Un guide complet pour comprendre et mettre en œuvre la technologie des portiques

Robot portique à système de mouvement linéaire.

Les systèmes à portique sont des robots industriels dotés d'une structure mécanique qui utilise un chariot mobile sur un pont linéaire. Ils sont devenus un élément indispensable de diverses industries en raison de leur précision, de leur vitesse et de leur flexibilité inégalées.

Introduction

Les systèmes à portique font désormais partie intégrante de diverses industries et jouent un rôle crucial dans les processus de fabrication, de manutention et d'automatisation. Ces systèmes polyvalents offrent toute une série d'avantages, notamment une précision, une vitesse et une flexibilité accrues dans de nombreuses applications. Cet article vise à fournir un guide complet pour comprendre et mettre en œuvre la technologie des portiques, en se concentrant sur ses composants, ses types, ses considérations de conception, ses applications et sa maintenance.

On ne saurait trop insister sur l'importance des systèmes à portique, qui ont révolutionné le mode de fonctionnement des entreprises et continuent d'évoluer avec l'apparition de nouvelles technologies. En comprenant mieux les principes de fonctionnement et les aspects techniques des robots portiques, les entreprises peuvent prendre des décisions éclairées lorsqu'elles intègrent ces systèmes dans leurs opérations, optimisant ainsi l'efficacité et la productivité.

Système de portique : Composants de base

Un système de portique est une structure mécanique composée de divers éléments qui fonctionnent ensemble pour permettre un mouvement linéaire multiaxial précis et contrôlé. Il est essentiel de comprendre ces composants et leurs fonctions pour concevoir, mettre en œuvre et entretenir correctement les systèmes à portique. Les composants de base d'un système de portique comprennent les rails linéaires, les roulements et les glissières, les moteurs et les entraînements, ainsi que les systèmes de contrôle et les logiciels. Chacun de ces composants joue un rôle essentiel dans les performances globales du système, et leur sélection et leur intégration correctes sont cruciales pour obtenir les résultats souhaités.

Rails linéaires

Les rails linéaires, également connus sous le nom de rails de guidage linéaires, constituent l'épine dorsale des robots linéaires. Ils sont chargés de fournir le support et le guidage principaux pour les composants mobiles du système. Les rails linéaires permettent un mouvement fluide et précis le long d'une trajectoire prédéterminée, garantissant un positionnement précis et une friction minimale.

Il existe différents types de rails linéaires, notamment les rails ronds, profilés et en forme de V. Les rails ronds constituent l'option la plus simple et la plus économique, offrant un niveau de guidage de base pour les composants du système de portique. Les rails profilés, en revanche, présentent une conception plus complexe avec un degré élevé de précision et de capacité de charge. Ces rails sont constitués d'une surface plane usinée avec un profil spécifique qui est associé à des blocs de roulements correspondants. Les rails en V offrent une combinaison unique de rigidité et d'auto-alignement, ce qui facilite l'installation et la maintenance.

Lors de la sélection des rails linéaires pour une application spécifique, plusieurs facteurs doivent être pris en compte. Ces facteurs comprennent la capacité de charge requise, la vitesse du système et la précision, ainsi que les conditions environnementales dans lesquelles le système fonctionnera. Par exemple, les applications lourdes peuvent nécessiter des rails profilés avec une capacité de charge élevée, tandis que les applications à grande vitesse peuvent bénéficier de la réduction des frottements et de l'augmentation de la rigidité offertes par les rails en forme de V. En outre, les rails linéaires peuvent nécessiter des revêtements spéciaux ou être fabriqués à partir de matériaux résistants à la corrosion lorsqu'ils sont utilisés dans des environnements difficiles, tels qu'une humidité élevée ou une exposition à des produits chimiques corrosifs.

Roulements et glissières linéaires

Les roulements et les glissières linéaires sont des composants essentiels des systèmes de portique, car ils facilitent les mouvements fluides et contrôlés le long des rails linéaires. Ils minimisent la friction entre les pièces mobiles, garantissant un positionnement précis et réduisant l'usure des composants du système. Le choix des roulements et des glissières a un impact significatif sur les performances globales, la longévité et les besoins de maintenance d'un système de portique.

