Préparer le terrain pour une bonne conception de la machine

système de portique linéaire pour charges lourdes

Quelle que soit la sophistication de votre contrôleur de mouvement, il ne peut pas surmonter un système électromécanique mal conçu.

Les systèmes de commande de mouvement se composent de trois composants principaux: le mécanisme de positionnement, l'électronique d'entraînement du moteur et le contrôleur de mouvement. Chacun de ces composants doit être soigneusement sélectionné, mais pour obtenir les meilleurs résultats du système, planifiez d'abord le mécanisme de positionnement. Si le mécanisme n'est pas en mesure de répondre aux exigences, les variateurs et le contrôleur de mouvement ne peuvent pas compenser la différence.

La première étape de la conception de tout système de mouvement consiste à décrire et à comprendre pleinement le processus. Faites une liste des paramètres de performance des composants à partir de cette description. Cette liste comprend des paramètres de premier ordre tels que le nombre d'axes, la longueur de déplacement de chaque axe, la précision du mouvement (y compris la résolution, la répétabilité et la précision), la capacité de charge utile et la taille physique des étages. Les paramètres moins évidents mais tout aussi importants incluent les contraintes ou défis environnementaux, la sélection du variateur, le fonctionnement dans plusieurs orientations, la gestion des câbles dans des configurations multiaxes, la planification de la durée de vie et la facilité d'intégration. Un examen rapide de ces paramètres montre qu'ils sont tous liés au mécanisme de positionnement et qu'une évaluation approfondie de ces composants est donc essentielle à la réussite du projet.

L'application définira si l'étage de positionnement est linéaire, rotatif ou incorpore une combinaison d'étages dans un système multiaxes. Même dans les applications à un seul axe assez simples, il y a de nombreuses considérations. Les charges sont un aspect vital de ce profil, car des problèmes tels que le poids de la charge utile et le décalage (centre de gravité) peuvent avoir un impact considérable sur les exigences de mouvement. Tenez compte des poids de charge typiques et maximaux ainsi que de la distance maximale et minimale que la scène doit parcourir, des vitesses de déplacement requises et de l'accélération.

Il est important de considérer la scène comme une partie intégrante du système plus large. La manière dont la scène est montée et la structure de montage, par exemple, ont un impact considérable sur les performances de la scène et la capacité à répondre aux spécifications. Par exemple, dans une application d'inspection à grande vitesse où les échantillons oscillent rapidement d'avant en arrière sous une caméra, une platine de positionnement linéaire doit être montée sur une structure capable de résister à «l'effet secoueur de peinture» de la charge en mouvement. De même, un étage linéaire à longue course sélectionné pour une haute précision de planéité doit être monté sur une surface convenablement plate pour éviter une distorsion de l'étage se conformant à une surface non plane.

Tenez également compte des exigences de durée de vie du système lors de la définition des spécifications de la scène. Si les exigences changent au cours de la durée de vie de la machine, cela peut mettre le système en dehors de la tolérance de l'étape de positionnement et peut dégrader la précision, la productivité et la fiabilité de la machine. Comme pour tout composant mobile, les capacités de positionnement peuvent changer avec une utilisation prolongée. Assurez-vous que la platine est conçue pour répondre aux exigences de mouvement pendant la durée de vie prévue de la machine.

D'autres influences incluent la taille et les contraintes environnementales du système. Tenez compte des contraintes de taille horizontales et verticales. Les facteurs qui peuvent influencer l'empreinte totale du système comprennent le fait que les mécanismes d'entraînement sont externes ou internes et la façon dont le câblage est géré. Les contraintes environnementales peuvent inclure des applications en salle blanche, dans lesquelles les pièces mobiles de la machine doivent générer peu de particules, ou des environnements sales, où les particules ambiantes peuvent provoquer un frottement excessif dans la scène et avoir un impact sur la fiabilité et les performances. La température de fonctionnement est un problème environnemental clé qui peut affecter considérablement les performances de la scène. Un changement de température aussi petit que deux ou trois degrés peut provoquer une expansion suffisante pour modifier la tolérance de la platine.

De nombreuses applications nécessitent un mouvement sur plusieurs axes. Dans un système multiaxes, les étapes doivent être empilées pour se déplacer dans des directions différentes. Un système d'inspection de plaquette de silicium, par exemple, peut avoir besoin de fournir un X  et  Y ainsi qu'un thêta de . Dans de tels systèmes, il est important de considérer comment la géométrie affecte les tolérances dans le reste du système. Par exemple, avec deux étages empilés les uns sur les autres, l'étage supérieur peut dévier aux extrémités de sa course. La flexion de l'étage supérieur est fonction de la charge en porte-à-faux sur l'étage inférieur. Cette déviation doit être prise en compte ou une configuration différente doit être envisagée. Le fabricant de la platine doit s'assurer que les spécifications des platines empilées satisfont aux exigences de l'application.

