Não importa o quão sofisticado 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, eletrônica de acionamento de motor e controlador de movimento. Cada um desses componentes deve ser cuidadosamente selecionado, mas para obter os melhores resultados do sistema, planeje o mecanismo de posicionamento primeiro. Se o mecanismo não for capaz de atender aos requisitos, as unidades e o controlador de movimento não poderão compensar a diferença.

O primeiro passo para projetar qualquer sistema de movimento é descrever e entender completamente o processo. Faça uma lista de parâmetros de desempenho do componente a partir desta descrição. Esta lista inclui parâmetros de primeira ordem, como número de eixos, comprimento do deslocamento de cada eixo, precisão do movimento (incluindo resolução, repetibilidade e precisão), 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 multiaxis, planejamento vitalício 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.

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

É importante considerar o estágio como parte integrante do sistema maior. Como o estágio é montado e a estrutura de montagem, por exemplo, tem um impacto dramático no desempenho do estágio e na capacidade de atender às especificações. Por exemplo, em um aplicativo 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-shaker de tinta" da carga móvel. Da mesma forma, um estágio linear de longa viagem selecionado para alta precisão em nivelamento deve ser montado em uma superfície adequadamente plana para evitar a distorção do estágio 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, ela poderá colocar o sistema fora da tolerância ao estágio de posicionamento e pode degradar a precisão, a produtividade e a confiabilidade da máquina. Como em qualquer componente em movimento, os recursos de posicionamento podem mudar com o uso estendido. Verifique se o estágio está classificado para atender aos requisitos de movimento ao longo da vida útil da máquina.

Outras influências incluem o tamanho e as restrições ambientais do sistema. Considere as restrições de tamanho horizontal e vertical. Os fatores que podem influenciar a pegada 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 de sala limpa, nas quais as partes móveis da máquina devem gerar poucas partículas ou ambientes sujos, onde partículas ambientais podem causar atrito excessivo dentro do estágio e confiabilidade e desempenho de impacto. A temperatura operacional é uma questão ambiental -chave que pode afetar drasticamente o desempenho do estágio. Uma mudança de temperatura de apenas dois ou três graus pode causar expansão suficiente para mudar a tolerância ao estágio.

Muitas aplicações requerem movimento de vários eixos. Em um sistema multiaxis, os estágios devem ser empilhados para movimento em diferentes direções. Um sistema de inspeção de lata de silício, por exemplo, pode precisar fornecer linearXeYmovimento, bem como rotaçãoTheta. Nesses sistemas, é importante considerar como a geometria efeta as tolerâncias no restante do sistema. Por exemplo, com dois estágios empilhados um no outro, o estágio superior pode desviar nas extremidades de sua viagem. A deflexão do estágio superior é uma função da carga cantilever no 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 de inscrição.

Em sistemas de vários estágios, o gerenciamento de cabos pode se tornar um problema de logística e confiabilidade. Os cabos geralmente são esquecidos, mas podem afetar a vida, a geometria e o desempenho do sistema. Olhe para o fabricante do palco para obter soluções inovadoras de cabeamento. Isso pode incluir a integração de cabos internamente para reduzir o fricção e o arrasto, ou usar uma única interface de cabo externa em vez de conectores de cabo externos para obter mais flexibilidade.

Decidir sobre a unidade do sistema é um elemento -chave. Os dois tipos de acionamento mais comuns são as unidades de parafuso de bola e motor linear. As unidades de parafuso de bola são baratas e fáceis de entender. Com o amortecimento natural, eles 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 temperatura ou extremidades de umidade, o tom do parafuso da bola pode mudar e afetar a precisão. Se os efeitos térmicos forem um problema, um codificador linear pode ser necessário ou um estágio linear-motor pode ser uma escolha melhor.

As transmissão linear-motor consistem em uma pista magnética e uma montagem da bobina. A pista magnética é tipicamente 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 monta para o transporte de estágio deslizante. Alguns estágios do motor linear têm ímãs permanentes no conjunto do carro deslizante como um meio de simplificar o cabeamento, mas o comprimento do ímã limita o deslocamento desses sistemas.

As unidades lineares-motoras são tipicamente melhores para cargas leves a moderadas em aplicações de alta velocidade, velocidade constante ou de longa viagem. As unidades lineares-motoras têm capacidade de viagem muito mais longa do que as transmissão do parafuso de bola, porque não caem à medida que o comprimento da viagem aumenta. Eles podem fornecer melhor controle de velocidade, mas a bobina em movimento e os eletrônicos de codificador linear tornam o gerenciamento de cabos mais complexo. Além disso, grandes unidades lineares são mais pesadas e podem se tornar caras à medida que o comprimento da viagem e o tamanho do ímã aumentam.

Uma consideração importante na escolha de um tipo de acionamento é a capacidade de parada e a orientação de montagem. As unidades lineares-motoras são gratuitas sem energia, enquanto as unidades de parafuso de bola têm atrito para amortecer o movimento. Isso é particularmente importante em aplicações em que a unidade deve ser montada verticalmente. Como um estágio linear-motor é praticamente sem atrito, uma perda de energia permitirá que a queda livre de carruagem. Além disso, a força da gravidade deve sempre ser superada, o que coloca um grande requisito de força contínua no motor. As unidades de parafuso de bola são mais apropriadas para aplicações verticais, pois os motores lineares podem superaquecer rapidamente quando executados verticalmente ou podem exigir um contrapeso.

Selecionar um motor também pode envolver trade-offs. Os motores rotativos comuns são a opção menos dispersa, mas aumentam os requisitos de espaço do sistema de acionamento. Os motores lineares ocupam menos espaço, mas são mais caros porque têm mais ímãs que um motor rotativo e requerem um codificador linear. Os estágios acionados pelo parafuso de bola podem usar codificadores lineares, mas os codificadores rotativos no parafuso do motor e da bola geralmente funcionam da mesma forma e custam menos. Também existem compensações associadas ao uso de motores de passo ou servomotores. Os steppers são mais baratos, mas os servidores têm melhor desempenho de alta velocidade.

Uma opção para um estágio de parafuso de bola 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 de bola e os enrolamentos do estator são integrados no final do estágio. Essa configuração elimina o acoplador do motor, que economiza vários centímetros de espaço. A ausência do acoplador reduz a histerese e a corda da conexão motor a bola, o que melhora o desempenho. Os fabricantes de palco devem fornecer experiência em motores e codificadores para ajudar a definir a melhor solução total para o aplicativo.

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 os eletrônicos de acionamento, com atenção especial ao fato de que nem todas as unidades fornecem informações de feedback sobre seus conectores. Idealmente, o controlador deve interagir diretamente aos sinais de transdutor e atuador sem hardware adicional. O controlador também deve ter desempenho suficiente para fechar os loops de controle dentro das taxas de dados naturais do sistema ou coordenar simultaneamente o movimento de vários eixos de movimento, conforme necessário.