کنترل حرکت خطی چیست؟

کنترل حرکت خطی تا حدی به محرک بستگی دارد و محرک خطی طیف وسیعی از محصولات را پوشش می‌دهد.

محرک خطی وسیله ای مکانیکی است که انرژی مانند نیروی هوا، الکتریسیته یا مایع را برای ایجاد حرکت در یک خط مستقیم تبدیل می کند و ممکن است برای اعمال نیرو از آن استفاده شود.

در این درس بر روی نحوه اعمال جنبه های الکتریکی-مکانیکی کنترل حرکت خطی هنگام استفاده از استپر یا موتورهای سروو تمرکز خواهیم کرد.

حرکت خطی حوزه ای از کنترل حرکت است که شامل چندین فناوری از جمله موتورهای خطی، محرک های خطی و راهنماها و یاتاقان های نورد خطی است.

سیستم کنترل خطی در اتوماسیون صنعتی

سیستم‌های کنترل خطی و محرک‌ها در اتوماسیون صنعتی و ماشین‌آلات، ماشین‌ابزار، تجهیزات جانبی کامپیوتر مانند درایوهای دیسک و چاپگرها، اتوماسیون خانگی، بسته بندی، مونتاژ، تصویربرداری و تشخیص پزشکی، تولید الکترونیکی، آزمایش و بازرسی صنعتی و کاربردهای روباتیک.

درایوهای خطی کالسکه را به موقعیت های مورد نظر منتقل می کنند.

متداول‌ترین فن‌آوری‌های درایو عبارتند از: درایوهای بال‌اسکرو، درایوهای سرب اسکرو، و درایوهای تسمه.

پیکربندی سیستم کنترل حرکت خطی، از جمله تعداد محورهای حرکت، اغلب اولین عاملی است که نیاز به تفکر دقیق دارد.

متداول‌ترین آنها پیکربندی‌های دو محوره (XY) هستند، اما برنامه‌های کاربردی تک محوری پیچیده‌تر و پیکربندی‌های سه محوری نیز ممکن است.

هنگام انتخاب یک سیستم کنترل حرکت خطی مناسب برای یک سیستم موقعیت یابی تک محوره، دو محوره یا سه محوره، فاکتورهای زیادی نیاز به بررسی دقیق دارند.

جهت گیری سیستم و نصب عوامل کلیدی هستند.

در یک سیستم خطی تک محوری، این کار نسبتاً ساده است، اما در سیستم‌های چند محوره، این امر پیچیده‌تر می‌شود.

عوامل تاثیر گذار

عواملی که در اینجا باید در نظر گرفته شوند عبارتند از جهت حرکت هر محور. آیا بار باید به طور همزمان در چندین محور جابجا شود یا هر محور به صورت جداگانه حرکت می کند و آیا سیستم به کالسکه متحرک یا ریل متحرک نیاز دارد و محورها عمودی، افقی یا شیبدار هستند و در نهایت موقعیت های نصب هر محرک در ۰ است؟

۹۰ یا ۱۸۰ درجه نسبت به افقی؟

مشخصات اضافی هنگام در نظر گرفتن طراحی کنترل حرکت خطی برای یک برنامه عبارتند از:

نیرو، سرعت، مسافت سفر، دقت و تکرارپذیری و الزامات طول عمر یا چرخه کار و ماشین.

برای تعیین میزان نیروی مورد نیاز، وزن جسمی که بلند می شود و یا میزان اصطکاک آن جسم باید غلبه شود.

دانستن جرم جسمی که باید جابجا شود و مرکز ثقل آن در حین حرکت نسبت به یک نقطه مختصات در هر محور نیز باید برای تعیین نیروی مورد نیاز محاسبه شود.

این محاسبه نیاز به بررسی دقیق دارد تا بتوان بارهای لحظه ای یا اثر چرخشی یک نیرو در چندین نقطه در سیستم را مشخص کرد.

در مرحله بعد، باید سرعت حرکت محرک را بر حسب میلی متر در ثانیه یا اینچ در ثانیه تعیین کنید.

تعیین سرعت همراه با نیرو، قدرت مکانیکی مورد نیاز و قدرت موتور را به شما می دهد.

سرعت تراورس و زمان تراورس با درایوهای بال اسکرو تا حدودی محدود است.

