Яким би складним не був ваш контролер руху, він не зможе подолати погано розроблену електромеханічну систему.

Системи керування рухом складаються з трьох основних компонентів: механізму позиціонування, електроніки приводу двигуна та контролера руху. Кожен із цих компонентів слід ретельно підбирати, але для досягнення найкращих результатів системи спочатку сплануйте механізм позиціонування. Якщо механізм не здатний відповідати вимогам, приводи та контролер руху не зможуть компенсувати цю різницю.

Першим кроком у проектуванні будь-якої системи руху є повний опис та розуміння процесу. Складіть список параметрів продуктивності компонентів на основі цього опису. Цей список включає параметри першого порядку, такі як кількість осей, довжина ходу кожної осі, точність руху (включаючи роздільну здатність, повторюваність та правильність), вантажопідйомність та фізичний розмір платформ. Менш очевидні, але не менш важливі параметри включають обмеження або проблеми навколишнього середовища, вибір приводу, роботу в кількох орієнтаціях, управління кабелями в багатоосьових конфігураціях, планування терміну служби та легкість інтеграції. Швидкий огляд цих параметрів показує, що всі вони пов'язані з механізмом позиціонування, тому ретельна оцінка цих компонентів має вирішальне значення для успіху проекту.

Застосування визначатиме, чи є платформа позиціонування лінійною, обертовою, чи включає комбінацію платформ у багатоосьову систему. Навіть у досить простих одноосьових застосуваннях є багато факторів, які слід враховувати. Навантаження є життєво важливим аспектом цього профілю, оскільки такі фактори, як вага корисного навантаження та зміщення (центр ваги), можуть суттєво вплинути на вимоги до руху. Враховуйте типову та максимальну вагу вантажу, а також максимальну та мінімальну відстань, яку має подолати платформа, необхідні швидкості переміщення та прискорення.

Важливо розглядати столик як невід'ємну частину більшої системи. Наприклад, спосіб кріплення столика та монтажна конструкція мають суттєвий вплив на його продуктивність та здатність відповідати специфікаціям. Наприклад, у випадку високошвидкісного контролю, де зразки швидко коливаються вперед і назад під камерою, столик з лінійним позиціонуванням слід встановлювати на конструкції, яка може витримувати «ефект вібрації фарби» від рухомого навантаження. Аналогічно, лінійний столик з довгим ходом, обраний для високої точності площинності, повинен бути встановлений на відповідно рівній поверхні, щоб уникнути спотворення від пристосування столика до нерівної поверхні.

Також враховуйте вимоги до терміну служби системи, визначаючи специфікації столу. Якщо вимоги змінюються протягом терміну служби машини, це може вивести систему за межі допуску позиціонування столу та знизити точність, продуктивність та надійність машини. Як і у випадку з будь-яким рухомим компонентом, можливості позиціонування можуть змінюватися при тривалому використанні. Переконайтеся, що стол розрахований на відповідність вимогам до руху протягом передбачуваного терміну служби машини.

Інші впливи включають розмір та екологічні обмеження системи. Враховуйте як горизонтальні, так і вертикальні обмеження розміру. Фактори, які можуть впливати на загальну займану площу системи, включають те, чи є приводний механізм зовнішнім чи внутрішнім, та як керується кабельними системами. Екологічні обмеження можуть включати застосування в чистих приміщеннях, де рухомі частини машини повинні генерувати мало частинок, або брудне середовище, де частинки навколишнього середовища можуть спричиняти надмірне тертя всередині сцени та впливати на надійність і продуктивність. Робоча температура є ключовою екологічною проблемою, яка може суттєво вплинути на продуктивність сцени. Зміна температури всього на два-три градуси може призвести до достатнього розширення, щоб змінити допуск сцени.

Багато застосувань вимагають багатоосьового руху. У багатоосьовій системі платформи повинні бути розташовані один над одним для руху в різних напрямках. Наприклад, система контролю кремнієвих пластин може потребувати забезпечення лінійного...XіYрух, а також обертаннятетаУ таких системах важливо враховувати, як геометрія впливає на допуски в решті системи. Наприклад, якщо дві платформи розташовані одна на одній, верхня платформа може прогинатися на кінцях свого ходу. Прогин верхньої платформи залежить від консольного навантаження на нижню платформу. Цей прогин необхідно враховувати або розглядати іншу конфігурацію. Виробник платформи повинен забезпечити відповідність специфікацій платформ, що встановлюються одна на одну, вимогам застосування.

