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#Tendances produits
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Préparer le terrain pour une bonne conception des machines
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Quel que soit le degré de sophistication de votre contrôleur de mouvement, il ne peut pas surmonter un système électromécanique mal conçu.
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Les systèmes de commande de mouvement se composent de trois éléments principaux : le mécanisme de positionnement, l'électronique d'entraînement du moteur et le contrôleur de mouvement. Chacun de ces composants doit être sélectionné avec soin, mais pour obtenir les meilleurs résultats du système, prévoyez d'abord le mécanisme de positionnement. Si le mécanisme n'est pas en mesure de répondre aux exigences, les entraînements et le contrôleur de mouvement ne pourront pas combler la différence.
La première étape de la conception de tout système de mouvement consiste à décrire et à comprendre complètement le processus. À partir de cette description, dressez une liste des paramètres de performance des composants. 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. Parmi les paramètres moins évidents, mais tout aussi importants, citons les contraintes ou les défis environnementaux, le choix de l'entraînement, le fonctionnement dans des orientations multiples, la gestion des câbles dans les 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. Une évaluation approfondie de ces composants est donc essentielle à la réussite du projet.
L'application déterminera si l'étage de positionnement est linéaire, rotatif ou s'il incorpore une combinaison d'étages dans un système multiaxe. Même dans les applications mono-axe relativement simples, de nombreuses considérations entrent en jeu. Les charges sont un aspect essentiel de ce profil, car des questions telles 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 du poids typique et maximal de la charge ainsi que de la distance maximale et minimale que la platine doit parcourir, des vitesses de déplacement requises et de l'accélération.
Il est important de considérer la platine comme une partie intégrante d'un système plus vaste. La façon dont la platine est montée et la structure de montage, par exemple, ont un impact considérable sur les performances de la platine et sa 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 mobile. De même, une platine linéaire à grande course sélectionnée pour sa grande précision de planéité doit être montée sur une surface plane appropriée pour éviter toute distorsion due à la conformation de la platine à une surface non plane.
Tenez également compte des exigences de durée de vie du système lorsque vous définissez les spécifications de la platine. Si les exigences changent au cours de la durée de vie de la machine, cela peut placer le système en dehors de la tolérance de la platine 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.
Les contraintes de taille et d'environnement du système ont également une influence. Tenez compte des contraintes de taille horizontales et verticales. Les facteurs qui peuvent influencer l'encombrement total du système comprennent le fait que la mécanique d'entraînement soit externe ou interne 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 une friction excessive au sein de la platine et avoir un impact sur la fiabilité et les performances. La température de fonctionnement est une question environnementale clé qui peut affecter considérablement les performances de la platine. Un changement de température d'à peine deux ou trois degrés peut provoquer une dilatation suffisante pour modifier la tolérance de la platine.
De nombreuses applications nécessitent un mouvement à plusieurs axes. Dans un système multiaxe, les platines doivent être empilées pour permettre un mouvement dans différentes directions. Un système d'inspection de plaquettes de silicium, par exemple, peut avoir besoin de fournir un mouvement linéaire X et Y ainsi qu'un mouvement de rotation thêta. Dans ce type de système, il est important de tenir compte de la façon dont la géométrie affecte les tolérances dans le reste du système. Par exemple, avec deux étages empilés l'un sur l'autre, l'étage supérieur peut dévier aux extrémités de sa course. La déflexion de l'étage supérieur est fonction de la charge en porte-à-faux sur l'étage inférieur. Cette déflexion doit être prise en compte ou une configuration différente doit être envisagée. Le fabricant de platines doit s'assurer que les spécifications des platines empilées répondent aux exigences de l'application.
Dans les systèmes à étages multiples, 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. Demandez au fabricant d'étages de vous proposer des solutions de câblage innovantes. Celles-ci peuvent inclure l'intégration des câbles à l'intérieur pour réduire les frottements et la résistance, ou l'utilisation d'une seule interface de câble externe plutôt que des connecteurs de câble externes pour plus de flexibilité.
