Подавление вибрации значительно сокращает время установления.

При высокоскоростной операции по сборке и установке время стабилизации — враг производительности. Скорость критически важна для крупносерийной сборки. Однако она также создаёт проблемы.

Например, при перекладке деталей быстрое перемещение из стороны в сторону и кратковременная остановка приводят к вибрации. Чтобы переложить или установить деталь с любой точностью, машина должна остановиться, пусть даже на долю секунды, пока вибрации не прекратятся. Это время называется временем стабилизации, и при больших объёмах работ эти миллисекунды могут накапливаться.

Рассмотрим короткую операцию по перемещению детали: 200 мм в ширину, 100 мм вниз и обратно. Каждое горизонтальное перемещение занимает 0,5 секунды с временем стабилизации 0,05 секунды, а каждое вертикальное перемещение занимает 0,2 секунды с временем стабилизации 0,05 секунды. Это означает 1,6 секунды на деталь, 37,5 деталей в минуту или 2250 деталей в час. Если каждая деталь стоит 0,1 доллара, операция приносит 225 долларов дохода в час.

Если время установки можно сократить с 0,05 до 0,004 секунды, то та же операция по установке и перемещению деталей теперь будет занимать 1,416 секунды. Это соответствует 42,37 детали в минуту или 2542 детали в час. Теперь та же операция приносит доход в 254,24 доллара в час — на 29,24 доллара больше. При двухсменной работе шесть дней в неделю экономия времени установки всего на 0,184 секунды означает 140 353 доллара дополнительной выручки в год!

Инженеры по автоматизации могут решить проблему вибрации и резонанса машин несколькими способами. С точки зрения механики они могут спроектировать машину с прочными компонентами, жёсткими допусками и минимальным люфтом.

В целом, двигатель должен быть максимально плотно соединён с нагрузкой. Необходимо минимизировать механическую податливость системы. Любая движущаяся часть между валом двигателя и нагрузкой, например, муфта или редуктор, вызывает податливость. Все эти компоненты подвержены нагреву, трению и износу.

Инженеры также могут решить эту проблему электронным способом, используя усилитель в системе с сервоприводом.

Фильтры — один из способов добиться этого. Фильтры нижних частот подавляют вибрации в диапазоне от 1000 до 5000 Гц. Режекторные фильтры подавляют вибрации в диапазоне от 500 до 1000 Гц.

Проблема фильтров в том, что они ограничивают вашу пропускную способность. Это ограничивает возможности настройки системы.

Другой способ решения этой проблемы — подавление вибраций. Сервоусилитель Yaskawa Sigma-5 использует уникальный алгоритм именно для этого. Алгоритм способен подавлять вибрации частотой 50 Гц и ниже без ущерба для пропускной способности.

Ключевым элементом является 20-битный энкодер высокого разрешения, соединённый с серводвигателем. Благодаря более чем 1 миллиону отсчётов на один оборот вала двигателя, энкодер способен обнаруживать даже незначительные вибрации, передаваемые через ремень или шарико-винтовую передачу.

Алгоритм принимает сигналы скорости и крутящего момента от энкодера и корректирует управляющий сигнал для движения. Допустим, вы задаёте команду на движение по трапециевидной траектории: разгон, движение с определённой скоростью и остановка. Усилитель будет максимально точно следовать заданному движению. Однако во время движения всевозможные вибрации будут пытаться сбить двигатель с траектории. Алгоритм подавления вибраций распознаёт форму этой вибрации и корректирует управляющий сигнал в противоположном направлении, фактически нейтрализуя его.

Подавление вибрации значительно сокращает время установления, что приводит к повышению производительности. Это также позволяет инженерам проектировать более компактные и лёгкие механизмы, что снижает общую стоимость машины.

Уменьшение вибрации также означает меньший износ машины. Ваша машина будет работать плавнее и тише, а в конечном итоге прослужит дольше.