محرک های بال اسکرو معمولا حداکثر سرعت ۳ متر بر ثانیه (متر بر ثانیه) دارند و برای محرک های تسمه ای حداکثر سرعت حدود ۸ تا ۹ متر بر ثانیه است.

شتاب و دیگر عوامل مهم

بالاترین شتاب هر محرک کنترل حرکت خطی حدود ۴۰ متر بر ثانیه است^۲ (متر بر ثانیه) با این حال، شتاب‌های معمولی بسیار کمتر از این است، اغلب بین ۰٫۵ متر بر ثانیه^۲ و ۵m/s².

کاهش سرعت نیز مهم است، به خصوص اگر توقف اضطراری لازم باشد.

باید تعیین کنید که بار یا محرک شما چقدر باید طی کند. این به عنوان طول ضربه شناخته می شود.

بسیاری از محرک‌ها در اندازه‌های استاندارد عرضه می‌شوند، بهتر است در مقایسه با داشتن یک محرک سفارشی برای صرفه‌جویی در هزینه، محرکی را انتخاب کنید که اندازه آن نزدیک به نیاز شما باشد.

دانستن طول کل ضربه برای هر محور هنگام تعیین نیاز سیستم شما بسیار مهم است و به تعیین نوع صحیح سیستم درایو کنترل حرکت خطی کمک می کند.

برای مثال، در محرک های خطی بال اسکرو، طول ضربه به طول خود بال اسکرو محدود می شود. بنابراین، حداکثر طول ضربه معمولاً حدود ۳ متر است.

اما در سیستم‌های مبتنی بر تسمه، چنین محدودیت‌هایی وجود ندارد و بنابراین طول ضربه‌ها می‌تواند بیشتر از این باشد، در صورت لزوم تا ۲۰ متر.

اگر موتورهای خطی مشخص شده باشند، طول کورس معمولاً حدود ۱۰ متر نامحدود است.

.

علاوه بر این، باید زمان مورد نیاز یا چرخه کار را تعیین کنید.

چرخه وظیفه بر اساس تعداد دفعات کارکرد محرک و مدت زمان بین حرکات تعریف می‌شود.

چرخه وظیفه بر اساس تعداد تکرارهای مورد انتظار در واحد زمان بر حسب ساعت در روز، دقیقه در ساعت و/یا ضربه در دقیقه است.

زمان چرخه عمر یک سیستم کنترل حرکت خطی را تعیین می کند.

حرکت تکراری حرکات جلو و عقب یا بالا و پایین باعث ایجاد اصطکاک می شود و این اصطکاک باعث ساییدگی و پارگی در اجزای سیستم می شود.

این زمان چرخه یا چرخه وظیفه معیاری حیاتی در تعیین عمر عملیاتی است که می‌خواهید سرمایه‌گذاری سیستم شما چقدر طول بکشد.

دقت و تکرارپذیری یکی از مهمترین موارد در نظر گرفته شده برای سیستم است که در آن ممکن است کیفیت یا دقت مورد نیاز در سیستم یا محصول نهایی تولیدی را ارائه دهد.

اگر برنامه برای مثال برای یک ماشین انتخاب و مکان خودکار باشد، به احتمال زیاد تکرارپذیری و دقت بالا مورد نیاز است.

به طور معمول، دقت یک محرک خطی بال‌اسکرو ۰٫۱۶ میلی‌متر بر متر با تکرارپذیری +/- ۰٫۰۱ میلی‌متر است.

برای محرک‌های تسمه‌ای، دقت حدود ۰٫۵ میلی‌متر بر متر، با تکرارپذیری +/- ۰٫۱۰ میلی‌متر است.

ملاحظات دیگر این است که آیا از سوئیچ های محدود یا دستگاه های بازخورد مانند پتانسیومتر و رمزگذار برای اهداف موقعیت یابی استفاده شود.

محرک های خطی زیادی برای انتخاب وجود دارد، مانند محرک های پیچی و محرک های تسمه.

محرک‌های اسکرو شامل محرک‌های پیچی، محرک‌های بال‌اسکرو و محرک‌های غلتکی سیاره‌ای هستند. محرک های سربی دارای یک مهره رزوه ای که با یک پیچ حرکت می کند.

