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

Introduction

Les portiques sont devenus indispensables dans de nombreux secteurs industriels, jouant un rôle crucial dans la fabrication, la manutention et l'automatisation. Ces systèmes polyvalents 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 abordant ses composants, ses types, les critères de conception, ses applications et sa maintenance.

L'importance des systèmes portiques est indéniable : ils ont révolutionné le fonctionnement des entreprises et continuent d'évoluer au gré des nouvelles technologies. Une meilleure compréhension des principes de fonctionnement et des aspects techniques des robots portiques permet aux entreprises de prendre des décisions éclairées quant à leur intégration, optimisant ainsi leur efficacité et leur productivité.

Système de portique : Composants de base

Un système de portique est une structure mécanique composée de divers éléments fonctionnant de concert pour permettre un mouvement linéaire multiaxes précis et contrôlé. La compréhension de ces éléments et de leurs fonctions est essentielle à la conception, à la mise en œuvre et à la maintenance adéquates des systèmes de portique. Les composants de base d'un système de portique comprennent les rails linéaires, les paliers et les glissières, les moteurs et les variateurs, ainsi que les systèmes de commande et les logiciels. Chacun de ces composants joue un rôle vital dans la performance globale du système, et leur sélection et leur intégration appropriées sont cruciales pour obtenir les résultats escomptés.

Rails linéaires

Les rails linéaires, également appelés rails de guidage linéaires, constituent l'élément essentiel des robots linéaires. Ils assurent le support et le guidage principaux des composants mobiles du système. Les rails linéaires permettent un déplacement fluide et précis le long d'une trajectoire prédéfinie, 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 grande précision et une capacité de charge élevée. Ces rails sont constitués d'une surface plane usinée, dotée d'un profil spécifique, qui s'adapte 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. Parmi ceux-ci figurent la capacité de charge requise, la vitesse et la précision du système, ainsi que les conditions environnementales d'utilisation. Par exemple, les applications exigeantes peuvent nécessiter des rails profilés à haute capacité de charge, tandis que les applications à grande vitesse peuvent tirer parti de la friction réduite et de la rigidité accrue offertes par les rails en V. De plus, les rails linéaires peuvent nécessiter un traitement de surface spécifique ou une fabrication en matériaux résistants à la corrosion lorsqu'ils sont utilisés dans des environnements difficiles, tels que des environnements à forte humidité ou exposés à des produits chimiques corrosifs.

Roulements et glissières linéaires

Les paliers et les glissières linéaires sont des composants essentiels des portiques, assurant un mouvement fluide et contrôlé le long des rails. Ils minimisent le frottement entre les pièces mobiles, garantissant un positionnement précis et réduisant l'usure des composants du système. Le choix des paliers et des glissières influe considérablement sur les performances globales, la durée de vie et les besoins de maintenance d'un portique.

Il existe différents types de roulements et de glissières linéaires, chacun présentant des caractéristiques et des avantages uniques. 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 portiques, grâce à leur haute précision et leur faible frottement. Ils se composent d'une série de billes logées dans un bloc qui se déplace le long du rail. Ces roulements conviennent à une large gamme d'applications, des systèmes légers aux systèmes lourds à forte capacité de charge. Leur excellente rigidité et leur longue durée de vie en font un choix privilégié dans de nombreux secteurs industriels.

Les roulements à rouleaux, quant à eux, utilisent des rouleaux cylindriques ou à aiguilles au lieu de billes pour faciliter le mouvement. Ils offrent des capacités de charge supérieures et une plus grande rigidité que les roulements à billes linéaires, ce qui les rend parfaitement adaptés aux applications exigeantes. De plus, leur conception empêche la pénétration de poussière et de débris, les roulements à rouleaux étant moins sensibles à la contamination.

Les paliers lisses, également appelés coussinets ou bagues, reposent sur un glissement fluide entre deux surfaces, généralement grâce à un lubrifiant. Ils constituent 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, leur autolubrification permet de réduire les besoins en 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 reposer 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 indispensables pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.

Moteurs et entraînements

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

Plusieurs types de moteurs sont couramment utilisés dans les systèmes de portiques, 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 largement utilisés dans les systèmes portiques en raison de leur simplicité, de leur précision et de leur prix abordable. Fonctionnant par division d'une rotation complète en un grand nombre de pas discrets, ils permettent un contrôle précis de la position et de la vitesse. Les moteurs pas à pas sont particulièrement adaptés aux applications exigeant un positionnement précis et des vitesses modérées, telles que l'impression 3D et l'usinage CNC.

Les servomoteurs, quant à eux, offrent une précision, une vitesse et un couple supérieurs aux moteurs pas à pas. Ils utilisent un système de contrôle en boucle fermée, exploitant les données de capteurs pour ajuster en permanence leur position et leur vitesse. Ceci leur permet de maintenir un contrôle précis même sous des charges et des conditions de fonctionnement variables. Les servomoteurs sont fréquemment utilisés dans des applications exigeant une vitesse élevée, un couple important et un positionnement précis, comme la robotique et les systèmes d'automatisation.

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

Les variateurs, également appelés contrôleurs de moteurs, régulent l'alimentation électrique des moteurs et contrôlent leur vitesse, leur sens de rotation et leur position. Le choix de la technologie de variateur a un impact significatif sur les performances et l'efficacité du système de portique. Différents types de variateurs sont disponibles, notamment les variateurs pour moteurs pas à pas, les variateurs pour servomoteurs et les variateurs de fréquence (VFD). Chaque type de variateur est spécifiquement conçu pour fonctionner avec un type de moteur particulier, offrant ainsi un niveau de contrôle et de performance optimal pour ce moteur.

Lors du choix des moteurs et 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 variateurs doit reposer 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 correcte des moteurs et variateurs avec les autres composants du système de portique est indispensable pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.

Systèmes de contrôle et logiciels

Les systèmes de commande 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 l'utilisation d'algorithmes de commande et d'outils logiciels avancés, les systèmes portiques atteignent des niveaux élevés de précision, de vitesse et d'efficacité, ce qui les rend indispensables pour une vaste gamme d'applications.

Les systèmes de commande des portiques se composent généralement d'une combinaison de composants matériels et logiciels, fonctionnant de concert pour fournir une solution intégrée et transparente de contrôle de mouvement. Parmi les composants clés d'un système de commande figurent 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 PLC sont largement utilisés dans les portiques pour leur capacité à gérer des tâches de contrôle complexes, telles que la coordination de plusieurs axes de mouvement, la gestion des données de capteurs et la mise en œuvre de fonctions de sécurité. La flexibilité des PLC permet une personnalisation et une adaptation aisées à différentes applications, ce qui en fait un choix idéal pour les portiques.

Les contrôleurs de mouvement sont des dispositifs spécialisés conçus pour gérer le déplacement et le positionnement des moteurs dans 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 ainsi un fonctionnement fluide et précis. Les contrôleurs de mouvement peuvent être des dispositifs autonomes ou intégrés à un automate programmable ou à un système de commande basé sur un PC.

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

Le logiciel joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du système de commande d'un portique, en fournissant une interface conviviale pour la programmation, la surveillance et le diagnostic du système. Plusieurs types d'outils logiciels sont disponibles, 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 commande et d'un logiciel pour un portique, il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que la complexité des mouvements à effectuer, le niveau d'intégration avec les autres systèmes et le niveau de personnalisation requis. Le choix du système de commande et du logiciel doit reposer sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, la facilité d'utilisation et les besoins de maintenance. De plus, une configuration et une intégration correctes du système de commande et du logiciel avec les autres composants du portique sont cruciales pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.