il existe plusieurs types de moteurs couramment utilisés dans les systèmes à portique, notamment les moteurs pas à pas, les servomoteurs et les moteurs linéaires. Chacun de ces moteurs offre son propre ensemble d'avantages et d'inconvénients, en fonction des exigences de l'application.

Les moteurs pas à pas sont un choix populaire pour de nombreux systèmes de portique en raison de leur simplicité, de leur précision et de leur prix abordable. Ces moteurs fonctionnent en divisant une rotation complète en un grand nombre d'étapes discrètes, permettant un contrôle précis de la position et de la vitesse du moteur. Les moteurs pas à pas sont bien adaptés aux applications nécessitant un positionnement précis et des vitesses modérées, telles que l'impression 3D et l'usinage CNC.

Les servomoteurs, quant à eux, offrent des niveaux plus élevés de précision, de vitesse et de couple que les moteurs pas à pas. Ils utilisent un système de contrôle en boucle fermée, utilisant les retours des capteurs pour ajuster en permanence leur position et leur vitesse. Cela permet aux servomoteurs de maintenir un contrôle précis même sous des charges et des conditions de fonctionnement variables. Les servomoteurs sont souvent utilisés dans des applications où une vitesse élevée, un couple élevé et un positionnement précis sont essentiels, comme la robotique et les systèmes d'automatisation.

Les moteurs linéaires sont un type unique de moteur qui produit directement un mouvement linéaire plutôt qu’un mouvement de rotation. Cela élimine le besoin de composants et de modules mécaniques supplémentaires, tels que des engrenages et des courroies, pour convertir le mouvement de rotation en mouvement linéaire. Les moteurs linéaires peuvent offrir des avantages significatifs en termes de vitesse, de précision et d'efficacité, ce qui les rend idéaux pour les applications à haute dynamique, haute vitesse et haute précision.

Les variateurs, également appelés contrôleurs de moteur, sont chargés de réguler la puissance fournie aux moteurs, en contrôlant leur vitesse, leur direction et leur position. Le choix de la technologie d'entraînement a un impact significatif sur les performances et l'efficacité du système de portique. Il existe différents types de variateurs disponibles, notamment les variateurs de vitesse, les servomoteurs et les variateurs de fréquence (VFD). Chaque type de variateur est spécifiquement conçu pour fonctionner avec un type particulier de moteur, offrant le niveau optimal de contrôle et de performances pour ce moteur.

Lors de la sélection des moteurs et des entraînements pour un système de portique, il est crucial de prendre en compte des facteurs tels que la capacité de charge, la vitesse, la précision et les conditions environnementales. Le choix des moteurs et des variateurs doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, l'efficacité énergétique et les besoins de maintenance. De plus, une bonne intégration des moteurs et des entraînements avec les autres composants du système de portique est essentielle pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.

Systèmes de contrôle et logiciels

Les systèmes de contrôle et les logiciels sont chargés de coordonner et de gérer les différents composants, tels que les moteurs, les entraînements et les capteurs, pour obtenir le mouvement et le positionnement souhaités. En utilisant des algorithmes de contrôle et des outils logiciels avancés, les systèmes à portique peuvent atteindre des niveaux élevés de précision, de vitesse et d'efficacité, ce qui les rend indispensables pour un large éventail d'applications.

Les systèmes de contrôle pour les systèmes à portique consistent généralement en une combinaison de composants matériels et logiciels, travaillant ensemble pour fournir une solution transparente et intégrée pour le contrôle de mouvement. Certains des composants clés d'un système de contrôle comprennent un automate programmable (PLC), un contrôleur de mouvement et des dispositifs d'entrée/sortie (E/S).

Un automate programmable (PLC) est un ordinateur robuste de qualité industrielle conçu pour exécuter des tâches de contrôle en temps réel. Les automates sont largement utilisés dans les systèmes à portique pour leur capacité à gérer des tâches de contrôle complexes, telles que la coordination de plusieurs axes de mouvement, la gestion des données des capteurs et la mise en œuvre de fonctions de sécurité. La flexibilité des automates permet une personnalisation et une adaptation faciles à différentes applications, ce qui en fait un choix idéal pour les systèmes à portique.

Les contrôleurs de mouvement sont des dispositifs spécialisés spécialement conçus pour gérer le mouvement et le positionnement des moteurs dans un système de portique. Ils utilisent des algorithmes avancés et des retours en temps réel des capteurs pour optimiser le profil de mouvement, garantissant ainsi un fonctionnement fluide et précis. Les contrôleurs de mouvement peuvent être des appareils autonomes ou intégrés à un système de contrôle PLC ou PC.

Les dispositifs d'entrée/sortie (E/S) permettent aux différents composants de communiquer et d'échanger des données. Des exemples de dispositifs d'E/S utilisés dans les systèmes à portique comprennent des capteurs, des écrans et des panneaux de commande. Ces dispositifs fournissent les informations nécessaires au système de contrôle pour prendre des décisions éclairées et exécuter efficacement les tâches de contrôle.

Le logiciel joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du contrôle d'un système de portique, fournissant une interface conviviale pour la programmation, la surveillance et le diagnostic du système. Il existe plusieurs types d'outils logiciels disponibles, allant des logiciels propriétaires fournis par le fabricant du système de portique aux solutions open source pouvant être adaptées à diverses applications. Les principales fonctionnalités du logiciel incluent la planification de mouvements, la génération de trajectoires, ainsi que la détection et la correction des erreurs.

Lors de la sélection d'un système de contrôle et d'un logiciel pour un système de portique, il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que la complexité des tâches de mouvement, le niveau d'intégration avec d'autres systèmes et le niveau de personnalisation requis. Le choix du système de contrôle et du logiciel doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, la facilité d'utilisation et les exigences de maintenance. De plus, une configuration et une intégration appropriées du système de contrôle et du logiciel avec les autres composants du système de portique sont essentielles pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.