Révolutionner le contrôle des mouvements avec les moteurs linéaires

les systèmes de moteurs linéaires se composent de 9 éléments principaux.

Module de moteur linéaire à étage XYZ Robot portique

Les moteurs linéaires ont redéfini ce qui est possible en matière de contrôle des mouvements grâce à des performances plus rapides, plus précises et plus fiables que les actionneurs linéaires traditionnels à moteur rotatif. La propriété unique d'un moteur linéaire est que la charge est déplacée sans composants mécaniques de transmission de puissance. Au lieu de cela, la force linéaire générée par le champ magnétique de la bobine du moteur est directement couplée à la charge. Cela élimine les dispositifs mécaniques qui convertissent le mouvement rotatif en mouvement linéaire, améliorant ainsi la durée de vie, la précision, la vitesse et les performances globales du système.

La demande croissante de productivité, de qualité des produits, de rapidité de développement et de réduction des coûts d'ingénierie rend l'adoption de la technologie des moteurs linéaires de plus en plus populaire, grâce à des conceptions modulaires de moteurs linéaires. On les trouve dans la métrologie, les systèmes de découpe de précision, les équipements de fabrication de semi-conducteurs et d'électronique, la manipulation de plaquettes, la lithographie, les systèmes d'inspection par vision, les équipements et dispositifs médicaux, les systèmes d'essai, l'aérospatiale et la défense, l'automatisation des chaînes de montage, les applications d'impression et d'emballage, et bien d'autres applications qui nécessitent un débit élevé et un mouvement linéaire de haute précision.

Les composants d'un moteur linéaire doivent être usinés et assemblés avec une grande précision et des processus répétables. L'alignement correct de ces pièces est essentiel et nécessite une conception détaillée et des compétences d'assemblage.

Aujourd'hui, la nouvelle génération de moteurs linéaires modulaires a changé la donne. Les moteurs linéaires modulaires clés en main peuvent être facilement boulonnés sur un système et sont prêts à fonctionner immédiatement, ce qui réduit considérablement le temps d'ingénierie. Les ingénieurs peuvent désormais intégrer les puissants avantages de la technologie des moteurs linéaires modulaires dans la conception de leurs machines en quelques jours seulement, au lieu de plusieurs mois, voire plusieurs années.

Les systèmes de moteurs linéaires se composent de neuf éléments principaux :

1. Une plaque de base

2. Une bobine de moteur

3. Une piste magnétique permanente (normalement des aimants en néodyme)

4. Un chariot qui relie la bobine du moteur à la charge

5. Des rails à roulements linéaires sur lesquels le chariot est guidé et qui sont reliés à la base

6. Un encodeur linéaire pour le retour d'information sur la position

7. Des butées d'arrêt

8. Un chemin de câble

9. Soufflets en option pour protéger la piste magnétique, le codeur et les rails linéaires de la contamination environnementale.

BOUCLE DE CONTRÔLE

Les composants d'un moteur linéaire doivent être usinés et assemblés avec une grande précision et des processus répétables. L'alignement correct de ces pièces est essentiel et nécessite des détails de conception et des compétences d'assemblage importants. Par exemple, la piste magnétique et la bobine du moteur mobile doivent être plates, parallèles et montées avec un espace d'air particulier entre elles. La bobine mobile se déplace sur un chariot relié à des rails de roulement linéaires de précision parallèles situés au-dessus de la piste magnétique. Le codeur de position avec une échelle linéaire et une tête de lecture est une autre partie critique d'un moteur linéaire qui exige des procédures d'alignement appropriées et une conception de montage robuste pour résister à des accélérations allant jusqu'à 5 G. Avec les moteurs linéaires modulaires, ces détails sont déjà pris en compte et préconçus.

Les systèmes de moteurs linéaires modulaires tels que celui illustré sont utilisés lorsqu'un mouvement linéaire précis, rapide et reproductible est nécessaire. Ce système est une alternative aux actionneurs à vis à billes, à courroie et à pignon et crémaillère.

Des contrôleurs de mouvement sophistiqués et des servomoteurs sont utilisés pour contrôler le mouvement du moteur linéaire. Les moteurs linéaires présentent un avantage certain en termes de rigidité et de réponse en fréquence. Dans certaines gammes de fréquences, ils présentent une rigidité qui surpasse les vis à billes traditionnelles d'un facteur remarquable de 10 ou plus. Grâce à cet attribut, les moteurs linéaires peuvent gérer des bandes passantes de position et de vitesse élevées avec une précision impressionnante, même en cas de perturbations externes. Contrairement aux vis à billes, qui rencontrent souvent des fréquences de résonance entre 10 et 100 Hz, les moteurs linéaires fonctionnent à des fréquences plus élevées, plaçant leurs résonances bien au-delà de la bande passante de la boucle de position.

