Olipa liikeohjain kuinka hienostunut tahansa, se ei voi voittaa huonosti suunniteltua sähkömekaanista järjestelmää.

Liikkeenohjausjärjestelmät koostuvat kolmesta pääkomponentista: paikannusmekanismista, moottorikäyttöelektroniikasta ja liikkeenohjaimesta. Jokainen näistä komponenteista tulee valita huolellisesti, mutta parhaan järjestelmätuloksen saavuttamiseksi suunnittele paikannusmekanismi ensin. Jos mekanismi ei pysty täyttämään vaatimuksia, käytöt ja liikkeenohjain eivät voi korvata eroa.

Ensimmäinen askel minkä tahansa liikejärjestelmän suunnittelussa on prosessin täydellinen kuvaus ja ymmärtäminen. Laadi luettelo komponenttien suorituskykyparametreista tämän kuvauksen perusteella. Tämä luettelo sisältää ensimmäisen asteen parametrit, kuten akselien lukumäärän, kunkin akselin liikepituuden, liikkeen tarkkuuden (mukaan lukien resoluutio, toistettavuus ja täsmällisyys), hyötykuorman kapasiteetin ja vaiheiden fyysisen koon. Vähemmän ilmeisiä mutta yhtä tärkeitä parametreja ovat ympäristörajoitukset tai -haasteet, käyttölaitteen valinta, toiminta useissa eri suunnissa, kaapelien hallinta moniakselisissa kokoonpanoissa, käyttöiän suunnittelu ja integroinnin helppous. Näiden parametrien nopea tarkastelu osoittaa, että ne kaikki liittyvät paikannusmekanismiin, joten näiden komponenttien perusteellinen arviointi on ratkaisevan tärkeää projektin onnistumisen kannalta.

Sovellus määrittää, onko paikannuspöytä lineaarinen, pyörivä vai sisältääkö se useiden vaiheiden yhdistelmän moniakselijärjestelmässä. Jopa melko yksinkertaisissa yksiakselisissa sovelluksissa on monia huomioitavia asioita. Kuormat ovat olennainen osa tätä profiilia, sillä esimerkiksi hyötykuorman paino ja painopisteen siirtymä voivat vaikuttaa dramaattisesti liikevaatimuksiin. Ota huomioon tyypilliset ja suurimmat kuormapainot sekä pöydän kuljettavan suurimman ja pienimmän matkan, vaaditut liikenopeudet ja kiihtyvyys.

On tärkeää tarkastella pöytää olennaisena osana laajempaa järjestelmää. Esimerkiksi pöydän kiinnitystavalla ja kiinnitysrakenteella on dramaattinen vaikutus pöydän suorituskykyyn ja kykyyn täyttää vaatimukset. Esimerkiksi nopeassa tarkastussovelluksessa, jossa näytteet värähtelevät nopeasti edestakaisin kameran alla, lineaariasentopöytä tulisi asentaa rakenteeseen, joka kestää liikkuvan kuorman "maalinravistimen vaikutuksen". Vastaavasti pitkän matkan lineaaripöytä, joka on valittu suuren tasaisuustarkkuuden vuoksi, on asennettava riittävän tasaiselle pinnalle, jotta vältetään pöydän vääristymät, kun se mukautuu epätasaiseen pintaan.

Ota myös huomioon järjestelmän käyttöiän vaatimukset määritellessäsi vaihespesifikaatioita. Jos vaatimukset muuttuvat koneen käyttöiän aikana, se voi asettaa järjestelmän paikannusvaiheen toleranssin ulkopuolelle ja heikentää koneen tarkkuutta, tuottavuutta ja luotettavuutta. Kuten minkä tahansa liikkuvan komponentin kohdalla, paikannusominaisuudet voivat muuttua pitkäaikaisen käytön aikana. Varmista, että vaihe on mitoitettu täyttämään liikevaatimukset koneen suunnitellun käyttöiän aikana.