سیستم‌های موقعیت‌یابی مبتنی بر پیچ در برنامه‌هایی استفاده می‌شوند که دقت و تکرارپذیری مهم‌تر است.

این میزهای موقعیت یابی از یک پیچ یا پیچ توپی به عنوان مکانیزم محرک استفاده می کنند.

.

یاتاقان ها برای حمل بار برنامه استفاده می شوند.

راه‌حل‌های سرب پیچ هم ساخت و ساز ساده و هم کمترین هزینه را ارائه می‌دهند.

بسیاری از طرح‌های الکترومکانیکی از پیچ و مهره سربی استفاده می‌کنند، در حالی که برخی از آنها از پیچ و مهره توپ استفاده می‌کنند.

در هر صورت، پیچ ممکن است مستقیماً یا از طریق یک سری چرخ دنده به موتور متصل شود.

چرخ‌دنده‌ها برای اینکه به موتور اجازه دهد تا گشتاور لازم برای چرخاندن پیچ را تحت بار سنگین‌تری که موتور قادر به کنترل مستقیم آن است، فراهم کند، استفاده می‌شود.

حرکت چرخشی موتور به جابجایی خطی محرک تبدیل می شود.

یک پیچ سربی دارای یک رزوه مارپیچ پیوسته است که روی محیط آن در امتداد طول تراشیده شده است، شبیه به رزوه روی یک پیچ.

یک مهره سربی یا مهره ساچمه ای با رزوه های مارپیچ دقیق بر روی سرب اسکرو رزوه شده است. مهره معمولاً ثابت می شود و از چرخش با پیچ سرب جلوگیری می شود.

هنگامی که پیچ سرب می چرخد، مهره در امتداد رزوه ها رانده می شود.

جهت حرکت مهره به جهت چرخش پیچ سرب بستگی دارد.

با اتصال بار به مهره، حرکت را می توان به حرکت خطی قابل استفاده تبدیل کرد.

محرک‌های بال‌اسکرو از بلبرینگ‌ها استفاده می‌کنند و گران‌تر هستند، اما اصطکاک کمتری نسبت به محرک‌های سربی دارند.

در یک درایو بال‌اسکرو، بلبرینگ‌های ساچمه‌ای در امتداد شیارها در یک محور رزوه‌دار حرکت می‌کنند و ساچمه‌پیچ را در یک مهره ساچمه‌ای به گردش در می‌آورند.

از آنجایی که یاتاقان‌ها بار را به اشتراک می‌گذارند، درایوهای حرکت خطی ظرفیت رانش نسبتاً بالایی دارند.

یک درایو بال‌اسکرو حرکت تکرارپذیر و یک سیستم سفت را ترکیب می‌کند که نیروها و لحظات بالا را کنترل می‌کند.

چنین سیستم‌هایی در برنامه‌های موقعیت‌یابی دقیق با بارهای بالا و چرخه کاری بالا به خوبی کار می‌کنند.

.

محرک‌های پیچ غلتکی سیاره‌ای که از غلتک‌های رزوه‌ای اطراف محور اصلی رزوه‌دار استفاده می‌کنند، گران‌ترین گزینه اما همچنین بادوام‌ترین گزینه است.

جداول تعیین موقعیت خطی مبتنی بر تسمه مبتنی بر استفاده از درایوهای تسمه و در برنامه‌های موقعیت‌یابی با سرعت بالا و یا در سفرهای طولانی است که در آن محرک پیچ عملی نیست، معمولاً در طول حرکت بیش از ۶ فوت.

مکانیسم محرک تسمه و قرقره موقعیت‌یابی با سرعت بالا را به‌طور متوسط ​​قابل تکرار است.

درایوهای تسمه بی صدا هستند و برای کاربردهای با توان بالا و با دقت کمتر مناسب هستند. درایوهای بال‌اسکرو گران‌تر، کارایی، دقت و سختی بالایی را ارائه می‌کنند.

واحدهای هدایت شونده با تسمه، برای کاربردهای پرسرعت و شتاب بالا با بار سنگین و بار لحظه ای بالا هستند.

استفاده از سیستم های موقعیت یابی کنترل حرکت خطی یکپارچه آسان است و می توان آنها را به عنوان یک سیستم کلید در دست تهیه کرد.

