Non importa quanto sofisticato il tuo controller di movimento, non può superare un sistema elettromeccanico mal progettato.

I sistemi di controllo del movimento sono costituiti da tre componenti principali: il meccanismo di posizionamento, l'elettronica di azionamento del motore e il controller di movimento. Ognuno di questi componenti dovrebbe essere accuratamente selezionato, ma per i migliori risultati del sistema, pianificare prima il meccanismo di posizionamento. Se il meccanismo non è in grado di soddisfare i requisiti, le unità e il controllore di movimento non possono compensare la differenza.

Il primo passo nella progettazione di qualsiasi sistema di movimento è descrivere e comprendere completamente il processo. Fai un elenco di parametri delle prestazioni dei componenti da questa descrizione. Questo elenco include parametri del primo ordine come il numero di assi, la lunghezza di viaggio di ciascun asse, la precisione del movimento (compresa la risoluzione, la ripetibilità e l'accuratezza), la capacità di carico utile e le dimensioni fisiche delle fasi. I parametri meno ovvi ma ugualmente importanti includono vincoli ambientali o sfide, selezione dell'unità, funzionamento in orientamenti multipli, gestione dei cavi nelle configurazioni multiaxis, pianificazione a vita e facilità di integrazione. Una rapida revisione di questi parametri mostra che tutti si riferiscono al meccanismo di posizionamento e quindi una valutazione approfondita di questi componenti è fondamentale per il successo del progetto.

L'applicazione definirà se lo stadio di posizionamento è lineare, rotante o incorpora una combinazione di stadi in un sistema multiaxis. Anche in applicazioni ad asse singolo abbastanza semplici, ci sono molte considerazioni. I carichi sono un aspetto vitale di questo profilo, poiché problemi come il peso del payload e l'offset (al centro di gravità) possono avere un impatto drammatico sui requisiti di movimento. Prendi in considerazione i pesi di carico tipici e massimi, nonché la distanza massima e minima che lo stadio deve viaggiare, velocità di viaggio richieste e accelerazione.

È importante considerare lo stadio come parte integrante del sistema più ampio. Come è montato il palcoscenico e la struttura di montaggio, ad esempio, ha un impatto drammatico sulle prestazioni del palcoscenico e sulla 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 fotocamera, una fase di posizionamento lineare dovrebbe essere montata su una struttura che può resistere all'effetto "Paint-Shaker" del carico in movimento. Allo stesso modo, uno stadio lineare per viaggi lungo selezionati per alta precisione nella planarità deve essere montato su una superficie adeguatamente piatta per evitare la distorsione dallo stadio che è conforme a una superficie non FLAT.

Considera anche i requisiti a vita del sistema quando si definiscono le specifiche della fase. Se i requisiti cambiano nel corso della vita della macchina, può mettere il sistema al di fuori della tolleranza allo stadio di posizionamento e può degradare l'accuratezza della macchina, la produttività e l'affidabilità. Come per qualsiasi componente mobile, le capacità di posizionamento possono cambiare con un uso esteso. Assicurati che il palcoscenico sia valutato per soddisfare i requisiti di movimento sulla durata di servizio prevista della macchina.

Altre influenze includono le dimensioni e i vincoli ambientali del sistema. Prendi in considerazione vincoli di dimensioni orizzontali e verticali. I fattori che possono influenzare l'impronta totale del sistema includono se la meccanica di azionamento è esterna o interna e il modo in cui viene gestito il cablaggio. I vincoli ambientali possono includere applicazioni in camera pulita, in cui le parti mobili della macchina devono generare pochi particolati o ambienti sporchi, in cui i particelle ambientali possono causare un attrito eccessivo nella fase e l'affidabilità e le prestazioni di impatto. La temperatura operativa è un problema ambientale chiave che può influire drasticamente sulle prestazioni dello stadio. Un cambio di temperatura di un minimo di due o tre gradi può causare sufficiente espansione per cambiare la tolleranza allo stadio.

Molte applicazioni richiedono un movimento ad assi multipli. In un sistema multiaxis, le fasi devono essere impilate per il movimento in diverse direzioni. Un sistema di ispezione del silicio salpato, ad esempio, potrebbe essere necessario fornire lineareXEYmovimento e rotazionaleTheta. In tali sistemi, è importante considerare come le tolleranze degli effetti della geometria nel resto del sistema. Ad esempio, con due fasi impilate l'una sull'altra, la fase in alto può deviarsi alle estremità del suo viaggio. La deflessione dello stadio superiore è una funzione del carico a sbalzo nella fase inferiore. Questa deflessione deve essere presa in considerazione o deve essere considerata una configurazione diversa. Il produttore del palcoscenico dovrebbe garantire che le specifiche delle fasi impilate soddisfino i requisiti di applicazione.

