Se costruisci macchine, probabilmente lavori con attuatori e stadi di posizionamento ogni giorno. Ma ottieni davvero le migliori prestazioni o il minor costo di proprietà da questi dispositivi di movimento? La risposta potrebbe non essere quella che ti aspetti.

Troppo spesso, gli ingegneri considerano stadi o attuatori come un semplice elemento da aggiungere alla lista dei materiali. Finché il dispositivo di movimento soddisfa nominalmente i requisiti desiderati di posizionamento, forza, carico utile, velocità e costo, è pronto all'uso.

Con requisiti di movimento semplici, questo approccio alla selezione di stadi o attuatori può produrre risultati accettabili. Tuttavia, le macchine con requisiti di movimento meccanico complessi trarranno vantaggio da una strategia di progettazione del movimento embedded. Anziché un insieme di componenti elettromeccanici, che potrebbero o meno funzionare bene insieme, i sistemi di movimento embedded funzionano come veri e propri sottosistemi macchina plug-and-play.

I sistemi di movimento embedded sono progettati per adattarsi a uno spazio fisico predefinito su una macchina e per integrarsi con il sistema di controllo del movimento della macchina, pronti ad accettare comandi da un'interfaccia computerizzata di livello superiore, una scheda di controllo o un PLC. Nella loro forma più semplice, i sistemi di movimento embedded possono consistere in poco più di una fase o un attuatore che è stato connettorizzato per semplificare l'installazione diretta. Nella loro forma più complessa, questi sottosistemi di movimento si estendono dalla piedinatura al carico utile. Includono non solo il dispositivo di movimento stesso, ma anche tutto ciò che trasporta.

Rispetto a un approccio componente per componente al movimento della macchina, il movimento incorporato offre alcuni vantaggi interessanti:

Prestazioni meccaniche

Anche quando utilizzano lo stesso stadio o attuatore, i sistemi di movimento embedded offrono in genere prestazioni superiori rispetto ai sistemi di movimento basati su componenti. Il motivo è dovuto alla competenza nell'applicazione e nell'assemblaggio. Un buon fornitore di sistemi di movimento embedded avrà anni di esperienza nella risoluzione di complessi problemi di posizionamento e una serie di blocchi di movimento collaudati, personalizzabili per l'attività da svolgere. Avrà inoltre una conoscenza approfondita di come le dinamiche dello stadio, l'architettura di controllo del movimento e l'ambiente operativo influenzeranno i requisiti di posizionamento.

Per quanto riguarda l'assemblaggio, molti costruttori di macchine non dispongono di tecnici qualificati, attrezzature specializzate, interferometri laser e altri sistemi di metrologia necessari per allineare le fasi multiasse più precise, che spesso hanno tolleranze di allineamento tra assi misurate in micron.

Competenza nei controlli

I sistemi di movimento embedded possono essere forniti o meno con controlli di movimento, a seconda delle esigenze del cliente. Tuttavia, una strategia di controllo dovrebbe sempre essere parte integrante dell'equazione del movimento embedded. Un buon fornitore di sistemi di movimento embedded avrà una conoscenza approfondita di come le diverse piattaforme di controllo del movimento e le loro capacità cinematiche interagiranno con i sistemi di movimento meccanici. Questa conoscenza può consentirci di ampliare i limiti di ciò che è possibile in termini di capacità dinamiche, come ad esempio i rapporti di disadattamento di inerzia accettabili.

Affidabilità

Durante la messa in servizio di un nuovo sistema di movimento, alcuni dei problemi più comuni si verificano perché singoli componenti apparentemente di scarsa importanza non funzionano correttamente o non interagiscono correttamente tra loro. Ad esempio, un singolo connettore difettoso o un cavo sbagliato possono bloccare anche la migliore piattaforma di movimento. I sistemi di movimento integrati evitano questo tipo di guasto perché vengono assemblati e testati come un sistema unico prima dell'integrazione nella macchina di produzione. Con i sistemi di movimento composti da singoli componenti, piccoli guasti e incompatibilità possono passare inosservati fino al momento dell'assemblaggio della macchina di produzione.

