Les systèmes à portique sont des robots industriels dotés d'une structure mécanique utilisant un chariot mobile sur un pont linéaire. Ils sont devenus indispensables dans de nombreux secteurs grâce à leur précision, leur rapidité et leur flexibilité inégalées.

Introduction

Les systèmes de portiques sont devenus incontournables dans de nombreux secteurs industriels, jouant un rôle crucial dans les processus de fabrication, de manutention et d'automatisation. Polyvalents, ces systèmes offrent de nombreux avantages, notamment une précision, une rapidité et une flexibilité accrues dans de nombreuses applications. Cet article propose 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 portique est indéniable, car ils ont révolutionné le fonctionnement des entreprises et continuent d'évoluer avec l'émergence de nouvelles technologies. En comprenant mieux leurs principes de fonctionnement et leurs aspects techniques, les entreprises peuvent prendre des décisions éclairées lors de l'intégration de ces systèmes à leurs opérations, optimisant ainsi leur efficacité et leur productivité.

Système de portique : composants de base

Un système de portique est une structure mécanique composée de divers composants fonctionnant 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 les rails linéaires, les roulements et les glissières, les moteurs et les entraînements, ainsi que les systèmes et logiciels de contrôle. Chacun de ces composants joue un rôle essentiel dans la performance globale du système, et leur sélection et leur intégration adéquates sont cruciales pour obtenir les résultats souhaités.

Rails linéaires

Les rails linéaires, également appelés rails de guidage linéaires, constituent l'épine dorsale des robots linéaires. Ils assurent le support et le guidage principaux des composants mobiles du système. Ils 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 V. Les rails ronds constituent l'option la plus simple et la plus économique, offrant un guidage de base pour les composants des systèmes de portique. Les rails profilés, quant à eux, présentent une conception plus complexe, offrant une précision et une capacité de charge élevées. Ces rails sont constitués d'une surface plane usinée au profil spécifique, associée à des paliers correspondants. Les rails en V offrent une combinaison unique de rigidité et d'auto-alignement, facilitant ainsi l'installation et la maintenance.

Lors du choix 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 il fonctionnera. Par exemple, les applications lourdes peuvent nécessiter des rails profilés à forte capacité de charge, tandis que les applications à grande vitesse peuvent bénéficier de la réduction des frottements et de la rigidité accrue offertes par les rails en V. De plus, les rails linéaires peuvent nécessiter un traitement spécial ou être fabriqués à partir de matériaux résistants à la corrosion lorsqu'ils sont utilisés dans des environnements difficiles, tels que ceux exposés à une forte humidité ou à des produits chimiques corrosifs.

Roulements et glissières linéaires

Les roulements et les glissières linéaires sont des composants essentiels des systèmes de portique. Ils assurent un mouvement fluide et contrôlé le long des rails linéaires. Ils minimisent les frottements 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 performances globales, la longévité et les exigences de maintenance d'un système de portique.

Il existe différents types de roulements et de glissières linéaires, chacun possédant ses propres caractéristiques et avantages. Parmi les types courants, on trouve les roulements à billes linéaires, les roulements à rouleaux et les paliers lisses.

Les roulements à billes linéaires sont les plus utilisés dans les systèmes de 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 roulement se déplaçant le long du rail. Ces roulements conviennent à une large gamme d'applications, des systèmes légers aux systèmes lourds à forte capacité de charge. Ils offrent également une excellente rigidité et une longue durée de vie, ce qui en fait un choix populaire dans de nombreux secteurs.

Les roulements à rouleaux, quant à eux, utilisent des rouleaux cylindriques ou à aiguilles plutôt que des roulements à billes pour faciliter le mouvement. Ils offrent des capacités de charge et une rigidité supérieures à celles des roulements à billes linéaires, ce qui les rend particulièrement adaptés aux applications exigeantes. Ils sont également moins sensibles à la contamination, car leur conception empêche la pénétration de saletés et de débris.

Les paliers lisses, également appelés paliers 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. De plus, les paliers lisses sont autolubrifiants, ce qui réduit les besoins de maintenance.

