Se você trabalha com construção de máquinas, provavelmente lida diariamente com atuadores e estágios de posicionamento. Mas será que você realmente obtém o melhor desempenho ou o menor custo total de propriedade desses dispositivos de movimento? A resposta pode não ser o que você espera.

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

Para requisitos de movimento simples, essa abordagem de seleção de estágios ou atuadores pode produzir resultados aceitáveis. No entanto, máquinas com requisitos complexos de movimento mecânico se beneficiarão de uma estratégia de projeto de movimento integrado. Em vez de uma coleção de componentes eletromecânicos, que podem ou não funcionar bem juntos, os sistemas de movimento integrados funcionam como verdadeiros subsistemas de máquina plug-and-play.

Os sistemas de movimento integrados são projetados para se encaixarem em um espaço físico predefinido em uma máquina e se integrarem ao sistema de controle de movimento da máquina, prontos para receber comandos de uma interface de computador de alto nível, placa de controle ou CLP. Em sua forma mais simples, os sistemas de movimento integrados podem consistir em pouco mais do que um estágio ou atuador com conectores 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 próprio dispositivo de movimento, mas também tudo o que ele transporta.

Em comparação com uma abordagem de movimentação de máquinas componente por componente, o movimento integrado oferece algumas vantagens convincentes:

Desempenho mecânico

Mesmo quando utilizam a mesma plataforma ou atuador, os sistemas de movimento embarcados geralmente apresentam desempenho superior aos sistemas de movimento construídos com componentes separados. O motivo reside na experiência em aplicações e montagem. Um bom fornecedor de sistemas de movimento embarcados terá anos de experiência na resolução de problemas complexos de posicionamento e um conjunto de componentes de movimento comprovados que podem ser personalizados para a tarefa em questão. Eles terão um profundo conhecimento de como a dinâmica da plataforma, a arquitetura de controle de movimento e o ambiente operacional afetarão os requisitos de posicionamento.

Quanto à montagem, muitos fabricantes de máquinas não possuem os técnicos qualificados, dispositivos especializados, interferômetros a laser e outros sistemas de metrologia necessários para alinhar os estágios multieixos mais precisos — que frequentemente têm tolerâncias de alinhamento entre eixos medidas em mícrons.

Conhecimento especializado em controles

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 do movimento embarcado. Um bom fornecedor de sistemas de movimento embarcados terá um amplo conhecimento de como diferentes plataformas de controle de movimento e suas capacidades cinemáticas interagem 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 inércia aceitáveis.

Confiabilidade

Ao colocar em funcionamento 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 um fio incorreto pode deixar até mesmo o melhor sistema de movimento imóvel. Os sistemas de movimento integrados 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 seja montada.

Redução de custos

Os sistemas de movimento integrados geralmente custam de 25% a 50% menos do que seus equivalentes baseados em componentes. Em parte, essa economia provém da capacidade de reduzir o número de peças — por exemplo, projetando suportes, conectores e outros componentes já inclusos. A redução de custos pode ultrapassar os 50% quando se consideram todos os custos 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.

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

Os custos ocultos dos sistemas de movimento

Os sistemas de movimento construídos com componentes individuais apresentam diversos custos ocultos que podem ser eliminados pela abordagem de movimento integrado, incluindo:

1. Redução do tempo de lançamento no mercado. Sistemas de movimento integrados, que inerentemente suportam engenharia simultânea, podem reduzir em semanas ou até meses o tempo de desenvolvimento de uma máquina complexa.
2. Custos de gerenciamento de programas, produção e materiais. Os sistemas de movimento integrados são enviados como um único item na lista de materiais, eliminando a necessidade de encomendar, estocar e montar centenas de peças.
3. Custos de produção. Sistemas de movimento de precisão exigem técnicos de montagem qualificados e equipamentos de produção especializados, cujo custo pode ser difícil de justificar quando a utilização não é plena.
4. Custos de garantia e falhas. Um bom fornecedor de sistemas de movimento embarcados oferece garantia contra falhas e se responsabiliza pelo seu trabalho, o que reduz o risco para o fabricante original.

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

1. Tanto conhecimentos de controle quanto de mecânica.A integração do 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 esse novo sistema CNC.

2. Design compacto, fácil integração.O espaço era um recurso valioso nesta máquina CNC de mesa. O design do módulo servo da Rotary, que apresenta um grande furo passante desobstruído, permitiu-nos usar o espaço disponível de forma eficiente. Os furos passantes de 100 mm facilitaram a conexão do suprimento de ar diretamente ao fuso, a incorporação de um indexador de material no lado da peça e a realização de todas as conexões de energia necessárias.

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

Primeiros passos com o Embedded Motion

A transição de sistemas de movimento baseados em componentes individuais para sistemas de movimento embarcados pode parecer um ato de fé. Afinal, você estará terceirizando o controle de movimento para um fornecedor.

Contudo, se você escolher o fornecedor certo, a terceirização compensará com melhor desempenho e maior confiabilidade. Os custos também diminuirão, pois os subsistemas de movimento chegarão à sua fábrica totalmente testados, com garantia e prontos para serem instalados em sua máquina.