Muita vaikutuksia ovat järjestelmän koko ja ympäristörajoitukset. Ota huomioon sekä vaakasuuntaiset että pystysuuntaiset kokorajoitukset. Järjestelmän kokonaisjalanjälkeen vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa se, onko käyttömekaniikka ulkoista vai sisäistä, ja kaapeloinnin hallinta. Ympäristörajoitteita voivat olla puhdastilasovellukset, joissa koneen liikkuvien osien on tuotettava vähän hiukkasia, tai likaiset ympäristöt, joissa ympäröivät hiukkaset voivat aiheuttaa liiallista kitkaa näyttämön sisällä ja vaikuttaa luotettavuuteen ja suorituskykyyn. Käyttölämpötila on keskeinen ympäristökysymys, joka voi vaikuttaa dramaattisesti näyttämön suorituskykyyn. Jopa kahden tai kolmen asteen lämpötilan muutos voi aiheuttaa riittävästi laajenemista muuttaakseen näyttämön toleranssia.

Monet sovellukset vaativat moniakselista liikettä. Moniakselisessa järjestelmässä vaiheet on pinottava eri suuntiin tapahtuvaa liikettä varten. Esimerkiksi piikiekkojen tarkastusjärjestelmän on ehkä tarjottava lineaarinenXjaYliikettä sekä pyörimistäthetaTällaisissa järjestelmissä on tärkeää ottaa huomioon, miten geometria vaikuttaa toleransseihin muussa järjestelmässä. Esimerkiksi kahden päällekkäin pinotun lavan tapauksessa ylin lava voi taipua liikettään päissä. Ylälavasteen taipuma riippuu alempaan lavaan kohdistuvasta ulokepalkista. Tämä taipuma on otettava huomioon tai harkittava eri kokoonpanoa. Lavanvalmistajan on varmistettava, että pinottujen lava-asemien tekniset tiedot täyttävät sovelluksen vaatimukset.

Monivaiheisissa järjestelmissä kaapelien hallinta voi olla logistinen ja luotettavuusongelma. Kaapeleita usein ei huomioida, mutta ne voivat vaikuttaa järjestelmän käyttöikään, geometriaan ja suorituskykyyn. Etsi innovatiivisia kaapelointiratkaisuja vaihevalmistajilta. Näitä voivat olla kaapelien integrointi sisäisesti hankauksen ja vastuksen vähentämiseksi tai yhden ulkoisen kaapeliliitännän käyttö ulkoisten kaapeliliittimien sijaan joustavuuden lisäämiseksi.

Järjestelmäkäytön valinta on avainasemassa. Kaksi yleisintä käyttötyyppiä ovat kuularuuvi- ja lineaarimoottorikäytöt. Kuularuuvikäytöt ovat edullisia ja helppokäyttöisiä. Luonnollisen vaimennuksen ansiosta niitä on helppo ohjata ja jarru voidaan helposti lisätä. Toisaalta mekaaninen kitka voi vaikeuttaa vakionopeuden ylläpitämistä. Joissakin olosuhteissa, kuten äärimmäisissä lämpötila- tai kosteusolosuhteissa, kuularuuvin nousu voi muuttua ja vaikuttaa tarkkuuteen. Jos lämpövaikutukset ovat ongelma, lineaarianturi voi olla tarpeen tai lineaarimoottorivaihe voi olla parempi vaihtoehto.

Lineaarimoottorikäyttöiset voimansiirrot koostuvat magneettiradasta ja käämikokoonpanosta. Magneettirata on tyypillisesti paikallaan pysyvä ja koostuu teräsalustalle asennetuista kestomagneeteista. Käämikokoonpano sisältää kaikki kuparikäämit ja se on tyypillisesti kiinnitetty liukuvaan vaunuun. Joissakin lineaarimoottoreissa kestomagneetit ovat liukuvassa vaunussa kaapeloinnin yksinkertaistamiseksi, mutta magneetin pituus rajoittaa näiden järjestelmien liikettä.