In sistemi a più stadi, la gestione dei cavi può diventare un problema di logistica e affidabilità. I cavi sono spesso trascurati ma possono influenzare la vita, la geometria e le prestazioni del sistema. Guarda al produttore del palcoscenico per soluzioni innovative di cablaggio. Questi potrebbero includere l'integrazione di cavi internamente per ridurre lo sfregamento e la trascinamento o l'utilizzo di una singola interfaccia del cavo esterno piuttosto che i connettori di cavi esterni per una maggiore flessibilità.

Decidere sull'unità del sistema è un elemento chiave. I due tipi di azionamento più comuni sono viti a sfera e unità lineare-motori. Le unità a vite a sfera sono economiche e facili da capire. Con lo smorzamento naturale, sono facili da controllare e un freno può essere facilmente aggiunto. D'altra parte, l'attrito meccanico può rendere difficile mantenere una velocità costante. In alcune condizioni, come estremi di temperatura o umidità, il tono della vite a sfera può cambiare e influire sulla precisione. Se gli effetti termici sono un problema, potrebbe essere richiesto un encoder lineare o uno stadio di motori lineare può essere una scelta migliore.

Le trasmissioni lineari-motori sono costituite da una pista magnetica e un gruppo bobina. La pista magnetica è in genere stazionaria ed è costituita da una serie di magneti permanenti montati su un substrato in acciaio. Il gruppo della bobina contiene tutti gli avvolgimenti di rame e in genere si monta sul carrello dello stadio scorrevole. Alcune fasi del motore lineari hanno i magneti permanenti sul gruppo del carrello scorrevole come mezzo per semplificare il cablaggio, ma la lunghezza del magnete limita il viaggio di questi sistemi.

Le unità lineari-motori sono in genere le migliori per carichi da luce a moderati in applicazioni ad alta velocità, velocità costante o per viaggi lunghi. Le unità a motori lineari hanno una capacità di viaggio molto più lunga rispetto alle trasmissioni a vite a sfera perché non si abbassano all'aumentare della lunghezza di viaggio. Possono fornire un migliore controllo della velocità, ma la bobina mobile e l'elettronica di codificatore lineare rendono la gestione dei cavi più complessa. Inoltre, le grandi unità lineari sono più pesanti e possono diventare costose all'aumentare della lunghezza di viaggio e della dimensione del magnete.

Una considerazione importante nella scelta di un tipo di azionamento è la capacità di arresto e l'orientamento al montaggio. Le unità a motori lineari si muovono libero senza potenza, mentre le unità a vite a sfera hanno attrito per smorzare il movimento. Ciò è particolarmente importante nelle applicazioni in cui l'unità deve montare verticalmente. Poiché una fase di motoria lineare è praticamente senza attrito, una perdita di potere lascerà cadere il trasporto. Inoltre, la forza di gravità deve essere sempre superata, il che pone un grande requisito di forza continua sul motore. Le unità a vite a sfera sono più appropriate per le applicazioni verticali, poiché i motori lineari possono surriscaldarsi rapidamente quando si eseguono in verticale o possono richiedere un controbilance.

La selezione di un motore può anche comportare compromessi. I motori rotanti comuni sono l'opzione meno costosa, ma si aggiungono ai requisiti di spazio del sistema di trasmissione. I motori lineari occupano meno spazio ma sono più costosi perché hanno più magneti di un motore rotante e richiedono un encoder lineare. Le fasi a sfera a sfera possono utilizzare gli encoder lineari, ma gli encoder rotanti sul motore e la vite a sfera funzionano spesso altrettanto bene e costeranno meno. Ci sono anche compromessi associati all'uso di motori a passo passo o servomotori. Le stepper sono meno costose ma i servomotori hanno prestazioni ad alta velocità migliori.

Un'opzione per una fase a sfregamento a sfera è un motore senza telaio. Un motore senza telaio è un motore senza spazzole standard integrato nel palco. I magneti del rotore sono legati direttamente all'albero della vite a sfera e gli avvolgimenti dello statore sono integrati nell'estremità dello stadio. Questa configurazione elimina l'accoppiatore motore, che consente di risparmiare diversi pollici di spazio. L'assenza dell'accoppiatore riduce l'isteresi e la liquidazione della connessione da motore a palla, che migliora le prestazioni. I produttori di palcoscenici dovrebbero fornire competenze su motori e encoder per aiutare a definire la migliore soluzione totale per l'applicazione.

Una volta che gli aspetti meccanici ed elettrici del movimento del sistema sono ben compresi e le fasi selezionate, i dettagli del sistema di controllo possono essere risolti. Un sistema di controllo dovrebbe essere compatibile con l'elettronica di azionamento, con particolare attenzione al fatto che non tutte le unità forniscono informazioni di feedback sui loro connettori. Idealmente, il controller dovrebbe interfacciarsi direttamente ai segnali del trasduttore e dell'attuatore senza hardware aggiuntivo. Il controller dovrebbe anche avere prestazioni sufficienti per chiudere i loop di controllo all'interno delle velocità dei dati naturali del sistema o coordinare contemporaneamente il movimento di più assi di movimento, se necessario.