بیشتر این سیستم های موقعیت یابی از پیش پیکربندی شده از پایه، بال اسکرو و یک موتور سروو/استپر با کنترل کننده و درایو یکپارچه برای راه اندازی سریع دستگاه و سهولت کار تشکیل شده اند.

شرکت هایی در بازار کنترل خطی

شرکت های زیادی در بازار کنترل حرکت خطی وجود دارند که راه حل های کاملی را برای انواع برنامه های کاربردی کنترل حرکت خطی ارائه می دهند.

این شرکت‌ها برای اندازه‌گیری موتور و توصیه‌های محرک خطی کلید در دست، پشتیبانی مهندسی ارائه خواهند کرد.

فروشندگان زیادی وجود دارند که محصولات نرم افزاری را ارائه می دهند که به کاربر نهایی یا OEM در طراحی و فرآیند انتخاب یک استپر کمک می کند | سروو موتور و یک محرک خطی.

دانستن از آنچه در درس بحث کردیم به شما کمک می کند تا اطلاعات مورد نیاز در فرآیند انتخاب سیستم را بدست آورید.

برای مثال، این تصاویر از یک برنامه نرم افزاری، پس از پاسخ به چند سوال، نمودار مشخصات حرکت و الزامات موتور یک سیستم را نشان می دهد.

نمونه‌هایی از برنامه‌های کنترل حرکت خطی برای ماشین‌های صنعتی با بارهای موقعیت‌یابی، پالت‌سازی، بسته‌بندی، عملیات انتخاب و مکان‌یابی، عملیات پر کردن و انبارهای خودکار استفاده می‌شوند.

همچنین می‌توانید حرکت خطی مورد استفاده در ماشین‌های برش و ماشین‌های رنگ‌آمیزی را پیدا کنید.

حرکت خطی برای کاربردهای پزشکی مانند تخت‌های اتاق عمل، دستگاه‌های اشعه ایکس، MRI و CT اسکنرها و همچنین صندلی‌های دندانپزشکی.

حرکت خطی برای تشخیص پزشکی و درمان مورد استفاده در اسکن سر و جداول بیماران.

سایر زمینه‌ها عبارتند از انکولوژی، پزشکی هسته‌ای، CT/MRI/تصویربرداری، تنفس‌های قابل حمل، و رباتیک جراحی.

.

حرکت خطی در اتوماسیون آزمایشگاه پزشکی برای انتخاب و مکان، نمونه‌برداری DNA، کشت سلولی، آزمایش داروی جابجایی هوا، و توزیع دارو استفاده می‌شود.

در این برنامه‌ها داشتن قابلیت اطمینان خوب و نگهداری کم تا صفر برای کمک به حداقل کردن زمان خرابی و به حداکثر رساندن عملکرد تمیز و سرعت بسیار مهم است.

عملیات موفقیت‌آمیز اتوماسیون آزمایشگاهی می‌تواند هزینه‌های کاربر نهایی و سرعت تحویل محصولات پزشکی را کاهش دهد.

هنگامی که یک خط مونتاژ به جریان ثابت مواد به مناطق مونتاژ کلیدی در طول خط نیاز دارد، یک سیستم نوار نقاله سربار یک راه حل مناسب است.

این سیستم نوار نقاله همچنین می تواند برای قرار دادن ابزارها و تجهیزات مونتاژ استفاده شود.

مزایای این سیستم سرعت سریع که معمولاً در خطوط مونتاژ یافت می‌شود به اپراتورها کمک می‌کند تجهیزات را با دقت جابجا کنند و خطر کلی خستگی و صدمات را کاهش می‌دهد.

صنعت غذا تقاضاهای زیادی برای تجهیزات حمل مواد دارد.

شرایط سختی که در مکان‌هایی مانند لبنیات، نانوایی‌ها و آبجوسازی‌ها یافت می‌شود، نشان می‌دهد که تجهیزات در معرض دمای شدید، پاشش آب، خاک و مواد تمیزکننده قرار دارند.

برای همگام شدن با خطوط تولید با سرعت بالا، تجهیزات باید سریع و دقیق باشد. اینها تنها تعدادی از برنامه های کاربردی بسیار مورد استفاده در بسیاری از صنایع هستند.

امیدوارم با کنترل حرکت خطی آشنا شده باشید،

 در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید

جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.