Le choix de l'entraînement du système est un élément clé. Les deux types d'entraînement les plus courants sont ceux à vis à billes et à moteur linéaire. Les entraînements à vis à billes sont peu coûteux et faciles à comprendre. Avec leur amortissement naturel, ils sont faciles à contrôler et un frein peut être facilement ajouté. En revanche, la friction mécanique peut rendre difficile le maintien d'une vitesse constante. Dans certaines conditions, comme des températures ou une 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 une platine à moteur linéaire peut être un meilleur choix.
Les chaînes cinématiques des moteurs linéaires sont constituées d'une piste magnétique et d'un ensemble de bobines. La piste magnétique est généralement stationnaire et consiste en une série d'aimants permanents montés sur un substrat en acier. L'ensemble de la bobine contient tous les enroulements en cuivre et se monte généralement sur le chariot de la platine coulissante. Certaines platines à moteur linéaire ont les aimants permanents sur le chariot coulissant afin de simplifier le câblage, mais la longueur des aimants 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 entraînements à vis à billes car ils ne s'affaissent pas lorsque la longueur du 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. En outre, les grands entraînements linéaires sont plus lourds et peuvent devenir coûteux lorsque la longueur de déplacement et la taille de l'aimant augmentent.
La capacité d'arrêt et l'orientation du montage sont des éléments importants à prendre en compte lors du choix du type d'entraînement. Les entraînements à moteur linéaire se déplacent librement sans alimentation, tandis que les entraînements à vis à billes ont une friction pour amortir le mouvement. Ceci est particulièrement important dans les applications où l'entraînement doit être monté verticalement. Étant donné qu'une platine à moteur linéaire est pratiquement dépourvue de frottement, une perte d'alimentation entraîne la chute libre du chariot. En outre, la force de gravité doit toujours être surmontée, ce qui impose une force continue importante au moteur. Les entraînements à vis à billes sont plus appropriés pour les applications verticales, car les moteurs linéaires peuvent surchauffer rapidement lorsqu'ils sont utilisés verticalement ou peuvent nécessiter un contrepoids.
Le choix d'un moteur peut également nécessiter des compromis. Les moteurs rotatifs courants constituent l'option la moins coûteuse, mais ils augmentent l'espace nécessaire au système d'entraînement. Les moteurs linéaires prennent moins de place mais sont plus chers car ils comportent plus d'aimants qu'un moteur rotatif et nécessitent un codeur linéaire. Les étages entraînés par des vis à billes peuvent utiliser des codeurs linéaires, mais les codeurs rotatifs sur le moteur et la vis à billes sont souvent tout aussi efficaces et moins coûteux. L'utilisation de moteurs pas à pas ou de servomoteurs implique également des compromis. Les moteurs pas à pas sont moins chers, mais les servomoteurs ont de meilleures performances à grande vitesse.
Une option pour une platine entraînée par une vis à billes est un moteur sans châssis. Un moteur sans châssis est un moteur sans balais standard intégré à la platine. 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 la platine. Cette configuration élimine le coupleur du moteur, ce qui permet de gagner plusieurs pouces d'espace. L'absence de coupleur réduit l'hystérésis et l'enroulement de la connexion entre le moteur et la vis à billes, ce qui améliore les performances. Les fabricants de platines doivent fournir une expertise sur les moteurs et les encodeurs pour aider à définir la meilleure solution globale pour l'application.
Une fois les aspects mécaniques et électriques du mouvement du système bien compris et les platines sélectionnées, les détails du système de commande peuvent être résolus. Un système de commande doit être compatible avec l'électronique du variateur, en tenant compte du 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 des transducteurs et des actionneurs sans matériel supplémentaire. Le contrôleur doit également être suffisamment performant pour fermer les boucles de commande dans les limites des débits de données naturels du système, ou pour coordonner simultanément le mouvement de plusieurs axes de déplacement, si nécessaire.