Lors du choix des roulements et des glissières pour un système de portique, il est essentiel 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, sa 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 variateurs

Les moteurs et les variateurs sont des composants essentiels des systèmes robotisés à portique. Ils fournissent la force et le contrôle nécessaires au déplacement des composants du système de mouvement le long des rails linéaires. Ils jouent un rôle essentiel dans la détermination de la vitesse, de la précision et de l'efficacité globales du système à portique. Comprendre les différents types de moteurs et de variateurs disponibles et leurs caractéristiques permet de sélectionner la solution la plus adaptée à une application spécifique.

Il existe plusieurs types de moteurs couramment utilisés dans les systèmes de portique, notamment les moteurs pas à pas, les servomoteurs et les moteurs linéaires. Chacun de ces moteurs présente ses propres avantages et inconvénients, selon les 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 de pas distincts, permettant un contrôle précis de la position et de la vitesse du moteur. Ils sont particulièrement adaptés aux applications nécessitant un positionnement précis et des vitesses modérées, comme l'impression 3D et l'usinage CNC.

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

Les moteurs linéaires sont un type unique de moteurs produisant directement un mouvement linéaire, plutôt qu'un mouvement rotatif. Ils éliminent ainsi le besoin de composants et de modules mécaniques supplémentaires, tels que des engrenages et des courroies, pour convertir un mouvement rotatif en mouvement linéaire. Les moteurs linéaires offrent des avantages significatifs en termes de vitesse, de précision et de rendement, ce qui les rend idéaux pour les applications à haute dynamique, haute vitesse et haute précision.

Les variateurs, également appelés contrôleurs de moteur, régulent la puissance fournie aux moteurs, 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, notamment les variateurs de vitesse pour moteurs pas à pas, les servomoteurs et les variateurs de fréquence (VFD). Chaque type de variateur est spécifiquement conçu pour fonctionner avec un moteur spécifique, offrant un niveau de contrôle et de performance optimal pour ce moteur.

Lors du choix des moteurs et des variateurs pour un système de portique, il est essentiel 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 intégration optimale des moteurs et des variateurs 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 assurent la coordination et la gestion des différents composants, tels que les moteurs, les variateurs et les capteurs, afin d'obtenir le mouvement et le positionnement souhaités. Grâce à des algorithmes de contrôle et des outils logiciels avancés, les systèmes de portique atteignent des niveaux élevés de précision, de rapidité et d'efficacité, ce qui les rend indispensables pour un large éventail d'applications.

Les systèmes de contrôle pour portiques sont généralement constitués d'une combinaison de composants matériels et logiciels, fonctionnant ensemble pour offrir une solution de contrôle de mouvement transparente et intégrée. Parmi les composants clés d'un système de contrôle figurent un automate programmable (API), un contrôleur de mouvement et des périphériques d'entrée/sortie (E/S).

Un automate programmable industriel (API) est un ordinateur robuste de qualité industrielle conçu pour exécuter des tâches de contrôle en temps réel. Les API 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. Leur flexibilité permet une personnalisation et une adaptation aisées 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 d'un système de portique. Ils utilisent des algorithmes avancés et un retour d'information en temps réel provenant de capteurs pour optimiser le profil de mouvement, garantissant un fonctionnement fluide et précis. Les contrôleurs de mouvement peuvent être autonomes ou intégrés à un automate programmable industriel (API) ou à un système de contrôle basé sur PC.

Les périphériques d'entrée/sortie (E/S) permettent aux différents composants de communiquer et d'échanger des données. Parmi les périphériques d'E/S utilisés dans les systèmes à portique, on trouve les capteurs, les écrans et les panneaux de commande. Ces périphériques 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 système de contrôle d'un portique, offrant une interface conviviale pour la programmation, la surveillance et le diagnostic du système. Il existe plusieurs types d'outils logiciels, allant des logiciels propriétaires fournis par le fabricant du portique aux solutions open source adaptables à diverses applications. Les principales fonctionnalités logicielles comprennent la planification des mouvements, la génération de trajectoires, ainsi que la détection et la correction des erreurs.

Lors du choix d'un système de contrôle et d'un logiciel pour un 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 adéquates du système de contrôle et du logiciel avec les autres composants du portique sont essentielles pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.