Comment «LOSTPED» peut-il vous aider ?

De l'emballage et de la manutention des matériaux à la fabrication de semi-conducteurs et à l'assemblage automobile, pratiquement tous les processus de fabrication intègrent un type de mouvement linéaire, et à mesure que les fabricants se familiarisent avec la flexibilité et la simplicité des systèmes de mouvement linéaire modulaires, ces systèmes — qu'il s'agisse de systèmes robotiques cartésiens à un, deux ou trois axes complets — trouvent leur place dans les domaines de la production.

Une erreur fréquente des ingénieurs et concepteurs lors du dimensionnement et de la sélection de systèmes de mouvement linéaire est de négliger les exigences critiques de l'application finale. Cela peut entraîner, dans le pire des cas, des modifications et des reprises coûteuses, mais aussi, souvent, un système surdimensionné, plus onéreux et moins performant que prévu. Face à la multitude de solutions possibles, la conception d'un système de mouvement linéaire peut vite devenir complexe. Quelle charge le système devra-t-il supporter ? À quelle vitesse devra-t-il se déplacer ? Quelle est la conception la plus économique ?

Toutes ces questions, et bien d'autres, ont été prises en compte lorsque le groupe Technologies de mouvement linéaire et d'assemblage de Bosch Rexroth a développé « LOSTPED », un acronyme simple qui guide l'ingénieur ou le concepteur dans la collecte des informations nécessaires pour spécifier les composants ou modules de mouvement linéaire appropriés à toute application donnée.

QU'EST-CE QUI EST PERDU ?

LOSTPED signifie Charge, Orientation, Vitesse, Course, Précision, Environnement et Cycle de service. Chaque lettre de l'acronyme LOSTPED représente un facteur essentiel à prendre en compte lors du dimensionnement et de la sélection d'un système de mouvement linéaire. Par exemple, la charge impose des contraintes différentes au système de roulements lors des phases d'accélération et de décélération, par rapport aux mouvements à vitesse constante. À mesure que les solutions de mouvement linéaire évoluent des composants individuels vers des modules linéaires complets ou des systèmes cartésiens, les interactions entre les composants du système (guides à roulements linéaires et entraînements par vis à billes, courroie ou moteur linéaire) se complexifient, rendant la conception du système adéquat plus difficile. L'acronyme LOSTPED peut aider les concepteurs à éviter les erreurs en leur rappelant simplement de considérer tous les facteurs interdépendants lors du développement et de la spécification du système.

COMMENT UTILISER LOSTPED

Vous trouverez ci-dessous la description de chaque facteur LOSTPED, ainsi que les questions clés à se poser pour déterminer les critères de dimensionnement et de sélection d'un système de mouvement linéaire.

CHARGER

La charge désigne le poids ou la force appliquée au système. Tous les systèmes de mouvement linéaire sont soumis à une forme de charge, comme les forces verticales lors de la manutention de matériaux ou les forces axiales lors du perçage, du pressage ou du vissage. D'autres applications sont soumises à une charge constante, comme la manutention de plaquettes de semi-conducteurs, où un conteneur FOUP (Front-Opening Unified Pod) est transporté d'un emplacement à l'autre pour le dépôt et le retrait. Un troisième type de charge est caractérisé par des variations, comme dans le cas d'un système de distribution médicale, où un réactif est déposé successivement dans une série de pipettes, réduisant ainsi la charge à chaque étape.

Lorsqu'on considère la charge, il est important de s'intéresser également au type d'outil qui sera utilisé au bout du bras pour la saisir ou la transporter. Bien que cela ne soit pas directement lié à la charge, des erreurs à ce niveau peuvent s'avérer coûteuses. Par exemple, lors de la manipulation d'une pièce très sensible, l'utilisation d'une pince inadaptée peut l'endommager.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• Quelle est la source de la charge et comment est-elle orientée ?
• Existe-t-il des précautions particulières à prendre lors de la manipulation ?
• Quel poids ou quelle force faut-il gérer ?
• La force est-elle une force descendante, une force de décollage ou une force latérale ?

ORIENTATION

L'orientation, c'est-à-dire la position relative ou la direction d'application de la force, est également importante, mais souvent négligée. Certains types de modules ou d'actionneurs linéaires peuvent supporter des charges verticales plus importantes que des charges latérales grâce au système de guidage linéaire utilisé dans leur conception. D'autres modules, utilisant des guidages linéaires différents, peuvent supporter les mêmes charges dans toutes les directions.

Le module compact CKK de Rexroth, par exemple, utilise un système de guidage à double rail à billes et est fréquemment employé dans les applications nécessitant des charges latérales ou axiales. La plupart des fournisseurs de systèmes de mouvement linéaire de haute qualité proposent des modules et des actionneurs adaptés à diverses situations ; il est donc essentiel de vérifier que les modules spécifiés peuvent supporter les charges requises dans l’orientation nécessaire au bon fonctionnement de l’application.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• Comment le module linéaire ou l'actionneur est-il orienté ?
• Est-ce horizontal, vertical ou à l'envers ?
• Quelle est l'orientation de la charge par rapport au module linéaire ?
• La charge va-t-elle provoquer un moment de roulis ou de tangage sur le module linéaire ?

