לא משנה כמה מתוחכם בקר התנועה שלך, הוא לא יכול להתגבר על מערכת אלקטרו-מכאנית מעוצבת בצורה גרועה.

מערכות בקרת תנועה מורכבות משלושה מרכיבים עיקריים: מנגנון המיקום, אלקטרוניקה להנעת מנוע ובקר תנועה. כל אחד מהרכיבים הללו צריך להיבחר בקפידה, אך לתוצאות המערכת הטובות ביותר, תכננו תחילה את מנגנון המיקום. אם המנגנון אינו מסוגל לעמוד בדרישות, הכוננים ובקר התנועה אינם יכולים להשלים את ההבדל.

הצעד הראשון בתכנון כל מערכת תנועה הוא לתאר ולהבין את התהליך במלואו. ערוך רשימה של פרמטרים של ביצועי רכיבים מתיאור זה. רשימה זו כוללת פרמטרים מסדר ראשון כגון מספר צירים, אורך הנסיעה של כל ציר, דיוק התנועה (כולל רזולוציה, חזרתיות ודיוק), קיבולת מטען וגודל פיזי של השלבים. פרמטרים פחות ברורים אך חשובים באותה מידה כוללים אילוצים או אתגרים סביבתיים, בחירת כונן, פעולה במספר כיוונים, ניהול כבלים בתצורות רב-ציריות, תכנון לכל החיים וקלות האינטגרציה. סקירה מהירה של פרמטרים אלו מראה שכולם קשורים למנגנון המיקום ולכן הערכה יסודית של רכיבים אלו היא קריטית להצלחת הפרויקט.

האפליקציה תגדיר אם שלב המיקום הוא ליניארי, סיבובי, או משלב שילוב של שלבים במערכת רב-צירית. אפילו ביישומים חד ציר פשוטים למדי, ישנם שיקולים רבים. עומסים הם היבט חיוני של פרופיל זה, מכיוון שבעיות כמו משקל מטען והיסט (מרכז הכובד) יכולים להשפיע באופן דרמטי על דרישות התנועה. קחו בחשבון משקלי עומס אופייניים ומקסימליים, כמו גם את המרחק המקסימלי והמינימלי שעל הבמה לעבור, מהירויות הנסיעה הנדרשות ותאוצה.

חשוב להתייחס לבמה כחלק בלתי נפרד מהמערכת הגדולה יותר. לאופן הרכבת הבמה ולמבנה ההרכבה, למשל, יש השפעה דרמטית על ביצועי הבמה והיכולת לעמוד במפרטים. לדוגמה, ביישום בדיקה במהירות גבוהה שבו דגימות מתנדנדות במהירות קדימה ואחורה מתחת למצלמה, יש להתקין במת מיקום ליניארית על מבנה שיכול לעמוד ב"אפקט מנער הצבע" של העומס הנע. באופן דומה, במה ליניארית ארוכת טווח שנבחרה לדיוק גבוה בשטיחות חייבת להיות מותקנת על משטח שטוח מתאים כדי למנוע עיוות מהשלב המתאים למשטח לא שטוח.

שקול גם את דרישות החיים של המערכת בעת הגדרת מפרטי השלבים. אם הדרישות משתנות במהלך חיי המכונה, זה עלול להכניס את המערכת מחוץ לסובלנות בשלב המיקום ועלול לפגוע ברמת הדיוק, הפרודוקטיביות והאמינות של המכונה. כמו בכל רכיב נע, יכולות המיקום עשויות להשתנות עם שימוש ממושך. ודא שהשלב מדורג לעמוד בדרישות התנועה לאורך חיי השירות המיועדים של המכונה.

השפעות אחרות כוללות את הגודל והאילוצים הסביבתיים של המערכת. שקול גם אילוצי גודל אופקיים וגם אנכיים. גורמים שיכולים להשפיע על טביעת הרגל הכוללת של המערכת כוללים האם מכניקת הכונן היא חיצונית או פנימית וכיצד ניהול הכבלים. אילוצים סביבתיים יכולים לכלול יישומי חדרים נקיים, שבהם החלקים הנעים של המכונה חייבים ליצור מעט חלקיקים, או סביבות מלוכלכות, שבהן חלקיקי הסביבה עלולים לגרום לחיכוך מוגזם בתוך הבמה ולהשפיע על אמינות וביצועים. טמפרטורת ההפעלה היא נושא סביבתי מרכזי שיכול להשפיע באופן דרמטי על ביצועי הבמה. שינוי טמפרטורה של עד שתיים או שלוש מעלות יכול לגרום להתרחבות מספקת כדי לשנות את סבילות השלבים.

יישומים רבים דורשים תנועה מרובה צירים. במערכת רב-צירית, יש לערום שלבים לתנועה בכיוונים שונים. מערכת בדיקת פרוסות סיליקון, למשל, עשויה להצטרך לספק ליניאריXוYתנועה כמו גם סיבובתטא. במערכות כאלה, חשוב לשקול כיצד גיאומטריה משפיעה על סובלנות בשאר המערכת. לדוגמה, כאשר שני שלבים מוערמים זה על גבי זה, הבמה העליונה יכולה להסטות בקצות הנסיעה שלו. סטייה של הבמה העליונה היא פונקציה של עומס שלוחה על הבמה התחתונה. יש לקחת בחשבון סטייה זו או לשקול תצורה אחרת. יצרן הבמות צריך לוודא שהמפרטים של השלבים המוערמים עומדים בדרישות היישום.

