Liniowe systemy pozycjonujące STÖBER & BAHR

Dobór odpowiedniego rozwiązania łączącego serwotechnikę i napędy liniowe jest możliwy jedynie, gdy potraktujemy taki układ, jako całość z uwzględnieniem korelacji jednostki napędowej – serwonapędu oraz jednostki napędzanej – prowadnicy liniowej. Firma Stoeber Polska oferuje systemy pozycjonujące przygotowane według tej zasady, starając się zawsze oferować rozwiązanie bezkonkurencyjne pod względem wydajności, precyzji oraz kosztów użytkowania. Ze względu na dużą dynamikę oraz duży zakres ruchu roboczego wózka firma Stoeber Polska poleca systemy pozycjonowania liniowego z prowadnicami paskowymi.

Dzięki dynamicznym silnikom serwo serii ED uzyskiwana jest powtarzalność pozycjonowania 0, 1 mm przy prędkościach do 10 m/s. Podstawowym reprezentantem rodziny napędów tego typu jest system ELZ z otwartym systemem paska zębatego i prowadzeniem rolkowym lub szynowym wózka. Prowadzenia takie wzmacniają wózek, zwiększając dopuszczalne momenty skręcające oraz podwyższając wytrzymałość i umożliwiając pracę z duża dynamiką. W zależności od warunków środowiskowych rolki, drążek prowadzącyi śruby mogą być wykonane ze stali szlachetnej (nierdzewnej), chroniącej najbardziej wrażliwe elementy przed korozją.

Pasek zębaty ze stalowym wzmocnieniem umożliwia bezluzową zmianę kierunku ruchu wózka przy dużej dynamice. Połączenie z napędem serwo realizowane jest poprzez sprzęgło typu ROTEX, adapter z kołnierzem kwadratowym i randem centrującym, dzięki czemu jest to połączenie sztywne, współosiowe a co najważniejsze w precyzyjnej technice napędowej – bezluzowe. Serwonapęd STÖBER dobierany jest z uwzględnieniem przewidywanej dynamiki w układzie liniowym oraz z zachowaniem odpowiedniego stosunku bezwładności masy poruszanej do bezwładności silnika. Tylko tak dobrany zestaw optymalnie wykorzystuje możliwości napędu liniowego i układu pozycjonującego serwo.

Rolę sterownika pozycji pełnią w tym układzie serwoprzetwornice 5 generacji POSIDRIVE MDS5000 oraz jej najnowsza wersja rozwojowa POSIDYN SDS5000. Ważnym etapem tworzenia aplikacji z napędem liniowym jest przyjęcie na początku właściwego skalowania ( najczęściej w milimetrach). Skalowanie realizowanie jest poprzez przeliczenie jednostki ruchu obrotowego silnika (enkodera) na posuw. W przypadku serwoprzetwornic 5 generacji STÖBER’a, operacja skalowania dokonywana jest w prosty i czytelny sposób, a co najważniejsze dla utrzymania powtarzalności w pozycjonowaniu – bez błędu zaokrąglenia niecałkowitego przełożenia przekładni.

Problem ten pojawia się często w przypadku serwosilników sprzężonych z przekładniami typu walcowego lub stożkowo-walcowego, gdzie przełożenie podawane jest najczęściej do 2 miejsca po przecinku. W przypadku skalowania STÖBER’a problem ten nie występuje, gdyż serwoprzetwornica korzysta w takim wypadku z iloczynu przełożenia ułamkowego przekładni oraz stałej posuwu – wartości definiowanej dla każdego napędu liniowego. Odczyt pozycji realizowany jest najczęściej poprzez absolutny wieloobrotowy enkoder silnikowy EnDAT.

Dzięki takiej konfiguracji punkt bazowy określany jest tylko raz, za pomocą czujnika indukcyjnego umieszonego na początku profil liniowego. Podczas wstępnego ruchu referencyjnego serwoprzetwornica „szuka” miejsca zerowego dla określania pozycji absolutnych, ruch ten wykonywany jest aż do rozpoznania na wejściu cyfrowym serwoprzetwornicy stanu wysokiego z czujnika indukcyjnego.

