La soppressione delle vibrazioni riduce drasticamente i tempi di assestamento.

In un'operazione pick-and-place ad alta velocità, il tempo di assestamento è nemico della produttività. La velocità è essenziale per l'assemblaggio di grandi volumi. Tuttavia, la velocità crea anche problemi.

In un'operazione di pick-and-place, ad esempio, muoversi rapidamente da un lato all'altro e fermarsi di colpo genera vibrazioni. Per prelevare o posizionare un pezzo con un certo grado di precisione, la macchina deve fermarsi, anche solo per una frazione di secondo, finché le vibrazioni non cessano. Questo è noto come tempo di assestamento e, in un'operazione ad alto volume, quei millisecondi possono accumularsi.

Consideriamo una breve operazione di pick-and-place, 200 millimetri di larghezza, 100 millimetri di profondità e ritorno. Ogni movimento orizzontale richiede 0,5 secondi con un tempo di assestamento di 0,05 secondi, e ogni movimento verticale richiede 0,2 secondi con un tempo di assestamento di 0,05 secondi. Ciò si traduce in 1,6 secondi per pezzo, 37,5 pezzi al minuto o 2.250 pezzi all'ora. Se ogni pezzo vale 0,1 dollari, l'operazione genera un fatturato di 225 dollari all'ora.

Se il tempo di assestamento può essere ridotto da 0,05 a 0,004 secondi, la stessa operazione di pick-and-place richiede ora 1,416 secondi. Ciò si traduce in 42,37 pezzi al minuto o 2.542 pezzi all'ora. Ora, la stessa operazione genera un fatturato di 254,24 dollari all'ora, ovvero 29,24 dollari in più. In un'attività su due turni, sei giorni alla settimana, un risparmio di soli 0,184 secondi nel tempo di assestamento si traduce in 140.353 dollari di fatturato aggiuntivo all'anno!

Gli ingegneri dell'automazione possono affrontare il problema delle vibrazioni e della risonanza delle macchine in diversi modi. Dal punto di vista meccanico, possono progettare una macchina con componenti robusti, tolleranze ristrette e gioco minimo.

In generale, è necessario che il motore sia accoppiato al carico il più strettamente possibile. È necessario ridurre al minimo la cedevolezza meccanica del sistema. Qualsiasi parte mobile tra l'albero motore e il carico, come un giunto o un riduttore, causa cedevolezza. Tutti questi componenti sono soggetti a calore, attrito e usura.

Gli ingegneri possono anche risolvere il problema elettronicamente, tramite l'amplificatore in un sistema servocomandato.

I filtri sono un modo per farlo. I filtri passa-basso attenuano le vibrazioni tra 1.000 e 5.000 hertz. I filtri notch controllano le vibrazioni tra 500 e 1.000 hertz.

Il problema dei filtri è che impongono un limite alla larghezza di banda, limitando la possibilità di sintonizzare il sistema.

Un altro modo per affrontare il problema è la soppressione delle vibrazioni. Il servoamplificatore Sigma-5 di Yaskawa è dotato di un algoritmo esclusivo proprio per questo scopo. L'algoritmo è in grado di sopprimere vibrazioni di 50 hertz o inferiori senza compromettere la larghezza di banda.

La chiave è l'encoder ad alta risoluzione a 20 bit accoppiato al servomotore. Con oltre 1 milione di conteggi per rotazione dell'albero motore, l'encoder è in grado di rilevare anche piccole vibrazioni trasmesse tramite una cinghia o una vite a sfere.

L'algoritmo riceve i segnali di velocità e coppia dall'encoder e regola il segnale di comando per il movimento. Supponiamo di dover comandare un profilo trapezoidale regolare: accelerare, correre a una certa velocità e poi fermarsi. L'amplificatore seguirà il movimento comandato il più fedelmente possibile. Tuttavia, durante il movimento, ogni tipo di vibrazione cercherà di spingere il motore fuori dal suo percorso. L'algoritmo di soppressione delle vibrazioni conosce la forma d'onda di quella vibrazione e regola il segnale di comando nella direzione opposta, essenzialmente annullandola.

La soppressione delle vibrazioni riduce drasticamente i tempi di assestamento, il che si traduce in una maggiore produttività. Consente inoltre agli ingegneri di progettare meccanismi più piccoli e leggeri, riducendo così il costo complessivo della macchina.

Meno vibrazioni significano anche meno usura della macchina. La tua macchina funzionerà in modo più fluido e silenzioso e, in definitiva, durerà più a lungo.