Per quanto sofisticato sia il tuo sistema di controllo del movimento, non potrà mai compensare un sistema elettromeccanico progettato male.

I sistemi di controllo del movimento sono costituiti da tre componenti principali: il meccanismo di posizionamento, l'elettronica di azionamento del motore e il controllore di movimento. Ciascuno di questi componenti deve essere selezionato con cura, ma per ottenere i migliori risultati del sistema, è consigliabile progettare prima il meccanismo di posizionamento. Se il meccanismo non è in grado di soddisfare i requisiti, gli azionamenti e il controllore di movimento non potranno compensare la mancanza.

Il primo passo nella progettazione di qualsiasi sistema di movimentazione consiste nel descrivere e comprendere a fondo il processo. A partire da questa descrizione, è necessario stilare un elenco dei parametri prestazionali dei componenti. Questo elenco include parametri di primo ordine come il numero di assi, la corsa di ciascun asse, la precisione del movimento (inclusi risoluzione, ripetibilità e accuratezza), la capacità di carico utile e le dimensioni fisiche delle fasi. Parametri meno ovvi, ma altrettanto importanti, includono vincoli o problematiche ambientali, la scelta dell'azionamento, il funzionamento in diverse orientazioni, la gestione dei cavi nelle configurazioni multiasse, la pianificazione del ciclo di vita e la facilità di integrazione. Una rapida analisi di questi parametri mostra che sono tutti correlati al meccanismo di posizionamento e, pertanto, una valutazione approfondita di questi componenti è fondamentale per il successo del progetto.

La domanda di autorizzazione definirà se la piattaforma di posizionamento è lineare, rotativa o se integra una combinazione di piattaforme in un sistema multiasse. Anche in applicazioni monoasse relativamente semplici, ci sono molte considerazioni da fare. I carichi sono un aspetto fondamentale di questo profilo, poiché fattori come il peso del carico utile e lo spostamento (centro di gravità) possono influire notevolmente sui requisiti di movimento. Bisogna considerare i pesi di carico tipici e massimi, nonché la distanza massima e minima che la piattaforma deve percorrere, le velocità di traslazione richieste e l'accelerazione.

È importante considerare la piattaforma come parte integrante del sistema più ampio. Il modo in cui la piattaforma viene montata e la struttura di supporto, ad esempio, hanno un impatto significativo sulle sue prestazioni e sulla sua capacità di soddisfare le specifiche. Ad esempio, in un'applicazione di ispezione ad alta velocità in cui i campioni oscillano rapidamente avanti e indietro sotto una telecamera, una piattaforma di posizionamento lineare deve essere montata su una struttura in grado di resistere all'"effetto agitatore" del carico in movimento. Allo stesso modo, una piattaforma lineare a lunga corsa selezionata per l'elevata precisione di planarità deve essere montata su una superficie adeguatamente piana per evitare distorsioni dovute all'adattamento della piattaforma a una superficie non piana.

Quando si definiscono le specifiche del sistema di posizionamento, è importante considerare anche i requisiti di durata. Se tali requisiti cambiano nel corso della vita utile della macchina, il sistema potrebbe uscire dalle tolleranze del sistema di posizionamento, compromettendo la precisione, la produttività e l'affidabilità della macchina. Come per qualsiasi componente mobile, le capacità di posizionamento possono variare con l'utilizzo prolungato. Assicurarsi che il sistema di posizionamento sia dimensionato per soddisfare i requisiti di movimento per tutta la durata di vita prevista della macchina.

Altri fattori che influenzano il sistema includono le dimensioni e i vincoli ambientali. È necessario considerare sia i vincoli di dimensione orizzontale che verticale. I fattori che possono influenzare l'ingombro totale del sistema includono la presenza o meno di componenti meccanici esterni o interni e la gestione del cablaggio. I vincoli ambientali possono includere applicazioni in camera bianca, in cui le parti mobili della macchina devono generare poche particelle, o ambienti contaminati, dove le particelle presenti nell'aria possono causare un attrito eccessivo all'interno del sistema e compromettere l'affidabilità e le prestazioni. La temperatura di esercizio è un fattore ambientale chiave che può influenzare drasticamente le prestazioni del sistema. Una variazione di temperatura di appena due o tre gradi può causare un'espansione sufficiente a modificare le tolleranze del sistema.

Molte applicazioni richiedono un movimento su più assi. In un sistema multiasse, gli stadi devono essere impilati per consentire il movimento in diverse direzioni. Un sistema di ispezione di wafer di silicio, ad esempio, potrebbe necessitare di un movimento lineare.XEYmovimento così come rotazionethetaIn tali sistemi, è importante considerare come la geometria influisca sulle tolleranze del resto del sistema. Ad esempio, con due stadi sovrapposti, lo stadio superiore può flettersi alle estremità della sua corsa. La flessione dello stadio superiore è funzione del carico a sbalzo sullo stadio inferiore. Questa flessione deve essere presa in considerazione oppure si dovrebbe valutare una configurazione diversa. Il produttore degli stadi deve garantire che le specifiche degli stadi sovrapposti soddisfino i requisiti dell'applicazione.

