Les industries électroniques, optiques, informatiques, d'inspection, d'automatisation et de laser nécessitent diverses spécifications de système de positionnement.Aucun système ne convient à tous.

Pour s'assurer qu'un système de positionnement à haute précision fonctionne de manière optimale, les composants qui composent le système - roulements, système de mesure de position, système moteur et conduite et contrôleur - doivent tous travailler ensemble ainsi que possible pour répondre aux critères d'application.

Base et roulement

Pour décider de la configuration optimale du système, considérez d'abord la partie mécanique du système. Pour les étapes linéaires, ce sont les quatre choix de conception de base et de non-porteurs:
• Base d'aluminium et glissez avec des manières de bolton.
• Base en aluminium ou en acier et côté en aluminium ou en acier avec quatre blocs de roulement à rouleaux de recirculation sur des rails en acier.
• Méehanite Base en fonte et glissez avec des manières intégrales de roulements.
• Guides de granit avec glissière de granit ou en fonte et roulements d'air.

L'aluminium est plus léger que la meehanite ou l'acier mais moins rigide, moins stable, moins capable de prendre un battement et moins résistant aux contraintes. De plus, l'aluminium est beaucoup plus sensible aux changements de température. La fonte est plus rigide à 150% que l'aluminium et 300% mieux dans l'amortissement des vibrations. L'acier est durable et plus fort que le fer. Cependant, il subit une sonnerie prolongée, ce qui est préjudiciable à un mouvement rapide et à régler les temps.

Les guides de granit avec des roulements à air fournissent la combinaison la plus rigide et la plus durable. Le granit peut être poli pour la planéité et la rectitude dans la gamme submicronique. L'inconvénient d'une table de granit est qu'en raison de la masse du granit, il a une enveloppe spatiale plus grande et pèse plus qu'un système de positionnement en acier ou en fer. Cependant, comme il n'y a pas de contact entre les roulements et les surfaces des guites du granit, il n'y a pas d'usure et les roulements à air sont en grande partie auto-nettoyant. De plus, le granit a d'excellentes caractéristiques d'amortissement des vibrations et la stabilité thermique.

De plus, la conception du tableau lui-même est importante dans les performances globales du tableau. Les tables sont disponibles dans une variété de configurations à partir d'unités à boulon avec de nombreuses pièces à des bases et des diapositives simples. L'utilisation d'un matériau dans tout le tableau fournit généralement une réponse plus uniforme aux variations de température, conduisant à un système plus précis. Des caractéristiques telles que les nervures fournissent un amortissement, ce qui permet de se stabiliser rapidement.

Les moyens intégraux ont un avantage sur les façons boulonnées en ce qui, même après une longue période, aucun ajustement de façons de précharge n'est nécessaire.

Les roulements à rouleaux croisés ont un contact de ligne entre le rouleau et le chemin de course, tandis que les roulements à billes ont un contact point entre balle et raceway. Cela se traduit généralement par un mouvement plus lisse pour les roulements à rouleaux. Il y a moins de déformation de surface (et d'usure) sur la surface de roulement et il y a une plus grande zone de contact, donc la charge est distribuée plus uniformément. Les charges allant jusqu'à 4,5 à 14 kg / rouleaux sont standard, ainsi qu'une rigidité mécanique élevée d'environ 150 à 300 newtons / micron. Les inconvénients incluent la friction inhérente au contact de la ligne.

Cependant, la petite zone de contact qui limite le frottement du roulement à billes limite également sa capacité de charge. Les roulements à rouleaux ont généralement des vies plus longues que les roulements à billes. Cependant, les roulements à rouleaux coûtent plus cher.

Les tailles de table standard d'un fabricant comprennent une longueur de 25 à 1 800 mm et une largeur de diapositive de 100 à 600 mm.

Une configuration de roulement d'air se compose de roulements de portance et de guidage préchargés par des roulements d'air opposés ou par des aimants à terre rare à haute force inclus dans les membres de l'essentiel. Cette conception sans contact évite le frottement d'autres conceptions de roulements. De plus, les roulements à air ne souffrent pas d'usure mécanique. De plus, les roulements d'air peuvent être largement espacés. Ainsi, les erreurs géométriques qui en résultent sont moyennées, produisant des écarts angulaires de moins de 1 seconde d'arc et la rectitude de mieux que 0,25 micron sur 200 mm.

Les valeurs numériques sont difficiles à fournir - elles dépendent de nombreux facteurs. Par exemple, la précision de positionnement dépend non seulement des roulements ou des guides, mais également du système de mesure de position et du contrôleur. Le frottement dans un système de positionnement dépend non seulement du système d'entraînement que vous avez choisi, mais aussi du réglage des roulements, de la scellage de la table, de la lubrification, etc. Par conséquent, les valeurs exactes qui peuvent être atteintes dépendent beaucoup de la combinaison de tous les composants, qui à son tour dépend de l'application.

Système d'entraînement

Parmi les nombreux types de systèmes d'entraînement - courroie, rack-and-pinion, vis de plomb, vis de bille de précision et moteur linéaire - seuls les deux derniers sont considérés pour la plupart des systèmes de positionnement à haute précision.

