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Innovativer Servoantrieb unterdrückt Vibrationen

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Die Unterdrückung von Vibrationen reduziert die Einschwingzeit drastisch.

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In einem schnellen Pick-and-Place-Betrieb ist die Einschwingzeit der Feind der Produktivität. Die Geschwindigkeit ist für die Montage in großen Stückzahlen unerlässlich. Aber Geschwindigkeit schafft auch Probleme.

Bei einem Pick-and-Place-Betrieb beispielsweise werden durch schnelles Bewegen von Seite zu Seite und Anhalten auf einem Dime Vibrationen erzeugt. Um ein Teil mit irgendeiner Genauigkeit aufzunehmen oder zu platzieren, muss die Maschine auch nur für einen Bruchteil einer Sekunde innehalten, bis die Vibrationen aufhören. Das wird als Einschwingzeit bezeichnet, und in einem hochvolumigen Betrieb können sich diese Millisekunden summieren.

Betrachten Sie einen kurzen Pick-and-Place-Betrieb, 200 Millimeter im Durchmesser, 100 Millimeter nach unten und zurück. Jede horizontale Bewegung dauert 0,5 Sekunden mit einer Einschwingzeit von 0,05 Sekunden, und jede vertikale Bewegung dauert 0,2 Sekunden mit einer Einschwingzeit von 0,05 Sekunden. Das entspricht 1,6 Sekunden pro Teil, 37,5 Teilen pro Minute oder 2.250 Teilen pro Stunde. Wenn jedes Teil einen Wert von $0,1 hat, produziert der Betrieb einen Umsatz von $225 pro Stunde.

Wenn die Einschwingzeit von 0,05 auf 0,004 Sekunden reduziert werden kann, dauert der gleiche Pick-and-Place-Betrieb nun 1,416 Sekunden. Das entspricht 42,37 Teilen pro Minute oder 2.542 Teilen pro Stunde. Jetzt generiert die gleiche Operation einen Umsatz von 254,24 $ pro Stunde - 29,24 $ mehr. In einem Zweischichtbetrieb, der sechs Tage pro Woche läuft, bedeutet die Einsparung von nur 0,184 Sekunden bei der Abrechnungszeit 140.353 US-Dollar an zusätzlichen Einnahmen pro Jahr!

Automatisierungsingenieure können das Problem der Vibration und Maschinenresonanz auf verschiedene Weise lösen. Mechanisch können sie eine Maschine mit robusten Komponenten, engen Toleranzen und minimalem Umkehrspiel konstruieren.

Im Allgemeinen sollte der Motor so eng und fest wie möglich an die Last gekoppelt werden. Sie wollen die mechanische Nachgiebigkeit in Ihrem System minimieren. Jedes bewegliche Teil zwischen der Motorwelle und der Last, wie beispielsweise eine Kupplung oder ein Getriebe, führt zur Einhaltung der Vorschriften. Alle diese Komponenten sind anfällig für Hitze, Reibung und Verschleiß.

Ingenieure können das Problem auch elektronisch über den Verstärker in einem servogesteuerten System lösen.

Filter sind eine Möglichkeit, dies zu tun. Tiefpassfilter dämpfen Vibrationen zwischen 1.000 und 5.000 Hertz. Kerbfilter regeln Schwingungen zwischen 500 und 1.000 Hertz.

Das Problem mit Filtern ist, dass sie eine Decke auf Ihre Bandbreite setzen. Das schränkt ein, wie eng Sie das System abstimmen können.

Eine weitere Möglichkeit, das Problem zu lösen, ist die Schwingungsunterdrückung. Der Sigma-5-Servoverstärker von Yaskawa verfügt über einen einzigartigen Algorithmus. Der Algorithmus kann Vibrationen von 50 Hertz oder weniger unterdrücken, ohne die Bandbreite zu beeinträchtigen.

Der Schlüssel dazu ist der 20-Bit, hochauflösende Encoder, der mit dem Servomotor gekoppelt ist. Mit mehr als 1 Million Zählimpulsen pro Umdrehung der Motorwelle kann der Encoder selbst kleine Vibrationen erkennen, die durch einen Riemen oder eine Kugelumlaufspindel übertragen werden.

Der Algorithmus übernimmt Drehzahl- und Drehmomentsignale vom Encoder und passt das Steuersignal für die Bewegung an. Angenommen, Sie befehlen eine normale trapezförmige Profilbeschleunigung, laufen mit einer bestimmten Geschwindigkeit und stoppen dann. Der Verstärker folgt dieser vorgegebenen Bewegung so genau wie möglich. Aber während der Bewegung versuchen alle Arten von Vibrationen, den Motor von seinem Weg abzubringen. Der Algorithmus zur Schwingungsunterdrückung kennt die Wellenform dieser Schwingung und passt das Steuersignal in die entgegengesetzte Richtung an und hebt es im Wesentlichen auf.

Die Unterdrückung von Vibrationen reduziert die Einschwingzeit drastisch, was zu einem höheren Durchsatz führt. Es ermöglicht den Ingenieuren auch die Entwicklung kleinerer, leichterer Mechanismen, was die Gesamtkosten der Maschine senkt.

Weniger Vibrationen bedeuten auch weniger Verschleiß an der Maschine. Ihre Maschine läuft ruhiger und leiser und hält letztendlich länger.