Il existe différents types de roulements et de glissières linéaires, chacun ayant ses propres caractéristiques et avantages. Parmi les types les plus courants, on trouve les roulements à billes, les roulements à rouleaux et les paliers lisses.

Les roulements linéaires à billes sont le type de roulement le plus utilisé dans les systèmes de portique, car ils offrent un haut niveau de précision et un faible frottement. Ils se composent d'une série de roulements à billes logés dans un bloc de roulements qui se déplace le long du rail. Ces roulements conviennent à un large éventail d'applications, des systèmes légers aux systèmes lourds à forte capacité de charge. Ils offrent également une excellente rigidité et une longue durée de vie, ce qui en fait un choix populaire pour de nombreuses industries.

Les roulements à rouleaux, quant à eux, utilisent des rouleaux cylindriques ou des aiguilles à la place des roulements à billes pour faciliter le mouvement. Ils offrent des capacités de charge plus élevées et une plus grande rigidité que les roulements à billes linéaires, ce qui les rend bien adaptés aux applications lourdes. Les roulements à rouleaux sont également moins sensibles à la contamination, car leur conception empêche la pénétration de saletés et de débris.

Les paliers à glissement, également appelés paliers lisses ou coussinets, reposent sur un mouvement de glissement régulier entre deux surfaces, généralement à l'aide d'un lubrifiant. Ils offrent une solution simple et économique pour les applications à faible vitesse et à faible charge, où la précision n'est pas un facteur critique. Les paliers lisses sont également autolubrifiants, ce qui peut réduire les besoins de maintenance.

Lors de la sélection des roulements et des glissières pour un système de portique, il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que la capacité de charge, la vitesse, la précision et les conditions environnementales. Le choix des roulements et des glissières doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, la durée de vie et les besoins de maintenance. En outre, une installation et un alignement corrects des roulements et des glissières sont essentiels pour garantir un fonctionnement souple et fiable.

Moteurs et entraînements

Les moteurs et les entraînements sont des composants essentiels des systèmes de robots portiques, car ils fournissent la force et le contrôle nécessaires pour déplacer les composants du système de mouvement le long des rails linéaires. Ils jouent un rôle essentiel dans la détermination de la vitesse, de la précision et de l'efficacité globales du système de portique. En connaissant les différents types de moteurs et de variateurs disponibles et leurs caractéristiques, il est possible de sélectionner la solution la plus adaptée à une application spécifique.

Plusieurs types de moteurs sont couramment utilisés dans les systèmes à portique, notamment les moteurs pas à pas, les servomoteurs et les moteurs linéaires. Chacun de ces moteurs présente ses propres avantages et inconvénients, en fonction des exigences de l'application.

Les moteurs pas à pas sont un choix populaire pour de nombreux systèmes à portique en raison de leur simplicité, de leur précision et de leur prix abordable. Ces moteurs fonctionnent en divisant une rotation complète en un grand nombre d'étapes discrètes, ce qui permet un contrôle précis de la position et de la vitesse du moteur. Les moteurs pas à pas sont bien adaptés aux applications qui nécessitent un positionnement précis et des vitesses modérées, comme l'impression 3D et l'usinage CNC.

Les servomoteurs, quant à eux, offrent des niveaux de précision, de vitesse et de couple supérieurs à ceux des moteurs pas à pas. Ils emploient un système de contrôle en boucle fermée, qui utilise le retour d'information des capteurs pour ajuster en permanence leur position et leur vitesse. Cela permet aux servomoteurs de maintenir un contrôle précis, même lorsque les charges et les conditions de fonctionnement varient. Les servomoteurs sont souvent utilisés dans des applications où la vitesse, le couple et la précision du positionnement sont essentiels, comme la robotique et les systèmes d'automatisation.

Les moteurs linéaires sont un type de moteur unique qui produit directement un mouvement linéaire, plutôt qu'un mouvement rotatif. Il n'est donc pas nécessaire d'ajouter des composants mécaniques et des modules, tels que des engrenages et des courroies, pour convertir un mouvement rotatif en un mouvement linéaire. Les moteurs linéaires peuvent offrir des avantages significatifs en termes de vitesse, de précision et d'efficacité, ce qui les rend idéaux pour les applications à haute dynamique, à grande vitesse et de haute précision.

