Si vous construisez des machines, vous travaillez probablement quotidiennement avec des actionneurs et des platines de positionnement. Mais obtenez-vous vraiment les meilleures performances ou le coût de possession le plus bas de ces appareils de détection de mouvement ? La réponse n’est peut-être pas celle à laquelle vous vous attendez.

Trop souvent, les ingénieurs considèrent les étages ou les actionneurs comme de simples éléments supplémentaires sur la nomenclature. Tant que le dispositif de mouvement répond nominalement aux exigences souhaitées en matière de positionnement, de force, de charge utile, de vitesse et de coût, tout est prêt.

Avec des exigences de mouvement simples, cette approche de sélection d’étage ou d’actionneur peut donner des résultats acceptables. Cependant, les machines ayant des exigences de mouvement mécanique complexes bénéficieront d’une stratégie de conception de mouvement intégrée. Plutôt qu'un ensemble de composants électromécaniques, qui peuvent ou non fonctionner ensemble, les systèmes de mouvement intégrés fonctionnent comme de véritables sous-systèmes de machine plug-and-play.

Les systèmes de mouvement embarqués sont conçus pour s'adapter à un espace physique prédéfini sur une machine et se connecter au système de contrôle de mouvement de la machine, prêts à accepter les commandes provenant d'une interface informatique de niveau supérieur, d'une carte de contrôle ou d'un automate. Dans leur forme la plus simple, les systèmes de mouvement intégrés peuvent consister en un peu plus qu'une platine ou un actionneur connecté pour faciliter l'installation instantanée. Dans leur forme la plus complexe, ces sous-systèmes de mouvement s'étendent du brochage à la charge utile. Ils englobent non seulement le dispositif de mouvement lui-même, mais également tout ce qu'il transporte.

Par rapport à une approche composant par composant du mouvement de la machine, le mouvement intégré offre des avantages incontestables :

Performances mécaniques

Même lorsqu'ils utilisent la même platine ou le même actionneur, les systèmes de mouvement intégrés surpassent généralement les systèmes de mouvement intégrés. La raison en est l’expertise en matière d’application et d’assemblage. Un bon fournisseur de mouvements intégrés aura des années d’expérience dans la résolution de problèmes de positionnement difficiles et une collection de blocs de construction de mouvements éprouvés qui peuvent être personnalisés pour la tâche à accomplir. Ils auront une compréhension approfondie de la façon dont la dynamique de la scène, l'architecture de contrôle de mouvement et l'environnement d'exploitation affecteront les exigences de positionnement.

En ce qui concerne l'assemblage, de nombreux constructeurs de machines manquent de techniciens qualifiés, de montages spécialisés, d'interféromètres laser et d'autres systèmes de métrologie nécessaires pour aligner les platines multi-axes les plus précises, qui ont souvent des tolérances d'alignement axe à axe mesurées en microns.

Expertise en contrôles

Les systèmes de mouvement intégrés peuvent ou non être livrés avec des commandes de mouvement, en fonction des exigences du client. Mais une stratégie de contrôle doit toujours faire partie de l’équation du mouvement intégrée. Un bon fournisseur de mouvements intégrés aura une connaissance approfondie de la manière dont les différentes plates-formes de contrôle de mouvement et leurs capacités cinématiques interagiront avec les systèmes de mouvement mécaniques. Ces connaissances peuvent nous permettre de repousser les limites de ce qui est possible en termes de capacités dynamiques, telles que des taux de désadaptation d'inertie acceptables.

Fiabilité

Lors de la mise en service d'un nouveau système de mouvement, certains des problèmes les plus courants surviennent parce que des composants individuels, apparemment mineurs, ne fonctionnent pas correctement ou ne fonctionnent pas correctement les uns avec les autres. Par exemple, un seul connecteur défectueux ou un mauvais fil peut laisser immobile même la meilleure étape de mouvement. Les systèmes de mouvement embarqués évitent ce type de panne car ils sont assemblés et testés en tant que système avant intégration sur la machine de production. Avec les systèmes de mouvement composés de composants individuels, de petites pannes et incompatibilités peuvent passer inaperçues jusqu'à ce que la machine de production soit réunie.

