Pneumatisch of elektrisch positioneren

Presentatie over: "Pneumatisch of elektrisch positioneren"— Transcript van de presentatie:

1 Pneumatisch of elektrisch positioneren
Pneumatisch positioneren Pick and place Voordelen : Compact Krachtig Componenten kostengunstig Nadelen : Niet erg zuinig Stick slip bij lage snelheden gewone cilinders Lastig positioneren  geen goede herhaalnauwkeurigheid door samendrukbaarheid van lucht

2 Pneumatisch positioneren : Sturing met 5/3-ventielen
Pneumatisch positioneren met 5/3-ventielen Positioneren

3 Pneumatisch positioneren : Sturing met 5/3-ventielen met gesloten middenstand
Zuiger ingeklemd tussen 2 luchtkussens Hierdoor soepele heropstart Klassieke snelheidsregeling op uitlaat van de cilinderpoort Opgelet met heropstart door lekkage via ventielschuif !!! In een opstelling met een 5/3-ventiel met gesloten middenstand is de zuiger tijdens een willekeurige tussenstand ingeklemd tussen 2 luchtkussens. Hierdoor kan gewerkt worden met snelheidsregelingen op de ontluchtingen van de cilinder. Gevolg hiervan is dat bij een heropstart een soepele beweging normaal gezien gewaarborgd is. Let op : Een ventiel dicht nooit lekvrij af ! Bij lange stilstand in een tussenpositie kunnen de luchtkussens omwille van de lekkage verdwenen zijn en is een soepele heropstart niet meer gewaarborgd.

4 Pneumatisch positioneren : Sturing met 5/3-ventielen met beluchte middenstand
Zuiger ingeklemd tussen 2 luchtkussens Hierdoor soepele heropstart Klassieke snelheidsregeling op uitlaat van de cilinderpoort Lekkages van de ventielschuif hebben geen invloed op positionering Zuiger staat volledig los tijdens middenstand !!! In een opstelling met een 5/3-ventiel met beluchte middenstand is de zuiger tijdens een willekeurige tussenstand ingeklemd tussen 2 luchtkussens. Hierdoor kan gewerkt worden met snelheidsregelingen op de ontluchtingen van de cilinder. Gevolg hiervan is dat bij een heropstart een soepele beweging normaal gezien gewaarborgd is. Ook als het ventiel zou lekken, blijft door deze middenstand de druk in de luchtkussens gewaarborgd. Deze middenstand is algemeen de meest aangewezen manier om pneumatisch te positioneren. Nadeel is dat de cilinder door het krachtevenwicht over de zuiger volledig los staat. Bij de geringste kracht zal de cilinder volledig naar links of rechts bewegen.

5 Pneumatisch positioneren : Sturing met 5/3-ventielen met ontluchte middenstand
Zuiger volledig drukloos Hierdoor bruuske heropstart bij toepassing uitlaatsmoring Uitzonderlijk snelheidsregeling op inlaat van de cilinderpoort Zuiger staat volledig los tijdens middenstand !!! In een opstelling met een 5/3-ventiel met ontluchte middenstand is de zuiger tijdens een willekeurige tussenstand volledig ontlucht. Bij een heropstart zou, bij gebruikt van een klassieke snelheidsregelingen op de ontluchtingen van de cilinder, de cilinder een bruuske beweging maken door het ontbreken van een tegendruk. Hierdoor worden snelheidsregelingen op de beluchting van de cilinder toegepast. Hierdoor kunnen de snelheden bij wisselende belastingen variëren. Ander nadeel is dat de cilinder in zijn middenstand volledig los staat en bijgevolg bij de geringste kracht volledig naar links of rechts zal bewegen.

6 Pneumatisch positioneren : Gepiloteerde terugslagkleppen
Gestuurde terugslagkleppen in combinatie met 5/3-stuurventielen Snelheidsregelaar en gestuurde terugslagklep in 1 behuizing in cilinderpoort Gestuurde terugslagklep laat mits stuurdruk lucht in 2 richtingen door Aansturing met 5/3-ventiel met ontuchte middenstand Fixatie zuiger ook met externe krachten op cilinder Samendrukbaarheid van lucht leidt tot onnauwkeurigheden

7 Pneumatisch positioneren : Gestuurde terugslagkleppen in combinatie met 5/2-stuurventielen (2)
De gestuurde terugslagklep verhindert het vallen van de last bij een verlies aan voedingsdruk Bovenstaand voorbeeld toont het gebruik van een gestuurde terugslagklep in een veiligheidsapplicatie. Bij het wegvallen van de druk in het systeem, sluit de gestuurde terugslagklep en valt de last niet naar beneden. Dit is echter geen positioneervoorbeeld, integendeel !

