Aussi sophistiqué soit votre système de contrôle de mouvement, il ne peut compenser un système électromécanique mal conçu.

Les systèmes de commande de mouvement se composent de trois éléments principaux : le mécanisme de positionnement, l’électronique de commande du moteur et le contrôleur de mouvement. Le choix de chaque composant doit être effectué avec soin, mais pour des performances optimales, il est conseillé de commencer par le mécanisme de positionnement. Si ce dernier ne répond pas aux exigences, les variateurs et le contrôleur de mouvement ne pourront pas compenser ce manque.

La première étape de la conception d'un système de mouvement consiste à décrire et comprendre parfaitement le processus. À partir de cette description, dressez la liste des paramètres de performance des composants. Cette liste comprend les paramètres de premier ordre tels que le nombre d'axes, la course de chaque axe, la précision du mouvement (incluant la résolution, la répétabilité et l'exactitude), la capacité de charge utile et les dimensions physiques des platines. Parmi les paramètres moins évidents, mais tout aussi importants, figurent les contraintes environnementales, le choix du système d'entraînement, le fonctionnement dans plusieurs orientations, la gestion des câbles dans les configurations multiaxes, la planification du cycle de vie et la facilité d'intégration. Un examen rapide de ces paramètres montre qu'ils sont tous liés au mécanisme de positionnement ; une évaluation approfondie de ces composants est donc essentielle à la réussite du projet.

L'application précisera si la platine de positionnement est linéaire, rotative ou intègre une combinaison de platines dans un système multiaxes. Même pour des applications mono-axe relativement simples, de nombreux facteurs sont à prendre en compte. Les charges constituent un aspect essentiel, car des éléments tels que le poids de la charge utile et le déport (centre de gravité) peuvent avoir un impact considérable sur les exigences de mouvement. Il convient de considérer les poids de charge typiques et maximaux, ainsi que les distances de déplacement minimales et maximales requises, les vitesses de déplacement et l'accélération.

Il est important de considérer la platine comme partie intégrante du système global. Son mode de fixation et la structure de montage, par exemple, ont un impact considérable sur ses performances et sa capacité à répondre aux spécifications. Ainsi, dans une application d'inspection à grande vitesse où les échantillons oscillent rapidement sous une caméra, une platine de positionnement linéaire doit être montée sur une structure capable de résister aux vibrations induites par le mouvement de la charge. De même, une platine linéaire à grande course, choisie pour sa haute précision de planéité, doit être montée sur une surface parfaitement plane afin d'éviter toute déformation due à son adaptation à une surface non plane.

Lors de la définition des spécifications de la platine, tenez également compte des exigences de durée de vie du système. Si ces exigences évoluent au cours de la durée de vie de la machine, le système risque de sortir des tolérances de positionnement et la précision, la productivité et la fiabilité de la machine peuvent s'en trouver dégradées. Comme pour tout composant mobile, les capacités de positionnement peuvent se modifier avec une utilisation prolongée. Assurez-vous que la platine est conçue pour répondre aux exigences de mouvement pendant toute la durée de vie prévue de la machine.

D'autres facteurs influencent le système, notamment sa taille et les contraintes environnementales. Il convient de considérer les contraintes de taille horizontales et verticales. L'encombrement total du système dépend de l'emplacement des mécanismes d'entraînement (externes ou internes) et de la gestion du câblage. Les contraintes environnementales peuvent inclure les applications en salle blanche, où les pièces mobiles de la machine doivent générer peu de particules, ou les environnements poussiéreux, où les particules ambiantes peuvent provoquer un frottement excessif au sein de la platine et impacter sa fiabilité et ses performances. La température de fonctionnement est un facteur environnemental clé qui peut affecter considérablement les performances de la platine. Une variation de température de seulement deux ou trois degrés peut entraîner une dilatation suffisante pour modifier les tolérances de la platine.

De nombreuses applications nécessitent un mouvement multi-axes. Dans un système multi-axes, les platines doivent être empilées pour permettre un mouvement dans différentes directions. Un système d'inspection de plaquettes de silicium, par exemple, peut nécessiter un mouvement linéaire.XetYmouvement ainsi que rotationthêtaDans de tels systèmes, il est important de considérer l'influence de la géométrie sur les tolérances du reste du système. Par exemple, avec deux étages superposés, l'étage supérieur peut fléchir en fin de course. Cette déformation dépend de la charge en porte-à-faux sur l'étage inférieur. Il est impératif d'en tenir compte ou d'envisager une configuration différente. Le fabricant des étages doit s'assurer que les spécifications des étages superposés répondent aux exigences de l'application.