У багатоступеневих системах управління кабелями може стати проблемою логістики та надійності. Кабелі часто недооцінюють, але вони можуть впливати на термін служби, геометрію та продуктивність системи. Зверніться до виробника сцени за інноваційними рішеннями для кабельних систем. Вони можуть включати внутрішню інтеграцію кабелів для зменшення тертя та опору або використання єдиного зовнішнього кабельного інтерфейсу замість зовнішніх кабельних роз'ємів для більшої гнучкості.

Вибір системного приводу є ключовим елементом. Два найпоширеніші типи приводів - це кульково-гвинтові та лінійно-моторні приводи. Кульково-гвинтові приводи недорогі та прості для розуміння. Завдяки природному демпфуванню ними легко керувати, і їх можна легко додати гальмо. З іншого боку, механічне тертя може ускладнити підтримку постійної швидкості. За певних умов, таких як екстремальні температури або вологість, крок кульково-гвинтової передачі може змінюватися та впливати на точність. Якщо є проблема з тепловим впливом, може знадобитися лінійний енкодер або кращим вибором може бути каскад лінійного двигуна.

Лінійні двигуни складаються з магнітної доріжки та котушки. Магнітна доріжка зазвичай є нерухомою та складається з серії постійних магнітів, встановлених на сталевій підкладці. Котушка містить усі мідні обмотки та зазвичай кріпиться до каретки ковзної платформи. Деякі лінійні двигуни мають постійні магніти на вузлі ковзної каретки для спрощення прокладання кабелів, але довжина магніту обмежує хід цих систем.

Лінійні двигуни зазвичай найкраще підходять для легких та помірних навантажень у високошвидкісних, постійношвидкісних або довгохідних системах. Лінійні двигуни мають набагато більший хід, ніж кульково-гвинтові приводи, оскільки вони не провисають зі збільшенням довжини ходу. Вони можуть забезпечити краще керування швидкістю, але рухома котушка та електроніка лінійного енкодера ускладнюють управління кабелями. Крім того, великі лінійні приводи важчі та можуть стати дорогими зі збільшенням довжини ходу та розміру магніту.

Важливим фактором при виборі типу приводу є здатність до зупинки та орієнтація монтажу. Лінійні двигуни вільно рухаються без живлення, тоді як кульково-гвинтові приводи мають тертя для гасіння руху. Це особливо важливо в тих випадках, коли привід має бути встановлений вертикально. Оскільки платформа лінійного двигуна практично без тертя, втрата потужності призведе до вільного падіння каретки. Крім того, силу тяжіння потрібно завжди долати, що вимагає великої постійної сили для двигуна. Кульково-гвинтові приводи більше підходять для вертикального застосування, оскільки лінійні двигуни можуть швидко перегріватися при вертикальній роботі або можуть вимагати противаги.

Вибір двигуна також може включати компроміси. Звичайні роторні двигуни є найдешевшим варіантом, але вони збільшують вимоги до простору для приводної системи. Лінійні двигуни займають менше місця, але є дорожчими, оскільки мають більше магнітів, ніж роторний двигун, і вимагають лінійного енкодера. У приводах з кульковим гвинтом можна використовувати лінійні енкодери, але роторні енкодери на двигуні та кульковому гвинті часто працюють так само добре і коштують менше. Існують також компроміси, пов'язані з використанням крокових двигунів або серводвигунів. Крокові двигуни дешевші, але серводвигуни мають кращі високошвидкісні характеристики.

Варіантом для платформи з кульковим гвинтом є безрамний двигун. Безрамний двигун – це стандартний безщітковий двигун, вбудований у платформу. Магніти ротора з'єднані безпосередньо з валом кулькового гвинта, а обмотки статора інтегровані в кінець платформи. Така конфігурація усуває потребу в з'єднувачі двигуна, що економить кілька дюймів простору. Відсутність з'єднувача зменшує гістерезис та скручування з'єднання двигуна з кульковим гвинтом, що покращує продуктивність. Виробники платформ повинні надавати експертизу щодо двигунів та енкодерів, щоб допомогти визначити найкраще комплексне рішення для застосування.

Після того, як механічні та електричні аспекти руху системи добре зрозумілі та вибрані етапи, можна вирішити деталі системи керування. Система керування повинна бути сумісною з електронікою приводу, з особливою увагою до того факту, що не всі приводи надають інформацію зворотного зв'язку на своїх роз'ємах. В ідеалі, контролер повинен безпосередньо взаємодіяти з сигналами перетворювачів та виконавчих механізмів без додаткового обладнання. Контролер також повинен мати достатню продуктивність, щоб замкнути контури керування в межах природних швидкостей передачі даних системи або одночасно координувати рух кількох осей руху за потреби.