La soppressione delle vibrazioni riduce drasticamente il tempo 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 volumi elevati. Tuttavia, anche la velocità crea problemi.

In un'operazione di pick-and-place, ad esempio, spostarsi rapidamente da un lato all'altro e fermarsi in un attimo provoca vibrazioni. Per prelevare o posizionare un pezzo con qualsiasi tipo 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, questi millisecondi possono sommarsi.

Considera una breve operazione di prelievo e posizionamento, 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 parte, 37,5 parti al minuto o 2.250 parti all'ora. Se ogni parte vale $ 0,1, l'operazione produce $ 225 di entrate l'ora.

Se il tempo di assestamento può essere ridotto 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 parti al minuto o 2.542 parti all’ora. Ora, la stessa operazione genera entrate per 254,24 dollari l’ora, ovvero 29,24 dollari in più. In un'operazione su due turni, sei giorni alla settimana, il risparmio di soli 0,184 secondi nel tempo di assestamento si traduce in 140.353 dollari di entrate aggiuntive 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 strette e gioco minimo.

In generale, si desidera che il motore sia accoppiato il più strettamente possibile al carico. Desideri ridurre al minimo la conformità meccanica nel tuo sistema. Qualsiasi parte mobile tra l'albero motore e il carico, come un giunto o un riduttore, provoca la conformità. Tutti questi componenti sono sensibili al calore, all'attrito e all'usura.

Gli ingegneri possono anche risolvere il problema elettronicamente attraverso 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 con i filtri è che pongono un limite alla larghezza di banda. Ciò limita la precisione con cui è possibile ottimizzare il sistema.

Un altro modo per affrontare il problema è attraverso la soppressione delle vibrazioni. Il servoamplificatore Sigma-5 di Yaskawa è dotato di un algoritmo unico proprio per questo. L'algoritmo può sopprimere le vibrazioni di 50 hertz o meno senza compromettere la larghezza di banda.

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

L'algoritmo prende i segnali di velocità e coppia dall'encoder e regola il segnale di comando per il movimento. Supponiamo che tu stia comandando un profilo trapezoidale regolare: accelera, corri a una certa velocità e poi fermati. L'amplificatore seguirà il movimento comandato il più fedelmente possibile. Ma durante lo spostamento, ogni tipo di vibrazione cercherà di spostare 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, sostanzialmente annullandolo.

La soppressione delle vibrazioni riduce drasticamente il tempo 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.