8 Pneumatisch of elektrisch positioneren
Spieverbinding : Goede weerstand tegen onverwachte impact op vingers

9 Pneumatisch of elektrisch positioneren
Voordelen : Nauwkeurig positioneren Controle van snelheids- en positieprofiel Controle krachtprofiel Lage constante snelheid Flexibel (geen omsteltijden) Nadelen : Relatief duur in aanschaf Hooggeschoold personeel Spieverbinding : Goede weerstand tegen onverwachte impact op vingers

10 Elektrisch positioneren Mechanische constructie
Elektromotoren die een lineaire applicatie aandrijven moeten altijd een roterende beweging omzetten in een lineaire beweging. Voorbeelden van roterende – lineaire omzetters zijn: Posotioneren mechanisch tandwieloverbrengingen riemoverbrengingen spindel Een overbrenging is nodig om de motor en de belasting op elkaar aan te passen. Een overbrenging kan er voor zorgen dat als het werktuig een groot koppel vraagt bij een lage snelheid en de motor een hoog toerental levert met een laag koppel dat dit wordt aangepast. Een overbrenging kan er ook voor zorgen dat een roterende beweging wordt omgezet in een lineaire beweging. Bijvoorbeeld een spindelaandrijving. Tmotor Twerktuig elektromotor werktuig Mechanische overbrenging

11 Elektrisch positioneren Mechanische constructie
Tandwieloverbrenging Posotioneren Z1 = 60 tanden Z2 = 120 tanden Overbrenging 2:1 Plast = Pmotor Pmotor Overbrenging 2:1 Wat gebeurt er met het vermogen? Wat gebeurt er met het koppel? Een motor kan in een bepaald gebied werken. De hoeksnelheid die gehaald wordt en ook de vermogens en momenten die geleverd kunnen worden zijn aan grenzen gebonden door de beperkingen van de motor. Soms komt het voor dat een motor niet geschikt is om een bepaalde last met een gewenste snelheid aan te drijven. Door dan te kiezen voor een overbrenging kan de karakteristiek van een motor worden gemanipuleerd. Er zijn dan onder bepaalde omstandigheden hogere snelheden of momenten te halen. Stel op een elektromotor zit een tandwiel met 60 tanden en die drijft een tandwiel aan met 120 tanden. Als de as van de motor 2 maal rond is, dan geldt: Ѡ last = Ѡm / 2. Tlast = 2 . Tmotor Door de mechanische transmissie zal de uitgaande as n maal trager doen draaien en tegelijkertijd zal het beschikbaar koppel aan de uitgaande as n maal groter worden. Hierdoor is het mogelijk om met een kleine motor een hoog koppel te krijgen. Tlast = 2. Tmotor Tmotor Overbrenging 2:1

12 Elektrisch positioneren Mechanische constructie Tandriemoverbrenging
Pulleys Riem Motor Positioneren De tandriemoverbrenging kenmerkt zich door een zeer snelle positionering met snelheden tot 10 m/s. De slaglengte is in principe beperkt tot ongeveer 5 m en men kan er een relatief grote massa mee verplaatsen (tot 500 kg afhankelijk van de riem). Dergelijke systemen worden gekenmerkt door een hoge dynamiek, de snelheid is nauwkeurig regelbaar en de herhaalnauwkeurigheid bedraagt ongeveer 0,1 mm. Door rek kan de betrouwbaarheid na verloop van tijd verlagen. Assen aangedreven door middel van een tandriem mogen omwille van veiligheid ook nooit verticaal geplaatst worden. In veel gevallen worden er tussen de belasting en elektromotor ook reductoren geplaatst.