Dans les systèmes à plusieurs étages, la gestion des câbles peut engendrer des problèmes de logistique et de fiabilité. Souvent négligés, les câbles peuvent pourtant affecter la durée de vie, la géométrie et les performances du système. Renseignez-vous auprès du fabricant de la scène pour des solutions de câblage innovantes. Celles-ci peuvent inclure l'intégration interne des câbles afin de réduire les frottements et la résistance, ou l'utilisation d'une interface de câble externe unique plutôt que de connecteurs externes pour une plus grande flexibilité.

Le choix du système d'entraînement est crucial. Les deux types les plus courants sont les entraînements à vis à billes et les entraînements par moteur linéaire. Les entraînements à vis à billes sont économiques et simples à comprendre. Grâce à leur amortissement naturel, ils sont faciles à contrôler et un frein peut y être facilement ajouté. En revanche, le frottement mécanique peut rendre difficile le maintien d'une vitesse constante. Dans certaines conditions, comme des températures ou une humidité extrêmes, le pas de la vis à billes peut varier et affecter la précision. Si les effets thermiques posent problème, un codeur linéaire peut être nécessaire ou une platine motorisée linéaire peut s'avérer plus judicieuse.

Les systèmes d'entraînement à moteur linéaire se composent d'un rail magnétique et d'un ensemble de bobines. Le rail magnétique, généralement fixe, est constitué d'une série d'aimants permanents montés sur un substrat en acier. L'ensemble de bobines contient tous les enroulements en cuivre et est généralement fixé au chariot de la plateforme coulissante. Sur certains systèmes à moteur linéaire, les aimants permanents sont montés directement sur le chariot coulissant afin de simplifier le câblage, mais la longueur des aimants limite la course de ces systèmes.

Les entraînements à moteur linéaire sont généralement les plus adaptés aux charges légères à modérées dans les applications à haute vitesse, à vitesse constante ou à grande course. Ils offrent une capacité de course bien supérieure aux transmissions à vis à billes, car ils ne fléchissent pas lorsque la course augmente. Ils permettent un meilleur contrôle de la vitesse, mais la présence de la bobine mobile et de l'électronique du codeur linéaire complexifie la gestion des câbles. De plus, les entraînements linéaires de grande taille sont plus lourds et leur coût peut augmenter avec la course et la taille de l'aimant.

Un critère important dans le choix d'un type d'entraînement est la capacité d'arrêt et l'orientation de montage. Les entraînements à moteur linéaire fonctionnent librement sans alimentation électrique, tandis que les entraînements à vis à billes utilisent le frottement pour amortir le mouvement. Ceci est particulièrement important pour les applications où l'entraînement doit être monté verticalement. Comme une platine à moteur linéaire est pratiquement sans frottement, une coupure de courant entraînerait la chute libre du chariot. De plus, la force de gravité doit toujours être vaincue, ce qui impose une force continue importante au moteur. Les entraînements à vis à billes sont plus adaptés aux applications verticales, car les moteurs linéaires peuvent surchauffer rapidement en fonctionnement vertical ou nécessiter un contrepoids.

Le choix d'un moteur peut impliquer des compromis. Les moteurs rotatifs classiques sont l'option la plus économique, mais ils augmentent l'encombrement du système d'entraînement. Les moteurs linéaires sont plus compacts, mais plus chers car ils comportent davantage d'aimants et nécessitent un codeur linéaire. Les platines à vis à billes peuvent utiliser des codeurs linéaires, mais les codeurs rotatifs, intégrés au moteur et à la vis à billes, sont souvent tout aussi performants et moins coûteux. L'utilisation de moteurs pas à pas ou de servomoteurs présente également des avantages et des inconvénients. Les moteurs pas à pas sont moins chers, mais les servomoteurs offrent de meilleures performances à haute vitesse.

Une option pour une platine à vis à billes est un moteur sans carter. Ce type de moteur est un moteur sans balais standard intégré à la platine. Les aimants du rotor sont collés directement sur l'arbre de la vis à billes et les enroulements du stator sont intégrés à l'extrémité de la platine. Cette configuration élimine le coupleur moteur, ce qui permet un gain de place considérable. L'absence de coupleur réduit l'hystérésis et l'enroulement de la liaison moteur-vis à billes, améliorant ainsi les performances. Les fabricants de platines doivent posséder une expertise en moteurs et codeurs afin de définir la solution globale la plus adaptée à l'application.

Une fois les aspects mécaniques et électriques du mouvement du système bien compris et les étages sélectionnés, les détails du système de commande peuvent être définis. Ce système doit être compatible avec l'électronique d'entraînement, en tenant compte du fait que tous les entraînements ne fournissent pas d'informations de retour sur leurs connecteurs. Idéalement, le contrôleur devrait s'interfacer directement avec les signaux des transducteurs et des actionneurs, sans matériel supplémentaire. Il doit également être suffisamment performant pour boucler les boucles de régulation dans les limites des débits de données du système, ou pour coordonner simultanément le mouvement de plusieurs axes, selon les besoins.