Réduction des coûts

Les systèmes de mouvement embarqués coûtent généralement 25 à 50 % de moins que leurs homologues basés sur des composants. Ces économies proviennent en partie de la capacité à réduire le nombre de pièces, par exemple en concevant des supports, des connecteurs et d'autres composants. La réduction des coûts peut monter en flèche bien au-dessus de 50 % lorsque vous prenez en compte tous les éléments de coûts cachés associés à la construction et à l’installation d’un système de mouvement. Ceux-ci incluent les coûts liés à l’ingénierie de conception, aux stocks, aux délais de mise sur le marché, etc.

De nombreux types d’applications peuvent bénéficier des avantages du mouvement intégré. Nous avons mis en œuvre cette approche sur des dizaines de machines à semi-conducteurs, sur banc humide, de découpe laser, d'emballage et d'automatisation de laboratoire.

Les coûts cachés des systèmes de mouvement

Les systèmes de mouvement construits avec des composants présentent un certain nombre de coûts cachés qui peuvent être éliminés par l'approche du mouvement intégré, notamment :

1. Coûts de mise sur le marché. Les systèmes de mouvement embarqués, qui prennent naturellement en charge l'ingénierie simultanée, peuvent réduire de plusieurs semaines, voire de plusieurs mois, le temps de développement d'une machine complexe.
2. Coûts de gestion du programme, de la production et du matériel. Les systèmes de mouvement embarqués sont expédiés sous la forme d'un seul élément de nomenclature, éliminant ainsi des centaines de pièces à commander, inventorier et assembler.
3. Coûts de production. Les systèmes de mouvement de précision nécessitent des techniciens d'assemblage qualifiés et des équipements de production spécialisés dont les coûts peuvent être difficiles à justifier en cas d'utilisation incomplète.
4. Coûts de garantie et de panne. Un bon fournisseur de mouvements intégrés garantira ses systèmes contre les pannes et soutiendra son travail, ce qui réduit le risque pour l'OEM.

Cette machine CNC non traditionnelle possède toutes les caractéristiques d’une application de mouvement intégré idéale. Il fallait :

1. Contrôles et expertise mécanique.Associer le système mécanique aux commandes et aux amplificateurs qui prennent en charge la cinématique complexe du mouvement polaire a nécessité une approche systémique et des mois de tests. Nous avons également dû développer une suite de techniques et d'outils d'alignement pour construire ce nouveau système CNC.

2. Conception compacte, intégration facile.L'espace était limité sur cette machine CNC de la taille d'un bureau. La conception du module servo Rotary, qui comporte un grand trou traversant dégagé, nous a permis d'utiliser efficacement l'espace disponible. Les trous traversants de 100 mm ont permis d'amener facilement l'alimentation en air jusqu'à la broche, d'intégrer un indexeur de matière côté pièce et de réaliser toutes les connexions électriques nécessaires.

3. Maîtrise des coûts.Un aspect intéressant de ce système de mouvement intégré est qu’il n’est pas plus complexe qu’il ne devrait l’être. La principale exigence fonctionnelle concernait la finition de surface et non la précision du positionnement. Les besoins en positionnement sont en réalité assez modestes, du moins selon nos normes. Nous avons donc pu renoncer aux codeurs à lecture directe et faire fonctionner l’ensemble du système en mode boucle ouverte. Cela a permis à notre client d'économiser des milliers de dollars par machine.

Premiers pas avec le mouvement intégré

Le passage des systèmes de mouvement composant par composant aux systèmes de mouvement intégrés peut sembler un acte de foi. Après tout, vous confierez le contrôle de mouvement à un fournisseur.

Toutefois, si vous choisissez le bon fournisseur, l’externalisation sera payante grâce à des performances et une fiabilité améliorées. Les coûts diminueront également à mesure que les sous-systèmes de mouvement arriveront dans votre usine entièrement testés, garantis et prêts à être installés dans votre machine.