13 Elektrisch positioneren Mechanische constructie
Bij tandriemaandrijvingen en leadscrew aandrijvingen kan er ruimte ontstaan tussen de aandrijving en het mechanisme. Dit wordt ook wel dode band genoemd en veroorzaakt bij het wisselen van richting een terugslag “backlash” in het systeem. Posotioneren

14 Elektrisch positioneren Mechanische constructie Spindeloverbrenging
De spindeloverbrenging kenmerkt zich door een zeer hoge herhaalnauwkeurigheid tot 0.02 mm. De snelheden zijn echter beperkt door de wrijvingswarmte opgewekt in de schroefoverbrenging. Ook de slaglengte is beperkter dan deze van de riemoverbrengingen. Assen aangedreven door middel van een spindeloverbrenging mogen wel verticaal geplaatst worden. In veel gevallen worden er tussen de belasting en elektromotor ook reductoren geplaatst.

15 Elektrisch positioneren Mechanische constructie
Spindel Posotioneren Kogelomloopspindel Schroefspindel Bij de spindels kunnen we onderscheid maken tussen : Schroefspindel Herhaalnauwkeurigheid ±0,1mm Trapezium profiel Kogelomloopspindels: Herhaalnauwkeurigheid ±0,02mm Er zijn ook aandrijvingen door middel van een zgn. tandlat dit is enigszins te vergelijken met een tandriem­overbrenging. Alleen gaat het om een vaste tandlat waarop een door een elektrische motor aangedreven tandwiel ingrijpt. Veelal uitgerust in kunststof worden ze voornamelijk gebruikt als men niet de slede maar het profiel wil laten bewegen (motor blijft in een vaste positie). De nauwkeurigheid kan zeer hoog zijn, bedenk maar de tandlat­overbrengingen die in de wereld van de werktuigmachines worden gebruikt en zelfs gekalibreerd kunnen worden met het oog op de herhaalnauwkeurigheid.

16 Elektrisch positioneren Mechanische constructie Spindel versus tandriem
Type Kenmerk Prijs Hoog Laag Snelheid Laag (gelimiteerd door de kritsche snelheid van de schroefverbinding) Slaglengte Kort (Gelimiteerd door de schroef) Lang Positioneer herhaalnauwkeurigheid Hoog (tot 0,02mm) Laag (Afhankelijk van de riem tot 0,1 mm) Betrouwbaarheid Laag : Riem kan rekken afhankelijk van levensduur Positioneren Spindel Tandriem

17 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving
Stappenmotor versus DC servomotor Posotioneren De elektrische actuatoren van SMC worden aangedreven door of een stappenmotor of een DC servomotor. De stappenmotoren van vroeger hadden geen terugkoppeling van de stand van de as. Hierdoor kon de ingebouwde controller geen feedback signaal ontvangen en wist de besturing dus niet waar de as zich precies bevond. De stappenmotoren van de nieuwe generatie hebben net zoals de servomotoren WEL een terugkoppeling. Naast de keuze van de juiste elektrische aandrijving zijn er nog andere belangrijke parameters in de keuze van een elektrische actuator : Mechanische sterkte : indien de as een asymetrisch object vervoert (bijvoorbeeld een pick and place unit), dan ontstaan er statische en dynamische momenten op de ophanging van de as. Omgevingsfactoren Positie van de motor ten opzichte van de as Stappenmotoren zijn dus geschikt bij hoge lasten op lage snelheden of wanneer een object moet aangeduwd worden (pushing mode). Een DC servomotor kenmerkt zich dus door zijn groot toerentalbereik, zijn hoog piekvermogen en zijn vlakke koppelkarakteristiek.

18 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De stappenmotor
Posotioneren Een elektromotor met meerdere onafhankelijk aan te sturen wikkelingen waardoor een exacte positionering verkregen kan worden. Door de richting van de stroom om te draaien in de spoel wisselt het magnetisch veld van richting en zal de rotor een stap maken. Bij een stappenmotor bestaat de rotor uit 2 of meer polen. De stator is echter anders uitgevoerd . In de stator bevinden zich polen, die door een gelijkstroom worden bekrachtigd. Door de richting van de bekrachtiging in een bepaalde volgorde om te keren ontstaat een magnetisch veld wat als het ware “rondstapt”. Stappenmotoren komen voor in zowel lineaire als roterende uitvoering. De rotor kan uitgevoerd zijn met elektromagneten, permanente magneten of een combinatie van beide, ook wel hybride type genoemd.