Riduzione dei costi

I sistemi di movimento integrati costano in genere dal 25 al 50% in meno rispetto alle controparti basate su componenti. Questo risparmio deriva in parte dalla possibilità di ridurre il numero di componenti, ad esempio progettando in modo integrato staffe, connettori e altri componenti. La riduzione dei costi può superare di gran lunga il 50% se si considerano tutti i costi nascosti associati alla costruzione e all'installazione di un sistema di movimento. Questi includono i costi relativi alla progettazione, all'inventario, al time-to-market e altro ancora.

Molti tipi di applicazioni possono trarre vantaggio dal movimento integrato. Abbiamo implementato questo approccio su decine di macchine per semiconduttori, macchine da banco, macchine per taglio laser, macchine per imballaggio e macchine per l'automazione di laboratorio.

I costi nascosti dei sistemi di movimento

I sistemi di movimento basati su componenti presentano una serie di costi nascosti che possono essere eliminati dall'approccio del movimento incorporato, tra cui:

1. Costi di time-to-market. I sistemi di movimento embedded, che supportano intrinsecamente l'ingegneria simultanea, possono ridurre di settimane o addirittura mesi i tempi di sviluppo di una macchina complessa.
2. Costi di gestione di programmi, produzione e materiali. I sistemi di movimento integrati vengono spediti come un unico articolo della distinta base, eliminando centinaia di componenti da ordinare, inventariare e assemblare.
3. Costi di produzione. I sistemi di movimento di precisione richiedono tecnici di assemblaggio qualificati e attrezzature di produzione specializzate, il cui utilizzo non ottimale può essere giustificato a livello economico.
4. Garanzia e costi di guasto. Un buon fornitore di sistemi embedded motion garantirà i propri sistemi contro i guasti e si assumerà la responsabilità del proprio lavoro, riducendo i rischi per l'OEM.

Questa macchina CNC non tradizionale ha tutte le caratteristiche di un'applicazione ideale per il movimento embedded. Richiedeva:

1. Sia i controlli che le competenze meccaniche.L'unione del sistema meccanico con i controlli e gli amplificatori che supportano la complessa cinematica del moto polare ha richiesto un approccio sistemico e mesi di test. Abbiamo anche dovuto sviluppare una serie di tecniche e strumenti di allineamento per realizzare questo nuovo sistema CNC.

2. Design compatto, facile integrazione.Lo spazio era prezioso su questa macchina CNC di dimensioni desktop. Il design del modulo servo Rotary, caratterizzato da un ampio foro passante senza ostacoli, ci ha permesso di utilizzare lo spazio disponibile in modo efficiente. I fori passanti da 100 mm hanno facilitato il passaggio dell'aria compressa direttamente al mandrino, l'integrazione di un indicizzatore di materiale sul lato del pezzo in lavorazione e la realizzazione di tutti i collegamenti elettrici necessari.

3. Contenimento dei costi.Un aspetto interessante di questo sistema di movimento embedded è che non è più complesso del necessario. Il principale requisito funzionale riguardava la finitura superficiale, non la precisione di posizionamento. Le esigenze di posizionamento sono in realtà piuttosto modeste, almeno per i nostri standard. Siamo quindi riusciti a rinunciare agli encoder a lettura diretta e a far funzionare l'intero sistema in modalità open-loop. Ciò ha fatto risparmiare al nostro cliente migliaia di dollari per macchina.

Introduzione a Embedded Motion

Il passaggio dai sistemi di movimento componente per componente ai sistemi di movimento embedded può sembrare un atto di fede. Dopotutto, si esternalizzerà il controllo del movimento a un fornitore.

Scegliendo il fornitore giusto, tuttavia, l'outsourcing si ripagherà con prestazioni e affidabilità migliorate. Anche i costi diminuiranno, poiché i sottosistemi di movimento arriveranno al vostro stabilimento completamente testati, garantiti e pronti per essere integrati nella vostra macchina.