Les parasites à billes sont disponibles dans une gamme de caractéristiques de résolution, de précision et de rigidité et peuvent fournir des vitesses élevées (supérieures à 250 mm / sec). Cependant, comme le lecteur de vis à billes est limité par la vitesse rotative critique de la vis, une vitesse plus élevée nécessite une hauteur inférieure, avec moins d'avantages mécaniques et un moteur plus haut de gamme. Cela signifie généralement passer à un entraînement de moteur plus puissant avec une tension de bus plus élevée. Les parasites à billes, bien que largement utilisées, peuvent également subir des réactions mécaniques, une liquidation, des erreurs cycliques de tangage et des frottements. La rigidité du couplage mécanique qui rejoint le moteur et la conduite.

Avec le servomoteur linéaire, la force électromagnétique engage directement la masse mobile sans connexion mécanique. Il n'y a pas d'hystérésis mécanique ou d'erreur cyclique de hauteur. La précision dépend entièrement du système de roulement et du système de contrôle de rétroaction.

La rigidité dynamique indique dans quelle mesure un système de servo maintient la position en réponse à une charge impulsionnelle. En général, une large bande passante et un gain plus élevé offrent une plus grande rigidité dynamique. Cela peut être quantifié en divisant la charge d'impulsion mesurée par la distance de déviation:

Rigidité dynamique = Δf / Δx

La rigidité élevée et la fréquence naturelle élevée entraînent un excellent comportement de servo avec de courts temps de stage. La diapositive réagit rapidement pour changer les commandes de position car il n'y a pas de liaison mécanique entre le moteur et la diapositive. De plus, parce qu'il n'y a pas de «sonnerie» de vis de balle, des temps de mouvement et de règlement rapide peuvent être atteints.

Un moteur linéaire sans balais se compose d'un ensemble aimant permanent fixé à la base de la machine, et un ensemble de bobines fixé à la glissière. Un espace d'environ 0,5 mm est maintenu entre l'assemblage de la bobine et les aimants. Il n'y a pas de contact physique entre les deux assemblages.

Le cœur de l'assemblage de bobines mobiles abrite une série de bobines de cuivre chevauchées et isolées. Ce sont des blessures de précision et lancées pour un fonctionnement triphasé. Une série de capteurs d'effet Hall est utilisée pour la commutation électronique. La conception de l'électronique de commutation fournit un mouvement avec une ondulation de force négligeable. Parce que la commutation est électronique plutôt que mécanique, l'arc de commutation est éliminé.

Ces propriétés rendent un servomoteur linéaire utile dans les applications nécessitant une accélération élevée (disons 2,5 m / sec2 ou plus), une vitesse élevée (disons 2 m / sec ou plus) ou un contrôle de vitesse précis, même avec une très faible vitesse (par exemple quelques mm / sec). De plus, un tel moteur n'a pas besoin de lubrification ni autre entretien et n'a aucune usure. Comme pour tout autre moteur, en raison de la dissipation de la chaleur, la valeur RMS de la force continue ou du courant ne doit pas dépasser les valeurs admissibles pendant de longues périodes.

Vous pouvez obtenir des servomoteurs linéaires dans des forces de conduite continues de 25 à plus de 5 000 N. La plupart des moteurs plus grands ont un refroidissement à l'air ou à l'eau. Plusieurs moteurs linéaires peuvent être connectés dans une disposition parallèle ou série pour obtenir des forces de conduite plus élevées.

Parce qu'il n'y a pas de liaison mécanique entre le moteur et la diapositive, il n'y a pas de réduction mécanique telle qu'il y en a avec une vis à billes. La charge transfère dans un rapport 1: 1 au moteur. Avec un lecteur de vis à billes, l'inertie de chargement sur la glissière vers le moteur est réduite par le carré du rapport de réduction. Cela rend le lecteur de moteur linéaire moins adapté aux applications avec des modifications de charge fréquentes, sauf si vous choisissez un contrôleur que vous pouvez programmer avec différents ensembles de paramètres de contrôle du moteur correspondant à différentes charges pour obtenir une compensation de servo efficace.

Pour de nombreuses applications verticales, une vis à billes est plus facile et plus rentable - le moteur linéaire doit être sous tension en continu pour compenser la gravité. En outre, un frein électromécanique peut verrouiller la position de la table lorsque l'alimentation est désactivée. Vous pouvez cependant utiliser un moteur linéaire si vous compensez le moteur et le poids de charge avec un saut à ressort, un contrepoids ou un cylindre à air.

Dans le coût initial, il y a peu de différence entre un entraînement de moteur linéaire et un lecteur de vis à billes qui comprend le moteur, les accouplements, les roulements, les blocs de roulement et la vis à billes. En général, un moteur linéaire de type pinceau est légèrement moins cher qu'un lecteur de vis à billes, et les versions sans balais sont généralement un peu plus chères.

Il y a plus à considérer que le coût initial. Une comparaison plus réaliste comprend les coûts de maintenance, de fiabilité, de durabilité et de remplacement, y compris la main-d'œuvre. Ici, le moteur linéaire montre bien.

La partie 2 couvrira les systèmes de mesure de position.