Les variateurs, également appelés contrôleurs de moteur, sont chargés de réguler la puissance fournie aux moteurs et de contrôler leur vitesse, leur direction et leur position. Le choix de la technologie d'entraînement a un impact significatif sur les performances et l'efficacité du système de portique. Il existe différents types de variateurs, notamment les variateurs à moteur pas à pas, les servomoteurs et les variateurs de fréquence (VFD). Chaque type de variateur est spécifiquement conçu pour fonctionner avec un type de moteur particulier, offrant un niveau optimal de contrôle et de performance pour ce moteur.

Lors de la sélection des moteurs et des variateurs pour un système de portique, il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que la capacité de charge, la vitesse, la précision et les conditions environnementales. Le choix des moteurs et des variateurs doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, l'efficacité énergétique et les besoins de maintenance. En outre, l'intégration correcte des moteurs et des entraînements avec les autres composants du système de portique est essentielle pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.

Systèmes de contrôle et logiciels

Les systèmes de contrôle et les logiciels sont responsables de la coordination et de la gestion des différents composants, tels que les moteurs, les entraînements et les capteurs, afin d'obtenir le mouvement et le positionnement souhaités. En utilisant des algorithmes de contrôle et des outils logiciels avancés, les systèmes à portique peuvent atteindre des niveaux élevés de précision, de vitesse et d'efficacité, ce qui les rend indispensables pour une large gamme d'applications.

Les systèmes de contrôle des portiques sont généralement constitués d'une combinaison de composants matériels et logiciels, qui fonctionnent ensemble pour fournir une solution transparente et intégrée de contrôle des mouvements. Parmi les principaux composants d'un système de commande, on peut citer un automate programmable (PLC), un contrôleur de mouvement et des dispositifs d'entrée/sortie (I/O).

Un contrôleur logique programmable (PLC) est un ordinateur industriel robuste conçu pour exécuter des tâches de contrôle en temps réel. Les automates programmables sont largement utilisés dans les systèmes de portique en raison de leur capacité à gérer des tâches de contrôle complexes, telles que la coordination de plusieurs axes de mouvement, la gestion des données des capteurs et la mise en œuvre de dispositifs de sécurité. La flexibilité des automates permet de les personnaliser et de les adapter facilement à différentes applications, ce qui en fait un choix idéal pour les systèmes à portique.

Les contrôleurs de mouvement sont des dispositifs spécialisés spécialement conçus pour gérer le mouvement et le positionnement des moteurs dans un système de portique. Ils utilisent des algorithmes avancés et un retour d'information en temps réel des capteurs pour optimiser le profil de mouvement, garantissant ainsi un fonctionnement souple et précis. Les contrôleurs de mouvement peuvent être des dispositifs autonomes ou intégrés dans un système de contrôle basé sur un PLC ou un PC.

Les dispositifs d'entrée/sortie (E/S) permettent aux différents composants de communiquer et d'échanger des données. Les capteurs, les écrans et les panneaux de contrôle sont des exemples de dispositifs d'E/S utilisés dans les systèmes de portique. Ces dispositifs fournissent les informations nécessaires au système de contrôle pour prendre des décisions éclairées et exécuter efficacement les tâches de contrôle.

Les logiciels jouent un rôle essentiel dans le fonctionnement du système de contrôle d'un portique, en fournissant une interface conviviale pour la programmation, la surveillance et le diagnostic du système. Il existe plusieurs types d'outils logiciels, allant des logiciels propriétaires fournis par le fabricant du système à portique aux solutions à code source ouvert qui peuvent être adaptées à diverses applications. Les principales fonctions du logiciel comprennent la planification des mouvements, la génération de trajectoires, la détection et la correction des erreurs.

Lors de la sélection d'un système de contrôle et d'un logiciel pour un système portique, il est essentiel de prendre en compte des facteurs tels que la complexité des tâches de mouvement, le niveau d'intégration avec d'autres systèmes et le niveau de personnalisation requis. Le choix du système de commande et du logiciel doit être basé sur les exigences spécifiques de l'application, en tenant compte des impacts potentiels sur les performances du système, la facilité d'utilisation et les besoins de maintenance. En outre, la configuration et l'intégration correctes du système de contrôle et du logiciel avec les autres composants du système de portique sont essentielles pour garantir un fonctionnement fluide et fiable.