Se você constrói máquinas, provavelmente trabalha com atuadores e estágios de posicionamento todos os dias. Mas será que você realmente obtém o melhor desempenho ou o menor custo de propriedade com esses dispositivos de movimento? A resposta pode não ser o que você espera.

Com muita frequência, engenheiros consideram estágios ou atuadores apenas mais um item na lista de materiais. Desde que o dispositivo de movimento atenda nominalmente aos requisitos de posicionamento, força, carga útil, velocidade e custo desejados, está tudo certo.

Com requisitos de movimento simples, essa abordagem para seleção de estágios ou atuadores pode gerar resultados aceitáveis. No entanto, máquinas com requisitos complexos de movimento mecânico se beneficiarão de uma estratégia de projeto de movimento embarcado. Em vez de um conjunto de componentes eletromecânicos, que podem ou não funcionar bem juntos, os sistemas de movimento embarcados funcionam como verdadeiros subsistemas de máquina plug-and-play.

Sistemas de movimento embarcados são projetados para caber em um espaço físico predefinido em uma máquina e se conectar ao sistema de controle de movimento da máquina, prontos para aceitar comandos de uma interface de computador de nível superior, placa de controle ou CLP. Em sua forma mais simples, os sistemas de movimento embarcados podem consistir em pouco mais do que um estágio ou atuador que foi conectorizado para facilitar a instalação. Em sua forma mais complexa, esses subsistemas de movimento se estendem da pinagem à carga útil. Eles abrangem não apenas o dispositivo de movimento em si, mas também tudo o que ele carrega.

Comparado a uma abordagem componente por componente para o movimento da máquina, o movimento incorporado oferece algumas vantagens convincentes:

Desempenho mecânico

Mesmo quando utilizam a mesma platina ou atuador, os sistemas de movimento embarcados geralmente superam os sistemas de movimento construídos com componentes. A razão para isso se resume à experiência em aplicação e montagem. Um bom fornecedor de movimento embarcado terá anos de experiência na resolução de problemas complexos de posicionamento e um conjunto de blocos de construção de movimento comprovados que podem ser personalizados para a tarefa em questão. Eles terão um profundo conhecimento de como a dinâmica da platina, a arquitetura de controle de movimento e o ambiente operacional afetarão os requisitos de posicionamento.

Quanto à montagem, muitos fabricantes de máquinas não têm técnicos qualificados, acessórios especializados, interferômetros a laser e outros sistemas de metrologia necessários para alinhar os estágios multieixos mais precisos, que geralmente têm tolerâncias de alinhamento de eixo a eixo medidas em mícrons.

Controles de experiência

Os sistemas de movimento embarcados podem ou não ser fornecidos com controles de movimento, dependendo dos requisitos do cliente. Mas uma estratégia de controle deve sempre fazer parte da equação de movimento embarcado. Um bom fornecedor de movimento embarcado terá amplo conhecimento de como diferentes plataformas de controle de movimento e suas capacidades cinemáticas interagirão com os sistemas de movimento mecânico. Esse conhecimento pode nos permitir expandir os limites do que é possível em termos de capacidades dinâmicas, como taxas de incompatibilidade de inércia aceitáveis.

Confiabilidade

Ao comissionar um novo sistema de movimento, alguns dos problemas mais comuns ocorrem porque componentes individuais, aparentemente insignificantes, não funcionam corretamente — ou não funcionam corretamente entre si. Por exemplo, um único conector defeituoso ou o fio errado podem deixar até mesmo o melhor estágio de movimento parado. Sistemas de movimento embarcados evitam esse tipo de falha porque são montados e testados como um sistema antes da integração na máquina de produção. Com sistemas de movimento compostos por componentes individuais, pequenas falhas e incompatibilidades podem passar despercebidas até que a máquina de produção esteja pronta.

Redução de custos

Sistemas de movimento incorporados normalmente custam de 25% a 50% menos do que seus equivalentes baseados em componentes. Em parte, essa economia advém da capacidade de reduzir o número de peças — por exemplo, projetando suportes, conectores e outros componentes. A redução de custos pode ultrapassar 50% quando se consideram todos os componentes ocultos associados à construção e instalação de um sistema de movimento. Isso inclui custos relacionados à engenharia de projeto, estoque, tempo de lançamento no mercado e muito mais.

Muitos tipos de aplicações podem se beneficiar do movimento incorporado. Implementamos essa abordagem em dezenas de máquinas de semicondutores, bancadas úmidas, corte a laser, embalagens e automação de laboratório.

Os custos ocultos dos sistemas de movimento

Os sistemas de movimento construídos por componentes têm uma série de custos ocultos que podem ser eliminados pela abordagem de movimento incorporado, incluindo:

1. Custos de Tempo de Lançamento no Mercado. Sistemas de movimento embarcados, que suportam engenharia simultânea, podem reduzir semanas ou até meses no tempo de desenvolvimento de uma máquina complexa.
2. Custos de Programação, Produção e Gestão de Materiais. Sistemas de movimentação embarcados são enviados como um único item na lista de materiais, eliminando centenas de peças para serem encomendadas, inventariadas e montadas.
3. Custos de Produção. Sistemas de movimento de precisão exigem técnicos de montagem qualificados e equipamentos de produção especializados, o que pode ser difícil de justificar com custos abaixo da utilização total.
4. Custos de Garantia e Falhas. Um bom fornecedor de sistemas de movimento embarcado garante seus sistemas contra falhas e garante seu trabalho, o que reduz o risco para o OEM.

Esta máquina CNC não tradicional possui todas as características de uma aplicação ideal de movimento embarcado. Ela exigia:

1. Tanto controles quanto conhecimento mecânico.Combinar o sistema mecânico com os controles e amplificadores que suportam a cinemática complexa do movimento polar exigiu uma abordagem sistêmica e meses de testes. Também tivemos que desenvolver um conjunto de técnicas e ferramentas de alinhamento para construir este novo sistema CNC.

2. Design compacto, fácil integração.O espaço era escasso nesta máquina CNC de mesa. O design do servo módulo Rotary, que apresenta um grande furo passante desobstruído, permitiu-nos utilizar o espaço disponível de forma eficiente. Os furos passantes de 100 mm facilitaram a alimentação de ar diretamente para o fuso, a instalação de um indexador de material na lateral da peça de trabalho e a instalação de todas as conexões de energia necessárias.

3. Contenção de custos.Um aspecto interessante deste sistema de movimento embarcado é que ele não é mais complexo do que o necessário. O principal requisito funcional envolvia o acabamento da superfície, não a precisão do posicionamento. As necessidades de posicionamento são, na verdade, bastante modestas, pelo menos para os nossos padrões. Assim, conseguimos dispensar os codificadores de leitura direta e operar todo o sistema em modo de malha aberta. Isso economizou milhares de dólares por máquina para o nosso cliente.

Introdução ao movimento incorporado

A transição de sistemas de movimento componente por componente para sistemas de movimento embarcados pode parecer um ato de fé. Afinal, você estará terceirizando o controle de movimento para um fornecedor.

No entanto, se você escolher o fornecedor certo, a terceirização será recompensada com melhor desempenho e confiabilidade. Os custos também cairão, pois os subsistemas de movimento chegarão à sua fábrica totalmente testados, com garantia e prontos para serem instalados na sua máquina.