Le industrie elettroniche, ottiche, di computer, ispezione, automazione e laser richiedono diverse specifiche del sistema di posizionamento.Nessun sistema ha ragione per tutti.

Per garantire che un sistema di posizionamento ad alta precisione funzioni in modo ottimale, i componenti che compongono il sistema-cuscinetti, sistema di misurazione della posizione, sistema di auto-e-drive e controller-devono lavorare tutti insieme nel modo possibile per soddisfare i criteri di applicazione.

Base e cuscinetto

Per decidere la configurazione ottimale del sistema, considerare prima la parte meccanica del sistema. Per le fasi lineari, queste sono le quattro scelte di design comuni e basi::
• Base in alluminio e scivolare con modi con sfera di Bolton.
• Base in alluminio o in acciaio e lato alluminio o in acciaio con quattro blocchi rulli a rulli a rulli su binari in acciaio.
• Base in ghisa meehanite e scivolare con modi integrali per i rulli.
• Guide di granito con slitta in granito o ghisa e cuscinetti d'aria.

L'alluminio è più leggero di meehanite o acciaio ma meno rigido, meno stabile, meno in grado di prendere un pestaggio e meno resistente allo stress. Inoltre, l'alluminio è molto più sensibile alle variazioni di temperatura. La ghisa è più rigida del 150% rispetto all'alluminio e al 300% migliore nello smorzamento delle vibrazioni. L'acciaio è resistente e più forte del ferro. Tuttavia, soffre di squilli prolungati, il che è dannoso per i tempi di spostamento e sistemazione rapidi.

Le guide di granito con cuscinetti d'aria forniscono la combinazione più rigida e resistente. Il granito può essere lucidato per planarità e rettilineità nella gamma del submicron. Lo svantaggio di un tavolo da granito è che, a causa della massa del granito, ha una busta spaziale più grande e pesa più di un sistema di posizionamento a base di acciaio o ferro. Tuttavia, poiché non vi è alcun contatto tra cuscinetti e superfici di guida in granito, non c'è usura e i cuscinetti dell'aria sono in gran parte auto -pulizia. Inoltre, il granito ha eccellenti caratteristiche di smorzamento delle vibrazioni e stabilità termica.

Inoltre, la progettazione della tabella stessa è importante nelle prestazioni complessive della tabella. Le tabelle sono disponibili in una varietà di configurazioni da unità di bullone con molte parti a semplici basi di fusione e diapositive. L'uso di un materiale in tutta la tabella fornisce generalmente una risposta più uniforme alle variazioni di temperatura, portando a un sistema più accurato. Caratteristiche come le nervature forniscono smorzamento, che consente di accontentarsi di rapidi.

I modi integrali hanno un vantaggio rispetto ai modi di bullone, anche dopo molto tempo, non è necessaria alcuna regolazione dei modi per il precarico.

I cuscinetti a rulli incrociati hanno un contatto di linea tra Roller e Raceway, mentre i cuscinetti a sfera hanno un contatto puntuale tra palla e pista. Questo generalmente si traduce in movimento più fluido per i cuscinetti a rulli. Vi è meno deformazione superficiale (e usura) sulla superficie di rotolamento e c'è una maggiore area di contatto, quindi il carico viene distribuito in modo più uniforme. I carichi fino a 4,5 a 14 kg/rullo sono standard, insieme ad alta rigidità meccanica da circa 150 a 300 newton/micron. Gli svantaggi includono l'attrito intrinseco dal contatto della linea.

La piccola area di contatto che limita l'attrito del cuscinetto a sfera, tuttavia, limita la sua capacità di carico. I cuscinetti a rulli hanno generalmente una vita più lunga dei cuscinetti a sfera. Tuttavia, i cuscinetti a rulli costano di più.

Le dimensioni della tabella standard di un produttore includono da 25 a 1.800 mm di lunghezza e larghezza della diapositiva da 100 a 600 mm.

Una configurazione del cuscinetto d'aria consiste in cuscinetti di sollevamento e guida precaricati da cuscinetti dell'aria avversari o da magneti di terra rara ad alta forza incastrati nei membri guida. Questo design non contatto evita l'attrito di altri design dei cuscinetti. Inoltre, i cuscinetti dell'aria non soffrono di usura meccanica. Inoltre, i cuscinetti dell'aria possono essere distanziati. Pertanto, vengono mediati errori geometrici risultanti, producendo deviazioni angolari inferiori a 1 sec di arco e rettilinei di migliore di 0,25 micron su 200 mm.

I valori numerici sono difficili da fornire: dipendono da molti fattori. Ad esempio, l'accuratezza del posizionamento dipende non solo dai cuscinetti o dalle guide, ma anche dal sistema di misurazione di posizione e dal controller. L'attrito in un sistema di posizionamento dipende non solo dal sistema di azionamento che hai scelto, ma anche dalla regolazione del cuscinetto, dalla tenuta della tabella, dalla lubrificazione e così via. Pertanto, i valori esatti che possono essere raggiunti dipendono molto dalla combinazione di tutti i componenti, che a sua volta dipende dall'applicazione.

Sistema di azionamento

Dei molti tipi di sistemi di trasmissione-cinghia, rack-and-pinion, vite di piombo, vite a sfera di precisione e motore lineare-solo gli ultimi due sono considerati per la maggior parte dei sistemi di posizionamento ad alta precisione.