Elektryczny napęd liniowy BAHR wyposażany jest również w styczniki krańcowe, które w przypadku ruchu referencyjnego pełnią również rolę zderzaków. Dodatkowo serwoprzetwornica pozwala na wprowadzenie programowych punktów krańcowych, ustawianych pomiędzy fizycznymi krańcówkami. Rozwiązanie takie pełni rolę drugiego zabezpieczenia, jak również umożliwia serwoprzetwornicy zablokowania ruchów przekraczających długość roboczą układu przed faktycznym wykonaniem niepożądanego skoku. Przydatną funkcją, zwłaszcza w podczas pierwszego uruchamiania układu pozycjonowania liniowego jest „Teach in”. Tryb jazdy z tą funkcją pozwala na „nauczenie” napędu pozycji, która podczas późniejszej pracy może być pozycją roboczą.

Specjalny rejestr umożliwia zapamiętanie do 256 pozycji w tym trybie. Serwoprzetwornice umożliwiają zapamiętanie do 4 niezależnych sparametryzowanych osi, co w przypadku wieloosiowych portali liniowych upraszcza sterowanie. Wykorzystywany jest wtedy przełącznik sygnałów enkoderowych POSISwitch, sterowany z poziomu serwoprzetwornicy umożliwia pracę do 4 serwo osi w trybie sekwencyjnym, a więc jeden układ sterowania pozycją zamiast 4 oddzielnych. Bogate możliwości programowania i kontroli ruchu niejednokrotnie eliminują lub znacząco odciążają sterownik nadrzędny PLC, z którym serwoprzetwornica może komunikować się z wykorzystaniem popularnych protokołów komunikacji przemysłowej takich jak ProfiBus, CanOpen, EtherCat lub USS.

W przypadku współpracy z PLC, np. poprzez sieć Profibus, dostępne są wszystkie parametry procesowe, a wykorzystywany w tej komunikacji tryb sterowania komendowego upraszcza sterowanie sieciowe serwoprzetwornicą. W praktyce często wykorzystywana jest również funkcja punktów przełączających i elektrycznych krzywek za pomocą, których serwoprzetwornica generuje sygnały wyjściowe do nadrzędnego PLC lub innych napędów, sprzęgając tym samym logikę ruchu w kilku osiach.

Konstrukcje napędów liniowych BAHR cechują się dużą przeciążalnością i wytrzymałością, którą dodatkowo uzupełnia pełna kontrola momentu obrotowego przez serwoprzetwornicę w czasie rzeczywistym, chroniąc układ przez udarami dynamicznymi powstającymi np. podczas awarii lub zablokowania mechanicznego wózka. W osiach pionowych stosowanie są często napędy paskowe w systemie Omega (napęd znajduje się na wózku).

Rozwiązanie to pozwala na ograniczenie wpływu grawitacji, w przypadku pracy dynamicznej poprawia stosunek bezwładności napędu. Ciekawym rozwiązaniem ograniczającym wpływy zapylonego lub zanieczyszczonego środowiska pracy są napędy z wózkiem obustronnym, umożliwiające prowadzenie paska na spodniej stronie prowadnicy, gdzie nie osadza się bezpośrednio kurz lub inne zanieczyszczenia stałe.

Omawiane rozwiązania liniowe na paskach najpełniej pokazują i wykorzystują możliwości dynamiki napędów serwo, lecz są tylko częścią oferty napędów liniowych firmy BAHR, która dostarcza również wielu rozwiązań w systemie przeniesienia napędu śrubą kulową lub trapezową. W przypadku aplikacji o bardzo dużej precyzji i umiarkowanych prędkościach roboczych napędy kulowe oferują powtarzalność pozycjonowania do ±0, 025mm. Napędy ze śrubą trapezową z uwagi na mniejszą sprawność wykorzystywane są głównie tam gdzie zespół liniowy pracuje w sposób dorywczy.

Najczęściej taki napęd liniowy spełnia funkcję ustalającą zadaną pozycję, niezmienną w czasie trwania procesu produkcyjnego. Zadanie doboru odpowiedniego wariantu systemów pozycjonowania liniowego można powierzyć zespołowi doradców technicznych firmy STOEBER Polska, służą oni pomocą w doborze aplikacji zarówno od strony obliczeń mechaniki ruchu, konstrukcji jak również integracji w systemie automatyki.

Przygotował inż. Mirosław Stangret

tel.+48-605-242-263

e-mail: mirek@stoeber.pl