Não importa quão sofisticado seja o seu controlador de movimento, ele não consegue 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 melhores resultados do sistema, planeje primeiro o mecanismo de posicionamento. Se o mecanismo não for capaz de atender aos requisitos, os drives 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. Faça uma lista dos parâmetros de desempenho dos componentes a partir desta descrição. Esta lista inclui parâmetros de primeira ordem, como número de eixos, comprimento de percurso 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 inversores, operação em múltiplas orientações, gerenciamento de cabos em configurações multieixos, planejamento de vida útil e facilidade de integração. Uma rápida revisão destes parâmetros mostra que todos eles estão relacionados com o mecanismo de posicionamento e, portanto, uma avaliação completa destes componentes é crítica 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 bastante simples, há muitas considerações. As cargas são um aspecto vital desse perfil, pois questões como peso e deslocamento da carga útil (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 o palco como parte integrante de um sistema maior. A forma como o palco é montado e a estrutura de montagem, por exemplo, têm um impacto dramático no desempenho do palco 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, um estágio de posicionamento linear deve ser montado em uma estrutura que possa suportar o “efeito de agitação de 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 distorção da platina em conformidade com uma superfície não plana.

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

Outras influências incluem o tamanho e as restrições ambientais do sistema. Considere restrições de tamanho horizontais e verticais. Os fatores que podem influenciar o espaço total do sistema incluem se a mecânica da unidade 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 da platina e afetar a confiabilidade e o desempenho. A temperatura operacional é uma questão ambiental importante que pode afetar drasticamente o desempenho do palco. Uma mudança de temperatura de apenas dois ou três graus pode causar expansão suficiente para alterar a tolerância do estágio.

Muitas aplicações requerem movimento de múltiplos eixos. Em um sistema multieixo, os estágios devem ser empilhados para movimento em diferentes direções. Um sistema de inspeção de wafer de silício, por exemplo, pode precisar fornecerXeYmovimento, bem como rotacionalteta. Nesses sistemas, é importante considerar como a geometria afeta as tolerâncias no restante do sistema. Por exemplo, com dois estágios empilhados um em cima do outro, o estágio superior pode desviar no final do seu percurso. A deflexão do estágio superior é uma função da carga cantilever no estágio inferior. Esta deflexão deve ser levada em conta ou uma configuração diferente deve ser considerada. O fabricante dos estágios 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 esquecidos, mas podem afetar a vida útil, a geometria e o desempenho do sistema. Procure o fabricante do palco para obter soluções de cabeamento inovadoras. Isso pode incluir a integração interna de cabos para reduzir atrito e arrasto ou o uso de uma única interface de cabo externo em vez de conectores de cabo externos para maior flexibilidade.

Decidir sobre a unidade do sistema é um elemento chave. Os dois tipos de acionamento mais comuns são acionamentos de parafuso esférico e de motor linear. 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 codificador linear pode ser necessário ou um estágio de motor linear pode ser uma escolha melhor.

Os trens de força do motor linear consistem em uma trilha magnética e um conjunto de bobina. A trilha magnética é normalmente estacionária e consiste em uma série de ímãs permanentes montados em um substrato de aço. O conjunto da bobina contém todos os enrolamentos de cobre e normalmente é montado no carro do estágio deslizante. Alguns estágios do motor linear possuem ímãs permanentes no conjunto do carro deslizante como meio de simplificar o cabeamento, mas o comprimento do ímã limita o deslocamento desses sistemas.

Os acionamentos de motor linear são normalmente melhores para cargas leves a moderadas em aplicações de alta velocidade, velocidade constante ou longo curso. Os acionamentos de motores lineares têm capacidade de deslocamento muito mais longo do que os trens de transmissão de fuso de esferas porque não cedem à medida que o comprimento do percurso aumenta. Eles podem fornecer melhor controle de velocidade, mas a bobina móvel e a eletrônica do codificador linear tornam o gerenciamento de cabos mais complexo. Além disso, grandes acionamentos lineares são mais pesados ​​e podem se tornar caros à medida que o comprimento do percurso e o tamanho do ímã aumentam.

Uma consideração importante na escolha de um tipo de drive é a capacidade de parada e a orientação de montagem. Os acionamentos de motores lineares movem-se livremente sem energia, enquanto os acionamentos de fuso de esferas têm atrito para amortecer o movimento. Isto é particularmente importante em aplicações onde o inversor deve ser montado verticalmente. Como um estágio de motor linear é virtualmente sem atrito, uma perda de potência deixará o carro em queda livre. Além disso, a força da gravidade deve sempre ser superada, o que impõe uma grande necessidade de força contínua ao motor. Os fusos de esferas são mais apropriados para aplicações verticais, pois os motores lineares podem superaquecer rapidamente quando operados verticalmente ou podem exigir um contrapeso.

A seleção de um motor também pode envolver compensações. Os motores rotativos comuns são a opção mais barata, mas aumentam os requisitos de espaço do sistema de acionamento. Os motores lineares ocupam menos espaço, mas são mais caros porque possuem mais ímãs do que um motor rotativo e requerem um codificador linear. Os estágios acionados por fuso de esferas podem usar encoders lineares, mas os encoders rotativos no motor e no fuso de esferas geralmente funcionam tão bem e custam menos. Existem 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 parafuso de esfera é um motor sem moldura. Um motor sem moldura é um motor sem escova padrão embutido no palco. Os ímãs do rotor são ligados diretamente ao eixo do parafuso esférico e os enrolamentos do estator são integrados na extremidade do estágio. Esta 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 motor-parafuso esférico, o que melhora o desempenho. Os fabricantes de palcos devem fornecer conhecimentos especializados em motores e codificadores para ajudar a definir a melhor solução total 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 inversor, com atenção especial ao fato de que nem todos os inversores fornecem informações de feedback em seus conectores. Idealmente, o controlador deve fazer interface direta com os sinais do transdutor e do atuador sem hardware adicional. O controlador também deve ter desempenho suficiente para fechar as malhas de controle dentro das taxas de dados naturais do sistema ou coordenar simultaneamente o movimento de múltiplos eixos de movimento conforme necessário.