Scegliere la giusta attuazione dello stadio per la dinamica

Dec 16, 2023

Di Lisa Eitel | 26 novembre 2018

Quando le misurazioni vengono effettuate al volo su un prodotto discreto, è fondamentale che il sistema di movimento riduca al minimo gli errori e corregga il resto.

Brian Handerhan | Responsabile dello sviluppo aziendale • Scienze della vitaPatrick Lehr | Responsabile prodotto • Divisione Meccanica di precisione, Elettromeccanica e azionamenti • Parker Hannifin Corp.

La metrologia dinamica è la raccolta di dati su oggetti che viaggiano sugli assi in movimento della macchina. È sempre più comune con le ispezioni e la spettrometria basate su laser e principalmente per la produzione di semiconduttori ed elettronica che utilizza la scansione in linea di prodotti discreti durante vari processi. Anche le applicazioni delle scienze della vita, come l’analisi cellulare o il sequenziamento del DNA e dei geni, che richiedono un’elevata capacità di raccolta dati, utilizzano la metrologia dinamica. Un'altra applicazione ancora è nel taglio laser di precisione.

Poiché le fasi che trasportano il prodotto sono in movimento durante le misurazioni, devono presentare errori lineari, errori di Abbe ed errori planari minimi. Le fonti di questi errori abbondano e includono incoerenze di lavorazione delle guide lineari e degli assiemi, incoerenze dei cuscinetti, attrito, deflessione, fluttuazione termica, feedback incoerente e avvolgimento meccanico.

Maggiori dettagli su tutti e tre i tipi di errore sono disponibili all'indirizzo blog.parker.com e alla ricerca di metrologia dinamica. Mantenere gli errori al minimo significa minimizzarne le cause, comprese le incoerenze di lavorazione e dei cuscinetti, l'attrito, la deflessione, la fluttuazione termica, il feedback incoerente e l'avvolgimento meccanico.

Per i dispositivi di posizionamento lineare, l’industria quantifica tale errore in otto modi diversi. Gli errori di Abbe si verificano nelle direzioni di beccheggio, imbardata e rollio; contribuiscono in modo significativo all'accuratezza e alla ripetibilità e sono quantificati con misure angolari. Gli errori lineari nelle direzioni X, Y o Z sono direttamente correlati alla precisione e alla ripetibilità e vengono quantificati con misure lineari. Al contrario, gli errori planari si verificano nella direzione X, Y o Z e contribuiscono direttamente all'asse adiacente in un sistema multiasse. Anche questi vengono quantificati con misure lineari.

Una nota speciale: La precisione viene influenzata quando il punto di misurazione si trova ad una certa distanza dal palco... e l'errore totale è maggiore quando il punto di misurazione è più distante dal palco. In tali applicazioni, in cui il punto di interesse è a una certa distanza dai punti di beccheggio, imbardata o rollio, ridurre al minimo l'errore di Abbe è estremamente critico. Gli ingegneri progettisti devono tenere conto di tale amplificazione di tali errori quando specificano le fasi lineari per le applicazioni di metrologia dinamica.

Consideriamo due operazioni che includono un punto di misurazione a una certa distanza dalla fase lineare. L'errore totale è maggiore quando il punto di misurazione è più distante dal palco.

Per la metrologia dinamica è inoltre necessario uno stretto controllo sulla velocità della fase di movimento. L'errore sotto forma di accelerazione e decelerazione imprevista (come ondulazione della velocità) rende impossibile la raccolta accurata e coerente dei risultati nelle configurazioni di metrologia dinamica. Le applicazioni di scansione in particolare necessitano di un buon controllo della velocità o rischiano una scarsa raccolta dei dati (rispetto alla posizione prevista) e risultati sfocati.

Il controllo della velocità è fondamentale per le applicazioni di metrologia dinamica poiché quest'ultima dipende dalla velocità uniforme per ottenere misurazioni accurate e coerenti.

Le cause dell'ondulazione della velocità includono deviazioni nella trasmissione meccanica; variazioni del passo della vite o della puleggia; e l'attrito cambia durante la corsa. Altri fattori che possono causare ondulazioni di velocità includono errori di precisione nel dispositivo di feedback, una limitazione del controllo di corrente nell'azionamento del motore; una frequenza PWM invece di un amplificatore lineare; e algoritmi servo non ottimali e velocità di aggiornamento del controllo.

Esistono diversi modi per ridurre al minimo l'ondulazione della coppia sugli assi dello stadio: installare un dispositivo di feedback lineare ad alta risoluzione sull'attuatore; installare un encoder a errore suddivisione molto basso (SDE) sul motore dell'asse; oppure utilizzare un controller di azionamento con un'elevata velocità di aggiornamento del servo.