19 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De stappenmotor
de rotor volgt het stator veld Posotioneren een stap  draait het magnetisch veld in 1 spoel bij de volgende stap draait het magnetisch veld in de andere spoel een stappenmotor heeft altijd een elektronische aansturing nodig De draaisnelheid bij een stappenmotor is onder meer afhankelijk van de pulssnelheid en de staphoek. De stapgrootte die wordt genomen is vastgelegd in de mechanische structuur van de rotor en stator. Als een besturing weet hoeveel pulsen er worden weggestuurd dan kan de besturing ook weten in welke positie de motor staat. aantal stappen per omwenteling is afhankelijk van de hoek die in een stap wordt afgelegd en is afhankelijk van het aantal polen > vastgelegd in de constructie van de motor

20 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De stappenmotor
Door het aantal magneetjes te vermeerderen, kunnen per rotatie meerdere stappen gezet worden Op die manier wordt de beweging nauwkeuriger SMC stappenmotor : 500 stappen per rotatie = 0,72° per stap Posotioneren

21 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De servomotor
DC motor krijgt spanning van driver terug via PWM signaal (pulsbreedte modulatie) Versnellen – vertragen in functie van situatie Posotioneren Door pulsbreedte modulatie worden telkens pulsen van +24 VDC of -24 VDC geplaatst op de spoelen van de DC motor. De duur, frequentie en polariteit van de pulsen bepaalt de richting en snelheid van de motor.

22 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : Closed loop of terugkoppeling
Posotioneren pulsen De nieuwe generatieSMC stappenmotor aandrijvingen bevatten een closed loop besturing. De SMC servomotoren bevatten altijd een closed loop besturing. Elke elektrische actuator bevat een controller. Dit is een apparaat vol elektronica die de motor op het juiste moment de juiste pulsjes kan geven zodat er sprake kan zijn van een dynamisch gestuurde motor. Deze controller krijgt ook een terugkoppelsignaal terug van die motor. Een encoder “meet” de stand van de as en stuurt deze gegevens terug naar de controller. Op die manier “weet” de controller op welke positie de as zich bevindt en kan de controller bijsturen waar nodig.

23 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De stappenmotor
Prijsgunstig Nauwkeurigheid tot 0,02 mm bij spindelaandrijving (LEFS) Parametrering op positie, snelheid en versnelling en soms kracht Houdkoppel aanwezig Stappenmotoren bewegen dus in stapjes : Het aantal pulsjes bepaalt de afstand van de slede De frequentie van de pulsjes bepaalt de snelheid en de versnelling van de slede Posotioneren

24 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De servomotor
Altijd closed loop Parametrering op positie, snelheid en versnelling Dynamische regelkarakteristiek Uitstekende nauwkeurigheid tot 0,02 mm bij spindelaandrijving Vlakke koppelkarakteristiek Groot toerentalbereik Ongevoelig voor belastingvariaties Posotioneren

25 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De stappenmotor type E-MY
Riemaandrijving bestaat uit een stappenmotor met encoder : closed loop systeem Uitvoering met 3, 5 en 6 positioneer mogelijkheden 2 eindposities en 1 tussenpositie 2 eindposities en 3 tussenposities 2 eindposities en 4 tussenposities Door middel van autoswitches meerdere positioneermogelijkheden Herhaalnauwkeurigheid 0,1 mm (riem) Posotioneren Deze elektrische actuator werd ontwikkeld vanuit de gedachte om makkelijk in gebruik te nemen door personeel met een werktuigbouwkundige achtergrond. Kenmerken zijn : Parametreren tussenposities zonder software : De tussenposities kunnen door middel van enkele toetsen op het controllerkastje zonder parametreersoftware ingesteld worden. Instellen snelheid en versnelling zeer eenvoudig door middel van schroevedraaier in potentiometer op het controllerkastje.

26 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving : De stappenmotor type E-MY
Posotioneren PLC Inputs PLC Outputs De ingestelde tussenposities kunnen opgeroepen worden vanuit een besturingsapparaat bijvoorbeeld een PLC. De outputs van de PLC worden bekabeld op de inputs van de controller. Afhankelijk van welke input(s) een 24 VDC signaal krijgen (zie tabel) , zal de as een bepaalde positie gaan innemen. De outputs van de controller worden bekabeld op de inputs van de PLC. Op die manier krijgt de PLC info over de stand van de as.