Le unità a vite a sfera sono disponibili in una gamma di caratteristiche di risoluzione, precisione e rigidità e possono fornire velocità elevate (sopra 250 mm/sec). Tuttavia, poiché l'unità a vite a sfera è limitata dalla velocità rotante critica della vite, una velocità maggiore richiede un passo più basso, con un vantaggio inferiore meccanico e un motore a potenza superiore. Questo di solito significa passare a un motore più elevato con una tensione del bus più elevata. Le unità a vite a sfera, sebbene ampiamente utilizzate, possono anche subire reazione meccaniche, liquidazione, errori ciclici del pitch e attrito. Inoltre è trascurata la rigidità dell'accoppiamento meccanico che si unisce al motore e alla guida.

Con il servomotore lineare, la forza elettromagnetica coinvolge direttamente la massa mobile senza collegamento meccanico. Non esiste l'isteresi meccanica o l'errore ciclico del tono. La precisione dipende interamente dal sistema di cuscinetti e dal sistema di controllo del feedback.

La rigidità dinamica indica il modo in cui un servo sistema mantiene la posizione in risposta a un carico d'impulso. In generale, una maggiore larghezza di banda e un guadagno più elevato forniscono una maggiore rigidità dinamica. Questo può essere quantificato dividendo il carico dell'impulso misurato per la distanza di deflessione:

Rigidità dinamica = ΔF/ΔX

L'elevata rigidità e l'elevata frequenza naturale risultano in un eccellente comportamento servo con brevi tempi di insediamento. La diapositiva reagisce rapidamente per cambiare i comandi di posizione perché non esiste un collegamento meccanico tra motore e diapositiva. Inoltre, perché non è possibile ottenere alcun "squillo" a vite a sfera, i tempi rapidi e di fissaggio possono essere raggiunti.

Un motore lineare senza spazzole è costituito da un gruppo magneti permanente fissato alla base della macchina e un gruppo bobina fissato alla diapositiva. Un divario di circa 0,5 mm viene mantenuto tra il gruppo della bobina e i magneti. Non esiste un contatto fisico tra i due assemblaggi.

Il nucleo dell'assemblaggio della bobina in movimento ospita una serie di bobine di rame sovrapposte e isolate. Queste sono ferite di precisione e lanciate per il funzionamento trifase. Una serie di sensori di effetto Hall viene utilizzata per la commutazione elettronica. La progettazione dell'elettronica di commutazione fornisce movimento con ondulazione di forza trascurabile. Poiché la commutazione è elettronica piuttosto che meccanica, l'arco di commutazione viene eliminata.

Tali proprietà rendono utile un servomotore lineare nelle applicazioni che richiedono un'elevata accelerazione (diciamo 2,5 m/sec2 o più), alta velocità (diciamo 2 m/sec o più) o un controllo preciso della velocità, anche con una velocità molto bassa (diciamo solo pochi mm/sec). Inoltre, un tale motore non ha bisogno di lubrificazione o altra manutenzione e non ha usura. Come con qualsiasi altro motore, a causa della dissipazione del calore, il valore RMS della forza continua o della corrente non deve superare i valori ammissibili per lunghi periodi.

Puoi ottenere servomotori lineari in forze di trasmissione continue da 25 a oltre 5.000 N. I motori più grandi hanno un raffreddamento dell'aria o dell'acqua. Più motori lineari possono essere collegati in una disposizione parallela o in serie per ottenere forze di guida più elevate.

Poiché non esiste un collegamento meccanico tra motore e diapositiva, non vi è alcuna riduzione meccanica come con una vite a sfera. Il carico trasferisce in un rapporto 1: 1 al motore. Con un'unità a vite a sfera, l'inerzia di carico sul diapositiva al motore viene ridotta dal quadrato del rapporto di riduzione. Ciò rende l'unità del motore lineare meno adatta per applicazioni con frequenti modifiche di carico a meno che non si scelga un controller che è possibile programmare con diversi set di parametri di controllo del motore corrispondenti a carichi diversi per ottenere una compensazione del servo efficace.

Per molte applicazioni verticali, una vite a sfera è più facile e più conveniente: il motore lineare deve essere continuamente eccitato per offset gravità. Inoltre, un freno elettromeccanico può bloccare la posizione del tavolo quando l'alimentazione è spenta. È possibile utilizzare un motore lineare, tuttavia, se si ottiene il motore e il peso del caricamento con una molla, un contrappeso o un cilindro d'aria.

Nel costo iniziale, c'è poca differenza tra un'unità motore lineare e un'unità a vite a sfera che include motori, accoppiamenti, cuscinetti, blocchi di cuscinetti e vite a sfera. In generale, un motore lineare di tipo a spazzola è leggermente più economico di una trasmissione a vite a sfere e le versioni senza spazzole sono generalmente un po 'più costose.

C'è altro da considerare rispetto al costo iniziale. Un confronto più realistico include la manutenzione, l'affidabilità, la durata e i costi di sostituzione, incluso il lavoro. Qui, il motore lineare mostra bene.

La parte 2 coprirà i sistemi di misurazione della posizione.