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

Trop souvent, les ingénieurs considèrent les platines ou les actionneurs comme de simples éléments de la nomenclature. Tant que le dispositif de mouvement répond aux exigences de positionnement, de force, de charge utile, de vitesse et de coût souhaitées, il est opérationnel.

Avec des exigences de mouvement simples, cette approche de sélection d'étage ou d'actionneur peut donner des résultats acceptables. Cependant, les machines aux exigences de mouvement mécanique complexes bénéficieront d'une stratégie de conception de mouvement intégrée. Plutôt qu'un ensemble de composants électromécaniques, dont la compatibilité peut varier, les systèmes de mouvement intégrés fonctionnent comme de véritables sous-systèmes de machines prêts à l'emploi.

Les systèmes de mouvement embarqués sont conçus pour s'intégrer dans un espace physique prédéfini sur une machine et se connecter au système de contrôle de mouvement de celle-ci, prêts à accepter les commandes d'une interface informatique de niveau supérieur, d'une carte de contrôle ou d'un automate programmable. Dans leur forme la plus simple, les systèmes de mouvement embarqués se limitent à un étage ou à un actionneur, dont l'installation a été réalisée par connecteurs pour faciliter l'installation. 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 aussi tout ce qu'il transporte.

Comparé à une approche composant par composant du mouvement de la machine, le mouvement intégré offre des avantages convaincants :

Performances mécaniques

Même avec la même platine ou le même actionneur, les systèmes de mouvement embarqués surpassent généralement les systèmes de mouvement à composants. Cela s'explique par l'expertise en matière d'application et d'assemblage. Un bon fournisseur de systèmes de mouvement embarqués possède des années d'expérience dans la résolution de problèmes de positionnement complexes et dispose d'un ensemble de composants de mouvement éprouvés et personnalisables pour chaque tâche. Il maîtrise parfaitement l'impact de la dynamique de la platine, de l'architecture de contrôle de mouvement et de l'environnement d'exploitation sur 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 étages multi-axes les plus précis, qui ont souvent des tolérances d’alignement d’axe à axe mesurées en microns.

Expertise en contrôle

Les systèmes de mouvement embarqués peuvent être livrés avec ou sans commandes de mouvement, selon les besoins du client. Cependant, une stratégie de contrôle doit toujours être intégrée à l'équation du mouvement embarqué. Un bon fournisseur de systèmes de mouvement embarqués possède une connaissance approfondie de la façon dont les différentes plateformes de contrôle de mouvement et leurs capacités cinématiques interagissent avec les systèmes de mouvement mécaniques. Cette connaissance nous permet de repousser les limites du possible en termes de capacités dynamiques, comme les rapports 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 lorsque des composants individuels, apparemment mineurs, ne fonctionnent pas correctement, ou ne fonctionnent pas correctement entre eux. Par exemple, un seul connecteur défectueux ou un mauvais câble peut immobiliser même le meilleur étage de mouvement. Les systèmes de mouvement embarqués évitent ce type de défaillance car ils sont assemblés et testés en tant que système avant leur intégration sur la machine de production. Avec des systèmes de mouvement composés de composants individuels, les petites pannes et incompatibilités peuvent passer inaperçues jusqu'à l'assemblage de la machine de production.

Réduction des coûts

Les systèmes de mouvement intégrés coûtent généralement 25 à 50 % moins cher que leurs homologues à composants. Ces économies s'expliquent en partie par la réduction du nombre de pièces, par exemple en intégrant des supports, des connecteurs et d'autres composants. La réduction des coûts peut dépasser largement les 50 % si l'on prend en compte tous les coûts cachés liés à la fabrication et à l'installation d'un système de mouvement, notamment 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 pour semi-conducteurs, bancs humides, découpe laser, emballage et automatisation de laboratoire.

Les coûts cachés des systèmes de mouvement

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

1. Coûts de mise sur le marché. Les systèmes de mouvement embarqués, qui prennent 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 des programmes, de la production et des matériaux. Les systèmes de mouvement embarqués sont livrés sous forme d'un seul article 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 le coût peut être difficile à justifier en cas d'utilisation insuffisante.
4. Coûts de garantie et de panne. Un bon fournisseur de systèmes de mouvement embarqués garantit ses systèmes contre les pannes et garantit son travail, ce qui réduit les risques pour le fabricant d'équipement d'origine.

Cette machine CNC non traditionnelle présente toutes les caractéristiques d'une application idéale de mouvement embarqué. Elle nécessite :

1. A la fois contrôles et expertise mécanique.L'association du système mécanique aux commandes et amplificateurs prenant 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 bureau. La conception du module servo Rotary, doté d'un grand trou traversant dégagé, nous a permis d'optimiser l'espace disponible. Les trous traversants de 100 mm ont facilité l'alimentation en air directement sur la broche, l'intégration d'un indexeur de matière côté pièce et la réalisation de tous les branchements électriques nécessaires.

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

Premiers pas avec le mouvement intégré

Passer des systèmes de mouvement composant par composant aux systèmes de mouvement embarqués peut sembler un acte de foi. Après tout, vous sous-traiterez le contrôle de mouvement à un fournisseur.

Cependant, si vous choisissez le bon fournisseur, l'externalisation sera rentable grâce à des performances et une fiabilité accrues. Les coûts diminueront également, car les sous-systèmes de mouvement arriveront dans votre usine entièrement testés, garantis et prêts à être installés sur votre machine.