27 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Eigenschappen : Stappenmotor of servomotor Spindel of riem Instellingen door parametreer software Posotioneren Deze actuatorserie type LE is performanter dan het vorige model E-MY. In deze serie vinden we een duwcilinder (LEY), een slede (LEF), een glijtafel (LES) en een grijper (LEH). De instellingen gebeuren via parametreersoftware. 64 parametreerregels kunnen via een binaire code opgevraagd worden door een besturing. De in te stellen parameters zijn : Positie Snelheid Acceleratie en deceleratie Duwkracht In deze serie is er een keuze tussen stappen- en servomotor, de overbrenging kan met een tandriem of een spindel voorzien worden.

28 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Posotioneren Parametrering van de assen kan gebeuren door software maar ook door middel van een teaching box. Bij deze serie wordt via de controller de parameter regels ingevoerd. Er kunnen maximaal 64 regels worden ingevoerd.

29 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Posotioneren Elke regel is via een bitcombinatie op de ingangen A3 t/m A8 aan te spreken. Bijvoorbeeld: regel 6, geeft het volgende bitpatroon op A3 t/m A8: Na instelling van de parameters kunnen deze regels uit de software door een binaire code opgeroepen worden. Net zoals bij de E-MY serie worden de outputs van de PLC aangesloten op de inputs van de controller. Inputs A3 tot en met A8 worden gebruikt om de regel binair op te vragen. Als al deze inputs een 24 VDC signaal krijgen, wordt regel 64 uit de parametreersoftware opgeroepen, als geen enkele input tussen A3 en A8 een 24 VDC signaal krijgt, wordt regel 0 opgeroepen.

30 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Parametreersoftware Posotioneren Regel 0 : Absolute verplaatsing naar mm ten opzichte van de Home positie Snelheid 100 mm/s Acceleratie van 3000 mm/s², deceleratie van 1000 mm/s² In totaal kunnen 64 regels gemaakt worden die door een binaire combinatie door de outputs van de PLC kunnen worden opgeroepen. Deze regels kunnen de modus absoluut of relatief hebben. Een absolute verplaatsing is altijd ten opzichte van de home positie, een relatieve verplaatsing is altijd ten opzichte van de vorige positie.

31 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Parametreersoftware Posotioneren Regel 3 : Relatieve verplaatsing naar 80 mm ten opzichte van de vorige positie Snelheid 50 mm/s Acceleratie van 1000 mm/s², deceleratie van 3000 mm/s²

32 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Posotioneren De output “INP” (In Position) wordt hoog als een regel is afgelopen. Deze bit dient dus om aan de besturing te melden dat een volgende stap in het proces mag aanvangen.

33 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Parametreersoftware Posotioneren Regel 5 : Combinatie van positioning mode en pushing mode Eerst absolute verplaatsing naar 20 mm ten opzichte van de vorige positie met een snelheid van 100 mm/s Daarna duwen met een kracht van 40% van de maximaal te ontwikkelen kracht met een snelheid van 10 mm/s. Als de as zich over mm heeft verplaatst zonder kracht ontwikkeld te hebben, zal de as stoppen Regel 5 toont een mooi voorbeeld van een combinatie van positiemodus en krachtmodus. Stel je voor dat er een as is met een slaglengte van 100 mm. Er moeten blokjes aangeduwd worden die vanaf minstens 20 mm van de home positie geplaast liggen. Het eerste stuk van de beweging mag dus snel gebeuren en vanaf 20 mm wordt er overgegaan naar krachtmodus met een lagere snelheid. De kracht waarmee geduwd wordt is instelbaar. In de laatste kolom vind je het getal 79 mm. Stel je voor dat er toevallig geen blokje ligt, dan wil je toch nog dat de as stopt. Vrij vertaald is het als volgt : als de positie van de as = 99 mm bedraagt, stopt de beweging. Dus de duwbeweging is vanaf 20 mm tot 99 mm. Als een blokje wordt aangeduwd, is dit met een kracht van 40 % van de maximale duwkracht van de as.

34 Elektrisch positioneren Elektrische aandrijving type LE
Posotioneren De output “INP” (In Position) wordt hoog als een regel is afgelopen. In dit geval als de kracht boven 40 % van de maximale kracht ligt. Dit is ingesteld in kolom g : Als de kracht 40% van de maximale kracht bedraagt, wordt de output “INP” hoog. De as duwt wel met een kracht van 80% van de maximale kracht. Aandachtspunt : in de pushing mode vervalt de herhaalnauwkeurigheid van 0.02 mm. Dit omdat in pushing mode deze herhaalnauwkeurigheid niet meer zo belangrijk is.