Toutefois, la suppression de la transmission mécanique implique un compromis. Les composants mécaniques, tels que les vis à billes, contribuent à réduire les perturbations dues aux forces de la machine, aux fréquences de résonance naturelles ou aux vibrations transversales. Leur élimination laisse les moteurs linéaires directement exposés à ces perturbations. Par conséquent, la compensation de ces perturbations devient la responsabilité du contrôleur de mouvement et de l'électronique d'entraînement, qui doivent s'y attaquer de front - en agissant directement sur l'axe servo. C'est là que les algorithmes de mouvement en boucle fermée sophistiqués d'aujourd'hui entrent en jeu pour éliminer les résonances et fournir un contrôle remarquable de la boucle de position.

Dans le domaine des actionneurs linéaires, les moteurs linéaires offrent des prouesses techniques exceptionnelles. Leur capacité à présenter une rigidité supérieure et à fonctionner à des fréquences plus élevées les distingue des solutions traditionnelles. En défiant les fréquences de résonance et en maintenant une grande précision même en présence de perturbations externes, les moteurs linéaires offrent une solution convaincante.

Néanmoins, l'absence de transmission mécanique nécessite des stratégies de compensation robustes pour contrer les perturbations et garantir la performance et la fiabilité du système. Les fréquences d'échantillonnage des contrôleurs de mouvement pour les boucles de vitesse et de position commencent généralement à 5 kHz. Un axe à moteur linéaire peut avoir une largeur de bande de boucle de position cinq à dix fois supérieure à celle d'un axe conventionnel à moteur rotatif, pour lequel des fréquences de 1 ou 2 kHz sont acceptables. Certains contrôleurs de mouvement actuels peuvent échantillonner des taux de 20 kHz ou plus, ce qui permet un contrôle de retour ultra-rapide et un contrôle de trajectoire ultra-précis.

Étant donné que la plupart des fabricants de moteurs linéaires modulaires sont également des experts en matière de contrôle de mouvement et d'asservissement, de nombreux défis liés aux boucles de contrôle et aux problèmes de résonance mécanique ont également été bien étudiés, et des solutions et des outils sont fournis pour atténuer ces défis.

APPLICATION DU MOTEUR LINÉAIRE

J'ai acquis une expérience précieuse dans l'utilisation des moteurs linéaires il y a plusieurs années, avec une équipe d'ingénieurs qui se lançait dans un projet révolutionnaire : créer la première machine de découpe laser au monde basée sur un moteur linéaire. L'utilisation de moteurs linéaires était la solution idéale pour bouleverser l'industrie, car les technologies traditionnelles d'actionneurs linéaires entraînés par des servomoteurs rotatifs ne pouvaient pas offrir les capacités de haute performance que l'on peut obtenir avec des moteurs linéaires.

La mise en œuvre de la technologie n'a pas été facile. Au fur et à mesure que nous avancions dans le projet, nous nous sommes rendu compte que notre application nécessitait des spécifications de performance des moteurs linéaires qui n'étaient pas disponibles dans le commerce. Sans nous décourager, nous avons décidé de concevoir des moteurs linéaires spécialement pour notre application.

Nous avons été confrontés à de nombreux défis, car nous devions déplacer un système de portique de 1 000 livres à une vitesse rapide de 2,5 m/sec avec une accélération de 1,5 G, ce qui signifie que nous devions concevoir un moteur linéaire capable de produire des forces extrêmes. Notre équipe a persévéré, consacrant d'innombrables heures à la recherche et au développement jusqu'à ce que nous concevions enfin un moteur linéaire capable de répondre aux exigences de notre machine de découpe laser. Nous avons été très fiers de voir nos moteurs linéaires en action 14 mois plus tard, propulsant le système de portique avec une vitesse, une facilité et une précision incroyables. Les performances obtenues étaient sans précédent. Il est remarquable de penser que notre concept de machine aurait pu être réalisé beaucoup plus rapidement si des moteurs linéaires modulaires clés en main avaient été disponibles à l'époque.

La technologie des moteurs linéaires a beaucoup évolué depuis que nous nous sommes lancés dans la conception de moteurs linéaires dans les années 90. Avec l'introduction de nouvelles conceptions modulaires, le potentiel d'innovation et de progrès dans la conception des mouvements et des moteurs linéaires est plus grand que jamais. Les moteurs linéaires modulaires redéfinissent ce qui est possible, avec des capacités de contrôle de mouvement plus rapides, plus précises et plus fiables qui peuvent être déployées rapidement au profit d'un large éventail d'applications dans de nombreuses industries.