במערכות מרובות שלבים, ניהול כבלים יכול להפוך לבעיית לוגיסטיקה ואמינות. לעתים קרובות מתעלמים מהכבלים אך עלולים להשפיע על החיים, הגיאומטריה והביצועים של המערכת. פנה ליצרן הבמות לקבלת פתרונות כבלים חדשניים. אלה עשויים לכלול שילוב כבלים פנימי כדי להפחית את השפשוף והגרירה, או שימוש בממשק כבל חיצוני יחיד במקום מחברי כבלים חיצוניים לגמישות רבה יותר.

החלטה על כונן המערכת היא מרכיב מרכזי. שני סוגי ההנעה הנפוצים ביותר הם הנעה עם בורג כדור ומנוע ליניארי. כוננים עם בורג כדורי הם זולים וקלים להבנה. עם שיכוך טבעי, קל לשלוט בהם וניתן להוסיף בלם בקלות. מצד שני, חיכוך מכני יכול להקשות על שמירה על מהירות קבועה. בתנאים מסוימים, כגון טמפרטורה או לחות קיצונית, הגובה של בורג הכדור יכול להשתנות ולהשפיע על הדיוק. אם השפעות תרמיות מהוות בעיה, ייתכן שיהיה צורך במקודד ליניארי או ששלב מנוע ליניארי עשוי להיות בחירה טובה יותר.

מערכות הנעה מנוע ליניארי מורכבות ממסילה מגנטית ומכלול סליל. המסלול המגנטי הוא בדרך כלל נייח ומורכב מסדרה של מגנטים קבועים המורכבים על מצע פלדה. מכלול הסליל מכיל את כל פיתולי הנחושת ומתחבר בדרך כלל לגררת הבמה ההזזה. בחלק משלבי המנוע ליניארי יש את המגנטים הקבועים על מכלול הגררה ההזזה כאמצעי לפשט את הכבלים, אך אורך המגנט מגביל את המסע של מערכות אלו.

כוננים עם מנוע ליניארי הם בדרך כלל הטובים ביותר לעומסים קלים עד בינוניים ביישומים במהירות גבוהה, מהירות קבועה או נסיעה ארוכה. כוננים עם מנוע ליניארי הם בעלי יכולת נסיעה ארוכה בהרבה מזו של רשתות הנעה עם בורג כדורי, מכיוון שהם אינם נפולים ככל שאורך הנסיעה גדל. הם יכולים לספק בקרת מהירות טובה יותר, אך הסליל הנע והאלקטרוניקה של המקודד הליניארי הופכים את ניהול הכבלים למורכב יותר. בנוסף, כוננים ליניאריים גדולים כבדים יותר ויכולים להתייקר ככל שאורך הנסיעה וגודל המגנט גדלים.

שיקול חשוב בבחירת סוג הכונן הוא יכולת עצירה וכיוון הרכבה. כוננים עם מנוע ליניארי נעים בחופשיות ללא כוח, בעוד לכוננים עם בורג כדורי יש חיכוך כדי לבלום את התנועה. זה חשוב במיוחד ביישומים שבהם הכונן חייב לעלות בצורה אנכית. מכיוון ששלב מנוע ליניארי הוא כמעט ללא חיכוך, אובדן כוח יאפשר לכרכרה ליפול חופשי. בנוסף, יש תמיד להתגבר על כוח הכבידה, מה שמציב דרישת כוח מתמשכת גדולה על המנוע. כוננים עם בורג כדורי מתאימים יותר ליישומים אנכיים, מכיוון שמנועים ליניאריים עלולים להתחמם במהירות כאשר הם פועלים אנכית או עשויים לדרוש איזון נגד.

בחירת מנוע עשויה לכלול גם פשרות. מנועים סיבוביים נפוצים הם האפשרות הזולה ביותר, אך הם מוסיפים לדרישות השטח של מערכת ההינע. מנועים לינאריים תופסים פחות מקום אך הם יקרים יותר מכיוון שיש להם יותר מגנטים מאשר מנוע סיבובי ודורשים מקודד ליניארי. שלבים מונעי בורג יכולים להשתמש במקודדים ליניאריים, אך מקודדים סיבוביים על המנוע והבורג הכדורי לרוב יעבדו באותה מידה ועולים פחות. ישנם גם פשרות הקשורות לשימוש במנועי צעד או מנועי סרוו. צעדים זולים יותר, אך למנועי סרוו יש ביצועים טובים יותר במהירות גבוהה.

אפשרות לבמה מונעת בבורג היא מנוע ללא מסגרת. מנוע ללא מסגרת הוא מנוע ללא מברשות סטנדרטי המובנה בבמה. מגנטי הרוטור מחוברים ישירות לציר הבורג הכדורי ופיתולי הסטטור משולבים בקצה השלב. תצורה זו מבטלת את מצמד המנוע, אשר חוסך מספר סנטימטרים של מקום. היעדר המצמד מפחית את ההיסטרזיס ואת ההתנפחות של חיבור המנוע לכדור-בורג, מה שמשפר את הביצועים. יצרני שלבים צריכים לספק מומחיות במנועים ומקודדים כדי לעזור להגדיר את הפתרון הכולל הטוב ביותר עבור היישום.

לאחר שמבינים היטב את ההיבטים המכניים והחשמליים של תנועת המערכת ובוחרים את השלבים, ניתן לפתור את פרטי מערכת הבקרה. מערכת בקרה צריכה להיות תואמת לאלקטרוניקה של הכונן, עם תשומת לב מיוחדת לעובדה שלא כל הכוננים מספקים מידע משוב על המחברים שלהם. באופן אידיאלי, הבקר צריך להתממשק ישירות לאותות המתמר והמפעיל ללא חומרה נוספת. לבקר צריך להיות גם מספיק ביצועים כדי לסגור את לולאות הבקרה בתוך קצבי הנתונים הטבעיים של המערכת, או לתאם בו-זמנית את התנועה של צירי תנועה מרובים לפי הצורך.