Dans les systèmes à plusieurs étages, la gestion des câbles peut devenir un problème de logistique et de fiabilité. Les câbles sont souvent négligés mais peuvent affecter la durée de vie, la géométrie et les performances du système. Faites appel au fabricant de scène pour des solutions de câblage innovantes. Celles-ci peuvent inclure l'intégration de câbles en interne pour réduire le frottement et la traînée, ou l'utilisation d'une seule interface de câble externe plutôt que de connecteurs de câble externes pour plus de flexibilité.

Le choix du lecteur système est un élément clé. Les deux types d'entraînement les plus courants sont les entraînements à vis à billes et à moteur linéaire. Les entraînements à vis à billes sont peu coûteux et faciles à comprendre. Avec un amortissement naturel, ils sont faciles à contrôler et un frein peut être facilement ajouté. D'autre part, le frottement mécanique peut rendre difficile le maintien d'une vitesse constante. Dans certaines conditions, telles que la température ou l'humidité extrêmes, le pas de la vis à billes peut changer et affecter la précision. Si les effets thermiques sont un problème, un codeur linéaire peut être nécessaire ou un étage à moteur linéaire peut être un meilleur choix.

Les transmissions à moteur linéaire se composent d'un ensemble piste magnétique et bobine. La piste magnétique est généralement stationnaire et se compose d'une série d'aimants permanents montés sur un substrat en acier. L'ensemble de bobine contient tous les enroulements de cuivre et se monte généralement sur le chariot d'étage coulissant. Certains étages de moteur linéaire ont les aimants permanents sur l'ensemble de chariot coulissant comme moyen de simplifier le câblage, mais la longueur de l'aimant limite la course de ces systèmes.

Les entraînements à moteur linéaire sont généralement les meilleurs pour les charges légères à modérées dans les applications à grande vitesse, à vitesse constante ou à longue course. Les entraînements à moteur linéaire ont une capacité de déplacement beaucoup plus longue que les transmissions à vis à billes, car ils ne s'affaissent pas lorsque la longueur de déplacement augmente. Ils peuvent fournir un meilleur contrôle de la vitesse, mais la bobine mobile et l'électronique du codeur linéaire rendent la gestion des câbles plus complexe. De plus, les grands entraînements linéaires sont plus lourds et peuvent devenir coûteux à mesure que la longueur de déplacement et la taille de l'aimant augmentent.

Une considération importante dans le choix d'un type de lecteur est la capacité d'arrêt et l'orientation de montage. Les entraînements à moteur linéaire se déplacent librement sans puissance, tandis que les entraînements à vis à billes ont un frottement pour amortir le mouvement. Ceci est particulièrement important dans les applications où le variateur doit être monté verticalement. Comme un étage à moteur linéaire est pratiquement sans frottement, une perte de puissance laissera le chariot tomber librement. De plus, la force de gravité doit toujours être surmontée, ce qui impose une grande exigence de force continue sur le moteur. Les entraînements à vis à billes sont plus appropriés pour les applications verticales, car les moteurs linéaires peuvent surchauffer rapidement lorsqu'ils fonctionnent verticalement ou peuvent nécessiter un contrepoids.

La sélection d'un moteur peut également impliquer des compromis. Les moteurs rotatifs courants sont l'option la moins chère, mais ils ajoutent aux besoins d'espace du système d'entraînement. Les moteurs linéaires prennent moins de place mais sont plus chers car ils ont plus d'aimants qu'un moteur rotatif et nécessitent un codeur linéaire. Les étages à vis à billes peuvent utiliser des encodeurs linéaires, mais les encodeurs rotatifs sur le moteur et la vis à billes fonctionnent souvent aussi bien et coûtent moins cher. Il existe également des compromis associés à l'utilisation de moteurs pas à pas ou de servomoteurs. Les steppers sont moins chers mais les servomoteurs ont de meilleures performances à haute vitesse.

Une option pour une platine à vis à billes est un moteur sans cadre. Un moteur sans cadre est un moteur sans balais standard intégré à la scène. Les aimants du rotor sont directement liés à l'arbre de la vis à billes et les enroulements du stator sont intégrés à l'extrémité de l'étage. Cette configuration élimine le coupleur de moteur, ce qui économise plusieurs pouces d'espace. L'absence de coupleur réduit l'hystérésis et l'enroulement de la connexion moteur-vis à billes, ce qui améliore les performances. Les fabricants de scènes doivent fournir une expertise sur les moteurs et les codeurs pour aider à définir la meilleure solution globale pour l'application.

Une fois que les aspects mécaniques et électriques du mouvement du système sont bien compris et les étapes sélectionnées, les détails du système de commande peuvent être résolus. Un système de commande doit être compatible avec l'électronique du variateur, avec une attention particulière au fait que tous les variateurs ne fournissent pas d'informations de retour sur leurs connecteurs. Idéalement, le contrôleur doit s'interfacer directement avec les signaux du transducteur et de l'actionneur sans matériel supplémentaire. Le contrôleur doit également avoir des performances suffisantes pour fermer les boucles de contrôle dans les limites des débits de données naturels du système, ou coordonner simultanément le mouvement de plusieurs axes de mouvement selon les besoins.


Heure du Message: 19 avr.2021