VITESSE

La vitesse et l'accélération influent également sur le choix d'un système de mouvement linéaire. Une charge appliquée engendre des forces très différentes sur le système lors des phases d'accélération et de décélération, comparativement à un déplacement à vitesse constante. Le type de profil de déplacement (trapézoïdal ou triangulaire) doit également être pris en compte, car l'accélération nécessaire pour atteindre la vitesse ou la durée de cycle souhaitée dépend du type de déplacement requis. Un profil de déplacement trapézoïdal implique une accélération rapide de la charge, suivie d'un déplacement à vitesse relativement constante pendant un certain temps, puis d'un ralentissement. Un profil de déplacement triangulaire, quant à lui, implique une accélération et une décélération rapides de la charge, comme dans les applications de levage et de dépôt point à point. La vitesse et l'accélération sont également des facteurs déterminants pour le choix du système d'entraînement linéaire approprié, généralement une vis à billes, une courroie ou un moteur linéaire.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• Quelle vitesse ou quel temps de cycle faut-il atteindre ?
• S'agit-il d'une vitesse constante ou d'une vitesse variable ?
• Quel sera l'impact de la charge sur l'accélération et la décélération ?
• Le profil du mouvement est-il trapézoïdal ou triangulaire ?
• Quel système d'entraînement linéaire répondra le mieux aux besoins de vitesse et d'accélération ?

VOYAGE

Le terme « course » désigne la distance ou l’amplitude du mouvement. Il convient de tenir compte non seulement de la distance parcourue, mais aussi du dépassement de course. Prévoir une certaine « course de sécurité », ou un espace supplémentaire, en fin de course garantit la sécurité du système en cas d’arrêt d’urgence.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• Quelle est la distance (amplitude de mouvement) ?
• Quel surcourse peut être nécessaire lors d'un arrêt d'urgence ?

PRÉCISION

La précision est un terme générique souvent employé pour définir la justesse de déplacement (comportement du système lors de son passage du point A au point B) ou la précision de positionnement (précision avec laquelle le système atteint la position cible). Elle peut également désigner la répétabilité. Comprendre la différence entre ces trois termes – justesse de déplacement, précision de positionnement et répétabilité – est souvent essentiel pour garantir que le système réponde aux spécifications de performance et qu'il ne compense pas excessivement un niveau de précision potentiellement inutile.

La principale raison de bien cerner les exigences de précision réside dans le choix du mécanisme d'entraînement : transmission par courroie, vis à billes ou moteur linéaire. Chaque type présente des compromis entre précision, vitesse et capacité de charge, et le choix optimal dépend principalement de l'application.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• Quelle importance revêtent la précision du déplacement, la précision du positionnement et la répétabilité dans l'application ?
• La précision est-elle plus importante que la vitesse ou d'autres facteurs LOSTPED ?

ENVIRONNEMENT

L'environnement désigne les conditions environnantes dans lesquelles le système est censé fonctionner. Par exemple, les températures extrêmes peuvent affecter les performances des composants en plastique et la lubrification du système, tandis que la saleté, les liquides et autres contaminants peuvent endommager les chemins de roulement et les éléments porteurs.

Il s'agit d'un facteur de performance souvent négligé, mais qui peut avoir une incidence considérable sur la durée de vie d'un système de mouvement linéaire. Des options telles que des joints d'étanchéité et des revêtements spéciaux peuvent contribuer à prévenir les dommages causés par ces facteurs environnementaux. De plus, des options telles qu'une lubrification spéciale et une pression d'air positive peuvent rendre le module ou l'actionneur adapté à une utilisation en salle blanche.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• Quels types de dangers ou de contaminants sont présents — températures extrêmes, saletés, poussières, liquides, etc. ?
• À l'inverse, le système de mouvement linéaire lui-même constitue-t-il une source potentielle de contaminants pour l'environnement (ESD, lubrifiants ou particules) ?

CYCLE DE SERVICE

Le facteur de marche correspond au temps nécessaire pour effectuer un cycle de fonctionnement complet. Dans tous les actionneurs linéaires, la durée de vie du système final est généralement déterminée par les composants internes. La durée de vie des roulements à l'intérieur d'un module, par exemple, est directement influencée par la charge appliquée et par le facteur de marche auquel ils sont soumis. Un système de mouvement linéaire peut être capable de répondre aux six critères précédents, mais s'il fonctionne en continu 24 h/24 et 7 j/7, sa durée de vie sera bien plus courte que s'il fonctionne seulement huit heures par jour, cinq jours par semaine. Le rapport entre le temps de fonctionnement et le temps de repos influe sur l'échauffement interne du système de mouvement linéaire et a un impact direct sur sa durée de vie et son coût total de possession. Anticiper ces problèmes permet d'économiser du temps et d'éviter des désagréments ultérieurs, car les pièces d'usure telles que les courroies peuvent être facilement stockées pour le remplacement.

QUESTIONS CLÉS À POSER :

• À quelle fréquence le système est-il utilisé, y compris les temps d'arrêt entre les coups ou les mouvements ?
• Combien de temps le système doit-il durer ?

QUELQUES DERNIERS CONSEILS

Outre LOSTPED, les concepteurs devraient consulter un distributeur reconnu ou le service d'ingénierie d'application du fabricant. Ces interlocuteurs possèdent généralement une vaste expérience des applications, dont beaucoup sont similaires à celle recherchée. Ils peuvent ainsi faire gagner un temps précieux et proposer des solutions permettant de réduire les coûts en anticipant les problèmes potentiels. L'objectif final étant d'obtenir le meilleur système de mouvement linéaire possible au coût total de possession le plus bas, les ingénieurs d'application qualifiés, familiers avec LOSTPED, peuvent garantir à leurs clients l'obtention de ce résultat.