Escolhendo a atuação correta do estágio para dinâmica

Dec 16, 2023

Por Lisa Eitel | 26 de novembro de 2018

Quando as medições são feitas para produtos discretos em tempo real, é fundamental que o sistema de movimento minimize o erro e corrija o resto.

Brian Handerhan | Gerente de desenvolvimento de negócios • Ciências da vidaPatrick Lehr | Gerente de produto • Mecânica de precisão Divisão de eletromecânica e acionamentos • Parker Hannifin Corp.

A metrologia dinâmica é a coleta de dados sobre objetos que viajam em eixos de máquinas em movimento. É cada vez mais comum com inspeções e espectrometria baseadas em laser e principalmente para fabricação de semicondutores e eletrônicos que usam varredura de linha de produtos discretos durante vários processos. Aplicações de ciências da vida, como análise de células ou DNA e sequenciamento de genes – que exigem alto rendimento de coleta de dados – também empregam metrologia dinâmica. Ainda outra aplicação é no corte a laser de precisão.

Como os estágios que transportam o produto estão em movimento durante as medições, eles devem exibir erros lineares mínimos, erros de Abbe e erros planares. As fontes desses erros são abundantes - e incluem deslizamento linear e inconsistências de usinagem de montagem, inconsistências de rolamentos, fricção, deflexão, flutuação térmica, feedback inconsistente e enrolamento mecânico.

Mais detalhes sobre todos os três tipos de erro podem ser encontrados na entrada blog.parker.com e na pesquisa de metrologia dinâmica. Manter os erros ao mínimo significa minimizar suas fontes - incluindo inconsistências de usinagem e rolamentos, fricção, deflexão, flutuação térmica, feedback inconsistente e enrolamento mecânico.

Para dispositivos de posicionamento linear, a indústria quantifica esse erro de oito maneiras diferentes. Os erros de Abbe ocorrem nas direções de inclinação, guinada e rolagem; eles contribuem significativamente para a precisão e repetibilidade e são quantificados com medidas angulares. Erros lineares nas direções X, Y ou Z estão diretamente relacionados à precisão e repetibilidade e são quantificados com medidas lineares. Em contraste, erros planares ocorrem na direção X, Y ou Z e contribuem diretamente para o eixo adjacente em um sistema multieixo. Estes também são quantificados com medidas lineares.

Uma nota especial: A precisão é afetada quando o ponto de medição está a alguma distância do estágio... e o erro total é maior quando o ponto de medição está mais distante do estágio. Em tais aplicações - onde o ponto de interesse está a alguma distância dos pontos de inclinação, guinada ou rotação - minimizar o erro de Abbe é mais crítico. Os engenheiros de projeto devem levar em conta tal ampliação de tais erros ao especificar estágios lineares para aplicações de metrologia dinâmica.

Considere duas operações que incluem um ponto de medição a alguma distância do estágio linear. O erro total é maior quando o ponto de medição está mais distante da platina.

Também é necessário para a metrologia dinâmica um controle rígido sobre a velocidade do estágio de movimento. Erros na forma de aceleração e desaceleração inesperadas (como ondulação de velocidade) impossibilitam a coleta precisa e consistente de resultados em configurações de metrologia dinâmica. Os aplicativos de digitalização, em particular, precisam de um bom controle de velocidade ou correm o risco de coleta de dados insatisfatória (em relação à posição esperada) e resultados embaçados.

O controle de velocidade é crítico para aplicações de metrologia dinâmica porque o último depende da velocidade suave para medições precisas e consistentes.

As causas da ondulação de velocidade incluem desvios no sistema de transmissão mecânico; fuso de avanço ou variações de passo da polia; e mudanças de fricção ao longo do curso de deslocamento. Outros fatores que podem causar oscilação de velocidade incluem erro de precisão no dispositivo de feedback, uma limitação de controle de corrente no acionamento do motor; uma frequência PWM em vez de um amplificador linear; e algoritmos de servo abaixo do ideal e taxa de atualização de controle.

Existem várias maneiras de minimizar a ondulação de torque nos eixos do estágio: Instale um dispositivo de realimentação linear de alta resolução no atuador; instale um codificador de erro de subdivisão muito baixo (SDE) no motor do eixo; ou empregar um controlador de drive com uma alta taxa de atualização de servo.