Независимо от того, насколько сложен ваш контроллер движения, он не сможет справиться с плохо спроектированной электромеханической системой.

Системы управления движением состоят из трех основных компонентов: механизма позиционирования, электроники привода двигателя и контроллера движения. Каждый из этих компонентов следует тщательно выбирать, но для наилучших результатов системы сначала спланируйте механизм позиционирования. Если механизм не способен удовлетворить требованиям, приводы и контроллер движения не смогут компенсировать разницу.

Первый шаг в проектировании любой системы движения — полное описание и понимание процесса. Составьте список параметров производительности компонентов из этого описания. Этот список включает параметры первого порядка, такие как количество осей, длина хода каждой оси, точность движения (включая разрешение, повторяемость и точность), грузоподъемность и физический размер ступеней. Менее очевидные, но не менее важные параметры включают ограничения или проблемы окружающей среды, выбор привода, работу в нескольких ориентациях, управление кабелями в многоосевых конфигурациях, планирование срока службы и простоту интеграции. Беглый обзор этих параметров показывает, что все они связаны с механизмом позиционирования, поэтому тщательная оценка этих компонентов имеет решающее значение для успеха проекта.

Приложение определит, является ли позиционирующая ступень линейной, вращательной или включает комбинацию ступеней в многоосную систему. Даже в довольно простых одноосных приложениях есть много соображений. Нагрузки являются жизненно важным аспектом этого профиля, поскольку такие вопросы, как вес полезной нагрузки и смещение (центр тяжести), могут существенно повлиять на требования к движению. Рассмотрите типичные и максимальные веса нагрузки, а также максимальное и минимальное расстояние, которое должна пройти ступень, требуемые скорости перемещения и ускорение.

Важно рассматривать столик как неотъемлемую часть более крупной системы. Например, то, как столик установлен, и монтажная конструкция оказывают существенное влияние на производительность столика и его способность соответствовать спецификациям. Например, в высокоскоростном инспекционном приложении, где образцы быстро колеблются вперед и назад под камерой, столик линейного позиционирования должен быть установлен на конструкции, которая может выдерживать «эффект встряхивания краски» движущейся нагрузки. Аналогично, столик линейного позиционирования с большим ходом, выбранный для высокой точности в плоскостности, должен быть установлен на соответственно плоской поверхности, чтобы избежать искажения от столика, соответствующего неплоской поверхности.

Также при определении спецификаций сцены учитывайте требования к сроку службы системы. Если требования меняются в течение срока службы машины, это может вывести систему за пределы допуска на позиционирующую сцену и ухудшить точность, производительность и надежность машины. Как и в случае с любым движущимся компонентом, возможности позиционирования могут меняться при длительном использовании. Убедитесь, что сцена рассчитана на соответствие требованиям к движению в течение предполагаемого срока службы машины.

Другие факторы влияния включают ограничения по размеру и окружающей среде системы. Рассмотрите ограничения по размеру как по горизонтали, так и по вертикали. Факторы, которые могут повлиять на общую площадь системы, включают, являются ли приводные механизмы внешними или внутренними и как управляются кабели. Ограничения по окружающей среде могут включать приложения в чистых помещениях, в которых движущиеся части машины должны генерировать мало частиц, или грязную среду, где окружающие частицы могут вызывать чрезмерное трение внутри сцены и влиять на надежность и производительность. Рабочая температура является ключевой экологической проблемой, которая может существенно повлиять на производительность сцены. Изменение температуры всего на два или три градуса может вызвать достаточное расширение, чтобы изменить допуск ступени.

Многие приложения требуют многоосевого движения. В многоосевой системе этапы должны быть сложены для движения в разных направлениях. Например, система проверки кремниевых пластин может потребовать предоставления линейногоXиYдвижение, а также вращательное движениетета. В таких системах важно учитывать, как геометрия влияет на допуски в остальной части системы. Например, при двух ступенях, установленных друг на друга, верхняя ступень может прогибаться в конце своего хода. Прогиб верхней ступени является функцией консольной нагрузки на нижнюю ступень. Этот прогиб необходимо учитывать или следует рассмотреть другую конфигурацию. Изготовитель ступени должен гарантировать, что характеристики уложенных друг на друга ступеней соответствуют требованиям применения.

