Não importa quão sofisticado seja seu controlador de movimento, ele não pode superar um sistema eletromecânico mal projetado.

Os sistemas de controle de movimento consistem em três componentes principais: o mecanismo de posicionamento, a eletrônica de acionamento do motor e o controlador de movimento. Cada um desses componentes deve ser cuidadosamente selecionado, mas para obter os melhores resultados do sistema, planeje primeiro o mecanismo de posicionamento. Se o mecanismo não for capaz de atender aos requisitos, os acionamentos e o controlador de movimento não poderão compensar a diferença.

O primeiro passo no projeto de qualquer sistema de movimento é descrever e compreender completamente o processo. Elabore uma lista dos parâmetros de desempenho dos componentes a partir dessa descrição. Essa lista inclui parâmetros de primeira ordem, como número de eixos, comprimento de deslocamento de cada eixo, precisão do movimento (incluindo resolução, repetibilidade e exatidão), capacidade de carga útil e tamanho físico dos estágios. Parâmetros menos óbvios, mas igualmente importantes, incluem restrições ou desafios ambientais, seleção de acionamento, operação em múltiplas orientações, gerenciamento de cabos em configurações multieixos, planejamento da vida útil e facilidade de integração. Uma rápida revisão desses parâmetros mostra que todos eles se relacionam com o mecanismo de posicionamento e, portanto, uma avaliação completa desses componentes é fundamental para o sucesso do projeto.

A aplicação definirá se o estágio de posicionamento é linear, rotativo ou incorpora uma combinação de estágios em um sistema multieixo. Mesmo em aplicações de eixo único relativamente simples, há muitas considerações a serem feitas. As cargas são um aspecto vital desse perfil, pois questões como o peso da carga útil e o deslocamento (centro de gravidade) podem impactar drasticamente os requisitos de movimento. Considere os pesos de carga típicos e máximos, bem como a distância máxima e mínima que o estágio deve percorrer, as velocidades de deslocamento necessárias e a aceleração.

É importante considerar a platina como parte integrante do sistema maior. A forma como a platina é montada e a estrutura de montagem, por exemplo, têm um impacto significativo no desempenho da platina e na capacidade de atender às especificações. Por exemplo, em uma aplicação de inspeção de alta velocidade, onde as amostras oscilam rapidamente para frente e para trás sob uma câmera, uma platina de posicionamento linear deve ser montada em uma estrutura que possa suportar o "efeito de vibração da tinta" da carga em movimento. Da mesma forma, uma platina linear de longo curso, selecionada para alta precisão em planicidade, deve ser montada em uma superfície adequadamente plana para evitar distorções causadas pela conformação da platina em uma superfície não plana.

Considere também os requisitos de vida útil do sistema ao definir as especificações da mesa. Se os requisitos mudarem ao longo da vida útil da máquina, isso poderá colocar o sistema fora da tolerância da mesa de posicionamento e prejudicar a precisão, a produtividade e a confiabilidade da máquina. Como acontece com qualquer componente móvel, as capacidades de posicionamento podem mudar com o uso prolongado. Certifique-se de que a mesa esteja classificada para atender aos requisitos de movimento ao longo da vida útil prevista da máquina.

Outras influências incluem o tamanho e as restrições ambientais do sistema. Considere as restrições de tamanho horizontais e verticais. Fatores que podem influenciar a área total do sistema incluem se a mecânica de acionamento é externa ou interna e como o cabeamento é gerenciado. As restrições ambientais podem incluir aplicações em salas limpas, nas quais as partes móveis da máquina devem gerar poucas partículas, ou ambientes sujos, onde as partículas ambientais podem causar atrito excessivo dentro do estágio e afetar a confiabilidade e o desempenho. A temperatura operacional é uma questão ambiental fundamental que pode afetar drasticamente o desempenho do estágio. Uma mudança de temperatura de apenas dois ou três graus pode causar expansão suficiente para alterar a tolerância do estágio.

Muitas aplicações exigem movimento em múltiplos eixos. Em um sistema multieixo, os estágios devem ser empilhados para permitir o movimento em diferentes direções. Um sistema de inspeção de wafers de silício, por exemplo, pode precisar fornecerXeYmovimento e também rotacionaltetaEm tais sistemas, é importante considerar como a geometria afeta as tolerâncias no restante do sistema. Por exemplo, com dois estágios empilhados um sobre o outro, o estágio superior pode sofrer deflexão nas extremidades de seu curso. A deflexão do estágio superior é uma função da carga em balanço sobre o estágio inferior. Essa deflexão deve ser levada em consideração ou uma configuração diferente deve ser considerada. O fabricante do estágio deve garantir que as especificações dos estágios empilhados atendam aos requisitos da aplicação.