Lineaarimoottorikäytöt sopivat tyypillisesti parhaiten kevyille ja kohtalaisille kuormille suurnopeuksisissa, vakionopeuksisissa tai pitkien liikeratojen sovelluksissa. Lineaarimoottorikäytöillä on paljon pidempi liikematka kuin kuularuuvikäytöillä, koska ne eivät painu irti liikematkan kasvaessa. Ne voivat tarjota paremman nopeuden säädön, mutta liikkuva kela ja lineaarikooderin elektroniikka tekevät kaapelien hallinnasta monimutkaisempaa. Lisäksi suuret lineaarikäytöt ovat painavampia ja voivat tulla kalliiksi liikematkan ja magneetin koon kasvaessa.

Tärkeä näkökohta käyttötyyppiä valittaessa on pysäytyskyky ja asennussuunta. Lineaarimoottorikäyttöiset käytöt liikkuvat vapaasti ilman tehoa, kun taas kuularuuvikäytöissä on kitkaa liikkeen vaimentamiseksi. Tämä on erityisen tärkeää sovelluksissa, joissa käyttö on asennettava pystysuoraan. Koska lineaarimoottorivaihe on käytännössä kitkaton, tehon menetys saa vaunun putoamaan vapaasti. Lisäksi painovoima on aina voitettava, mikä asettaa moottorille suuren jatkuvan voimavaatimuksen. Kuularuuvikäytöt sopivat paremmin pystysuoriin sovelluksiin, koska lineaarimoottorit voivat ylikuumentua nopeasti pystysuunnassa käytettäessä tai ne saattavat vaatia vastapainon.

Moottorin valintaan voi liittyä myös kompromisseja. Yleiset pyörivät moottorit ovat edullisin vaihtoehto, mutta ne lisäävät käyttöjärjestelmän tilavaatimuksia. Lineaarimoottorit vievät vähemmän tilaa, mutta ovat kalliimpia, koska niissä on enemmän magneetteja kuin pyörivässä moottorissa ja ne vaativat lineaarianturin. Kuularuuvikäyttöisissä vaiheissa voidaan käyttää lineaariantureita, mutta moottorin ja kuularuuvin pyörivät anturit toimivat usein yhtä hyvin ja maksavat vähemmän. Askelmoottoreiden tai servomoottoreiden käyttöön liittyy myös kompromisseja. Askelmoottorit ovat halvempia, mutta servomoottoreilla on parempi suorituskyky suurilla nopeuksilla.

Yksi vaihtoehto kuularuuvikäyttöiselle näyttämölle on kehyksetön moottori. Kehyksetön moottori on vakiomallinen harjaton moottori, joka on rakennettu näyttämön sisään. Roottorin magneetit on kiinnitetty suoraan kuularuuvin akseliin ja staattorin käämit on integroitu näyttämön päätyyn. Tämä kokoonpano poistaa moottorin kytkimen, mikä säästää useita senttejä tilaa. Kytkimen puuttuminen vähentää moottorin ja kuularuuvin välisen liitoksen hystereesiä ja kelaamista, mikä parantaa suorituskykyä. Näyttämövalmistajien tulisi tarjota asiantuntemusta moottoreista ja pulssiantureista, jotta he voivat määrittää parhaan kokonaisratkaisun sovellukseen.

Kun järjestelmän liikkeen mekaaniset ja sähköiset näkökohdat on ymmärretty hyvin ja vaiheet on valittu, voidaan ohjausjärjestelmän yksityiskohdat ratkaista. Ohjausjärjestelmän tulee olla yhteensopiva käyttöelektroniikan kanssa, ja erityistä huomiota on kiinnitettävä siihen, että kaikki käyttölaitteet eivät anna takaisinkytkentätietoa liittimissään. Ihannetapauksessa ohjaimen tulisi olla suoraan yhteydessä muuntimen ja toimilaitteen signaaleihin ilman lisälaitteita. Ohjaimen suorituskyvyn tulisi myös olla riittävä sulkemaan ohjaussilmukat järjestelmän luonnollisten tiedonsiirtonopeuksien rajoissa tai koordinoimaan samanaikaisesti useiden liikeakselien liikettä tarpeen mukaan.