В многоступенчатых системах управление кабелями может стать проблемой логистики и надежности. Кабели часто упускаются из виду, но они могут повлиять на срок службы, геометрию и производительность системы. Обратитесь к производителю ступеней за инновационными решениями для кабелей. Они могут включать внутреннюю интеграцию кабелей для уменьшения трения и сопротивления или использование одного внешнего кабельного интерфейса вместо внешних кабельных разъемов для большей гибкости.

Выбор системного привода является ключевым элементом. Два наиболее распространенных типа привода — шарико-винтовые и линейные электродвигатели. Шарико-винтовые приводы недороги и просты в понимании. Благодаря естественному демпфированию ими легко управлять, и можно легко добавить тормоз. С другой стороны, механическое трение может затруднить поддержание постоянной скорости. В некоторых условиях, таких как экстремальные значения температуры или влажности, шаг шарико-винтовой передачи может измениться и повлиять на точность. Если тепловые эффекты являются проблемой, может потребоваться линейный энкодер или лучшим выбором может быть ступень линейного двигателя.

Линейные приводы двигателей состоят из магнитной дорожки и узла катушки. Магнитная дорожка обычно неподвижна и состоит из ряда постоянных магнитов, установленных на стальной подложке. Узел катушки содержит все медные обмотки и обычно устанавливается на каретку скользящей ступени. Некоторые ступени линейных двигателей имеют постоянные магниты на узле скользящей каретки в качестве средства упрощения кабельной разводки, но длина магнита ограничивает перемещение этих систем.

Линейные приводы обычно лучше всего подходят для легких и средних нагрузок в высокоскоростных, постоянных или длинных приложениях. Линейные приводы имеют гораздо большую возможность перемещения, чем шарико-винтовые приводы, поскольку они не провисают при увеличении длины перемещения. Они могут обеспечить лучшее управление скоростью, но подвижная катушка и линейная электроника энкодера усложняют управление кабелями. Кроме того, большие линейные приводы тяжелее и могут стать дорогими по мере увеличения длины перемещения и размера магнита.

Важным фактором при выборе типа привода является способность остановки и ориентация монтажа. Линейные приводы свободно перемещаются без питания, тогда как шарико-винтовые приводы имеют трение для гашения движения. Это особенно важно в приложениях, где привод должен монтироваться вертикально. Поскольку ступень линейного двигателя практически не имеет трения, потеря мощности приведет к свободному падению каретки. Кроме того, всегда необходимо преодолевать силу тяжести, что предъявляет большие требования к постоянному усилию к двигателю. Шарико-винтовые приводы больше подходят для вертикальных приложений, так как линейные двигатели могут быстро перегреваться при вертикальной работе или могут потребовать противовеса.

Выбор двигателя также может включать компромиссы. Обычные роторные двигатели являются наименее дорогим вариантом, но они увеличивают требования к пространству для приводной системы. Линейные двигатели занимают меньше места, но стоят дороже, поскольку имеют больше магнитов, чем роторный двигатель, и требуют линейного энкодера. Ступени с шарико-винтовым приводом могут использовать линейные энкодеры, но вращающиеся энкодеры на двигателе и шарико-винтовой передаче часто будут работать так же хорошо и стоят дешевле. Существуют также компромиссы, связанные с использованием шаговых двигателей или серводвигателей. Шаговые двигатели менее дороги, но серводвигатели имеют лучшую производительность на высокой скорости.

Вариантом для ступени с шарико-винтовым приводом является бескорпусной двигатель. Бескорпусной двигатель — это стандартный бесщеточный двигатель, встроенный в ступень. Магниты ротора напрямую соединены с валом шарико-винтовой передачи, а обмотки статора встроены в конец ступени. Такая конфигурация исключает муфту двигателя, что экономит несколько дюймов пространства. Отсутствие муфты уменьшает гистерезис и наматывание соединения двигателя с шарико-винтовой передачей, что повышает производительность. Производители ступеней должны предоставить экспертные знания по двигателям и энкодерам, чтобы помочь определить наилучшее общее решение для приложения.

После того, как механические и электрические аспекты движения системы хорошо поняты и этапы выбраны, можно решить детали системы управления. Система управления должна быть совместима с электроникой привода, с особым вниманием к тому факту, что не все приводы предоставляют информацию обратной связи на своих разъемах. В идеале контроллер должен напрямую взаимодействовать с сигналами преобразователя и исполнительного механизма без дополнительного оборудования. Контроллер также должен иметь достаточную производительность, чтобы замыкать контуры управления в пределах естественных скоростей передачи данных системы или одновременно координировать движение нескольких осей движения по мере необходимости.