Em sistemas de múltiplos estágios, o gerenciamento de cabos pode se tornar um problema de logística e confiabilidade. Os cabos são frequentemente negligenciados, mas podem afetar a vida útil, a geometria e o desempenho do sistema. Consulte o fabricante do estágio para obter soluções de cabeamento inovadoras. Isso pode incluir a integração interna de cabos para reduzir o atrito e o arrasto, ou o uso de uma única interface de cabo externa em vez de conectores de cabo externos para maior flexibilidade.

A escolha do acionamento do sistema é um elemento-chave. Os dois tipos mais comuns de acionamento são fusos de esferas e motores lineares. Os fusos de esferas são baratos e fáceis de entender. Com amortecimento natural, são fáceis de controlar e um freio pode ser facilmente adicionado. Por outro lado, o atrito mecânico pode dificultar a manutenção de uma velocidade constante. Sob algumas condições, como temperaturas ou umidade extremas, o passo do fuso de esferas pode mudar e afetar a precisão. Se os efeitos térmicos forem um problema, um encoder linear pode ser necessário ou um estágio de motor linear pode ser uma escolha melhor.

Os sistemas de transmissão de motores lineares consistem em uma trilha magnética e um conjunto de bobinas. A trilha magnética é tipicamente estacionária e consiste em uma série de ímãs permanentes montados em um substrato de aço. O conjunto de bobinas contém todos os enrolamentos de cobre e normalmente é montado no carro deslizante. Alguns estágios de motores lineares possuem ímãs permanentes no conjunto do carro deslizante como forma de simplificar o cabeamento, mas o comprimento do ímã limita o deslocamento desses sistemas.

Acionamentos de motor linear são normalmente mais adequados para cargas leves a moderadas em aplicações de alta velocidade, velocidade constante ou curso longo. Acionamentos de motor linear têm capacidade de curso muito maior do que sistemas de transmissão com fuso de esferas, pois não cedem à medida que o curso aumenta. Eles podem proporcionar melhor controle de velocidade, mas a bobina móvel e a eletrônica do encoder linear tornam o gerenciamento de cabos mais complexo. Além disso, acionamentos lineares grandes são mais pesados ​​e podem se tornar mais caros à medida que o curso e o tamanho do ímã aumentam.

Um fator importante a ser considerado na escolha do tipo de acionamento é a capacidade de parada e a orientação de montagem. Acionamentos de motores lineares se movem livremente sem energia, enquanto acionamentos de fuso de esferas possuem atrito para amortecer o movimento. Isso é particularmente importante em aplicações onde o acionamento deve ser montado verticalmente. Como um estágio de motor linear é praticamente sem atrito, uma perda de potência fará com que o carro caia livremente. Além disso, a força da gravidade deve ser sempre superada, o que impõe uma grande exigência de força contínua ao motor. Acionamentos de fuso de esferas são mais apropriados para aplicações verticais, pois os motores lineares podem superaquecer rapidamente quando operados verticalmente ou podem exigir um contrapeso.

A escolha de um motor também pode envolver compensações. Motores rotativos comuns são a opção mais econômica, mas aumentam os requisitos de espaço do sistema de acionamento. Motores lineares ocupam menos espaço, mas são mais caros porque têm mais ímãs do que um motor rotativo e exigem um encoder linear. Estágios acionados por fuso de esferas podem usar encoders lineares, mas encoders rotativos no motor e no fuso de esferas geralmente funcionam tão bem quanto e custam menos. Há também compensações associadas ao uso de motores de passo ou servomotores. Os motores de passo são mais baratos, mas os servomotores têm melhor desempenho em alta velocidade.

Uma opção para um estágio acionado por fuso de esferas é um motor sem estrutura. Um motor sem estrutura é um motor sem escovas padrão integrado ao estágio. Os ímãs do rotor são fixados diretamente ao eixo do fuso de esferas e os enrolamentos do estator são integrados à extremidade do estágio. Essa configuração elimina o acoplador do motor, o que economiza vários centímetros de espaço. A ausência do acoplador reduz a histerese e o enrolamento da conexão do motor ao fuso de esferas, o que melhora o desempenho. Os fabricantes de estágios devem fornecer experiência em motores e encoders para ajudar a definir a melhor solução completa para a aplicação.

Uma vez que os aspectos mecânicos e elétricos do movimento do sistema sejam bem compreendidos e os estágios selecionados, os detalhes do sistema de controle podem ser resolvidos. Um sistema de controle deve ser compatível com a eletrônica do acionamento, com atenção especial ao fato de que nem todos os acionamentos fornecem informações de feedback em seus conectores. Idealmente, o controlador deve se conectar diretamente aos sinais do transdutor e do atuador, sem hardware adicional. O controlador também deve ter desempenho suficiente para fechar os circuitos de controle dentro das taxas de dados naturais do sistema ou coordenar simultaneamente o movimento de vários eixos de movimento, conforme necessário.