La soppressione delle vibrazioni riduce drasticamente i tempi di assestamento.

Nelle operazioni di prelievo e posizionamento ad alta velocità, il tempo di assestamento è nemico della produttività. La velocità è essenziale per l'assemblaggio ad alto volume. Tuttavia, la velocità crea anche problemi.

In un'operazione di prelievo e posizionamento, ad esempio, il rapido spostamento laterale e l'arresto improvviso generano vibrazioni. Per prelevare o posizionare un pezzo con una certa 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, questi millisecondi possono sommarsi.

Consideriamo una breve operazione di prelievo e posizionamento, di 200 millimetri in larghezza, 100 millimetri in altezza 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 ricavo di 225 dollari all'ora.

Se il tempo di assestamento si riduce da 0,05 a 0,004 secondi, la stessa operazione di prelievo e posizionamento 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, risparmiare solo 0,184 secondi di 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 preferibile che il motore sia accoppiato al carico nel modo più stretto e preciso possibile. L'obiettivo è 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 affrontare il problema elettronicamente tramite l'amplificatore in un sistema servoassistito.

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. Questo limita la precisione con cui è possibile ottimizzare il sistema.

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

Il segreto sta nell'encoder ad alta risoluzione a 20 bit accoppiato al servomotore. Con oltre un milione di impulsi per rotazione dell'albero motore, l'encoder è in grado di rilevare anche le minime vibrazioni trasmesse tramite una cinghia o una vite a ricircolo di sfere.

L'algoritmo riceve i segnali di velocità e coppia dall'encoder e regola il segnale di comando per il movimento. Supponiamo di voler comandare un profilo trapezoidale regolare: accelerare, raggiungere una certa velocità e poi fermarsi. L'amplificatore seguirà il movimento comandato nel modo più preciso possibile. Tuttavia, durante il movimento, ogni tipo di vibrazione tenderà a deviare il motore dalla sua traiettoria. L'algoritmo di soppressione delle vibrazioni riconosce la forma d'onda di tali vibrazioni e regola il segnale di comando nella direzione opposta, annullandole di fatto.

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 il costo complessivo della macchina.

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