Nei sistemi a più stadi, la gestione dei cavi può diventare un problema logistico e di affidabilità. I ​​cavi sono spesso trascurati, ma possono influenzare la durata, la geometria e le prestazioni del sistema. Rivolgetevi al produttore dello stadio per soluzioni di cablaggio innovative. Queste potrebbero includere l'integrazione dei cavi internamente per ridurre l'attrito e la resistenza, oppure l'utilizzo di un'unica interfaccia per cavi esterna anziché connettori esterni per una maggiore flessibilità.

La scelta del sistema di azionamento è un elemento chiave. I due tipi di azionamento più comuni sono le viti a ricircolo di sfere e i motori lineari. Le viti a ricircolo di sfere sono economiche e facili da comprendere. Grazie allo smorzamento naturale, sono facili da controllare e si può facilmente aggiungere un freno. D'altra parte, l'attrito meccanico può rendere difficile mantenere una velocità costante. In alcune condizioni, come temperature o umidità estreme, il passo della vite a ricircolo di sfere può variare e influire sulla precisione. Se gli effetti termici rappresentano un problema, potrebbe essere necessario un encoder lineare oppure uno stadio con motore lineare potrebbe essere una scelta migliore.

I sistemi di azionamento dei motori lineari sono costituiti da una pista magnetica e da un gruppo di bobine. La pista magnetica è in genere fissa e consiste in una serie di magneti permanenti montati su un substrato di acciaio. Il gruppo di bobine contiene tutti gli avvolgimenti in rame e in genere è montato sul carrello di scorrimento. Alcuni stadi di motori lineari hanno i magneti permanenti sul gruppo del carrello di scorrimento per semplificare il cablaggio, ma la lunghezza dei magneti limita la corsa di questi sistemi.

I motori lineari sono generalmente più adatti per carichi da leggeri a moderati in applicazioni ad alta velocità, velocità costante o con lunghe corse. I motori lineari hanno una capacità di corsa molto maggiore rispetto ai sistemi a vite a ricircolo di sfere perché non si flettono all'aumentare della lunghezza della corsa. Possono fornire un migliore controllo della velocità, ma la bobina mobile e l'elettronica dell'encoder lineare rendono la gestione dei cavi più complessa. Inoltre, i motori lineari di grandi dimensioni sono più pesanti e possono diventare costosi all'aumentare della lunghezza della corsa e delle dimensioni del magnete.

Un aspetto importante da considerare nella scelta del tipo di azionamento è la capacità di arresto e l'orientamento di montaggio. Gli azionamenti con motore lineare si muovono liberamente senza alimentazione, mentre gli azionamenti con vite a ricircolo di sfere utilizzano l'attrito per smorzare il movimento. Questo è particolarmente importante nelle applicazioni in cui l'azionamento deve essere montato verticalmente. Poiché uno stadio con motore lineare è praticamente privo di attrito, una perdita di alimentazione causerebbe la caduta libera del carrello. Inoltre, la forza di gravità deve essere sempre vinta, il che impone al motore un elevato carico di forza continuo. Gli azionamenti con vite a ricircolo di sfere sono più adatti per applicazioni verticali, poiché i motori lineari possono surriscaldarsi rapidamente se utilizzati in verticale o potrebbero richiedere un contrappeso.

La scelta di un motore può comportare dei compromessi. I comuni motori rotativi sono l'opzione meno costosa, ma aumentano l'ingombro del sistema di azionamento. I motori lineari occupano meno spazio ma sono più costosi perché hanno più magneti rispetto a un motore rotativo e richiedono un encoder lineare. Gli stadi azionati da viti a ricircolo di sfere possono utilizzare encoder lineari, ma gli encoder rotativi sul motore e sulla vite a ricircolo di sfere spesso funzionano altrettanto bene e costano meno. Anche l'utilizzo di motori passo-passo o servomotori comporta dei compromessi. I motori passo-passo sono meno costosi, ma i servomotori offrono prestazioni migliori alle alte velocità.

Un'opzione per una piattaforma azionata da vite a ricircolo di sfere è un motore senza telaio. Un motore senza telaio è un motore brushless standard integrato nella piattaforma. I magneti del rotore sono fissati direttamente all'albero della vite a ricircolo di sfere e gli avvolgimenti dello statore sono integrati all'estremità della piattaforma. Questa configurazione elimina l'accoppiatore del motore, con un conseguente risparmio di spazio. L'assenza dell'accoppiatore riduce l'isteresi e l'avvolgimento del collegamento motore-vite a ricircolo di sfere, migliorando le prestazioni. I produttori di piattaforme dovrebbero fornire la propria competenza su motori ed encoder per contribuire a definire la soluzione complessiva migliore per l'applicazione.

Una volta compresi a fondo gli aspetti meccanici ed elettrici del movimento del sistema e selezionate le fasi, è possibile definire i dettagli del sistema di controllo. Il sistema di controllo deve essere compatibile con l'elettronica dell'azionamento, prestando particolare attenzione al fatto che non tutti gli azionamenti forniscono informazioni di feedback sui loro connettori. Idealmente, il controllore dovrebbe interfacciarsi direttamente con i segnali del trasduttore e dell'attuatore senza hardware aggiuntivo. Il controllore dovrebbe inoltre avere prestazioni sufficienti per chiudere gli anelli di controllo entro le frequenze di trasmissione dati naturali del sistema, o per coordinare simultaneamente il movimento di più assi di movimento a seconda delle necessità.