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Motori DC per posizionatori lineari

Per un controllo di movimento dalla massima precisione nella produzione di cristalli di grandissima purezza e nelle operazioni di messa a fuoco, scansione, ispezione e misura nel campo submicrometrico c’è bisogno di movimenti precisissimi e riproducibili. L’approccio convenzionale prevede il passaggio dell’oggetto da misurare davanti a una sonda di misura o un attuatore su un posizionatore lineare. Gli azionamenti piezoelettrici sono rinomati per la loro capacità di fornire passi precisissimi ma purtroppo non sono dotati di una forza dinamica sufficiente a trasportare il carico nell’area di lavoro. Anche la soluzione tradizionale, che prevede di ottenere queste velocità molto basse con risoluzioni altrettanto basse basate su riduttori multistadio e ad alta riduzione, richiede diversi minuti di lavoro di avvicinamento per raggiungere la posizione di misura. Ma lunghi tempi di regolazione costano caro. Ora lo specialista dei movimenti di precisione Feinmess Dresden GmbH ha ideato una soluzione brevettata per risolvere questo dilemma. Il trasporto rapido non di precisione è assicurato da un azionamento CC a ingranaggi, mentre a occuparsi della regolazione esatta è un motore piezoelettrico altamente preciso. Per eseguire in modo armonico questo insieme di compiti, gli azionamenti sono stati ottimizzati in collaborazione con FAULHABER.

Il tempo è denaro

Il movimento su scala ultra piccola segue principi diversi da quelli che regolano i normali posizionatori. Date le brevi distanze percorse, ciò che più conta in termini di tempo di posizionamento non è la velocità massima dell’azionamento, bensì il tempo di accelerazione e decelerazione e l’ampiezza dell’oscillazione meccanica dell’intera configurazione. Pertanto, per migliorare la forza dinamica del processo di posizionamento è indispensabile tenere conto di questi tre fattori. Gli specialisti delle misurazioni di precisione hanno sviluppato questa soluzione suddividendo il compito e fornendo un azionamento su misura per ciascun tipo di movimento. Il modo migliore per alloggiare due azionamenti su un posizionatore lineare è rappresentato da un’unità di azionamento con vite a ricircolo di sfere. Su ciascuna estremità è possibile posizionare un azionamento. Per aumentare l’efficienza in varie applicazioni, un sistema di posizionamento di questo tipo può essere equipaggiato anche con ulteriori componenti. Inoltre, presenta un ulteriore vantaggio: non vi sono pressoché limiti alla lunghezza di avanzamento: l’alberino, quindi, può essere realizzato con la lunghezza desiderata. Ciò consente anche di elaborare rapidamente, in un’unica operazione di serraggio, oggetti di misurazione più grandi dotati di più punti di misura. Per contro, gli azionamenti piezoelettrici tradizionali (in pila) hanno un campo di regolazione limitato a pochi millimetri soltanto.

Motori DC per posizionatori lineari

Sfruttare le caratteristiche naturali

Una soluzione si considera buona quando permette di ottenere il massimo vantaggio al minimo costo. Anche le soluzioni high-tech possono essere implementate con componenti relativamente semplici: basta sapere come fare. Per un posizionamento rapido ad alta velocità, ad esempio, l’azionamento ideale è un motore a spazzole tradizionale con encoder rotativo collegato all’albero tramite un giunto a soffietto. Poiché rimane in funzione per un tempo relativamente breve, l’apporto di calore da parte del motore è trascurabile. A seconda del passo dell’alberino utilizzato, è possibile raggiungere velocità comprese tra 0,5 mm/s e 100 mm/s. Questo corrisponde al valore per il «posizionamento approssimativo» in molte soluzioni standard. Dopo il passaggio alla modalità ad alta precisione la particolarità della nuova soluzione appare in tutta la sua evidenza: in modalità di posizionamento, il sistema commuta senza energia, e dunque senza apporto di calore, sull’azionamento dotato di motore piezoelettrico rotativo a una velocità di 0,5 mm/s tramite un accoppiamento magnetico permanente. A riposo, l’azionamento funziona da freno passivo dell’alberino attutendo le oscillazioni e impedendo movimenti indesiderati del sistema di posizionamento. Un sistema di misurazione lineare ad alta risoluzione registra continuamente i movimenti e trasmette le informazioni al controllo di posizione. In questo modo, l’azionamento muove il posizionatore lineare in modalità ad alta precisione a una velocità compresa fra 0,00002 mm/s e 0,15 mm/s, ossia ad almeno 20 nm al secondo! La continuità della velocità all’estremità inferiore della gamma dipende unicamente dalla risoluzione della scala lineare utilizzata. La precisione di ripetizione è <100 nm. La gamma di velocità del sistema di posizionamento può raggiungere un rapporto di oltre un milione a uno fra il massimo e il minimo grazie alla tecnica di suddivisione dei compiti.

Movimento ottimale

La precisione non deve costare una fortuna. I motori di precisione convenzionali con commutazione in grafite sono adatti all’impiego nei posizionatori lineari a due velocità. FAULHABER ha adattato i motori standard all’applicazione, riducendo così i tempi di sviluppo e risparmiando denaro. A seconda della coppia richiesta, si utilizzano vari motori. I motori da 23 mm di diametro, ad esempio, raggiungono circa 7000 giri/min per un massimo di 16 mNm. Sono progettati specificamente per essere utilizzati in combinazione con gli encoder magnetici. Questi encoder incrementali a due canali sono disponibili con 64, 128, 256 o 512 impulsi per giro. Per il motore da 22 mm di diametro sono disponibili riduttori plug-in che consentono di ridurre e aumentare la velocità secondo le necessità. Sono disponibili in svariati rapporti di riduzione graduati. PiezoMotor AB, società svedese facente parte di FAULHABER GROUP, fornisce il motore rotativo piezoelettrico per l’azionamento ad alta precisione. Anche queste unità sono molto compatte, con dimensioni di soli 32 x 23 mm (L x P) e un peso di appena 70 g. Funzionano con tensioni di controllo nella gamma da 0 a 3000 Hz e raggiungono 13,5 giri/min a 2100 Hz. La coppia di rotazione è di 80 mNm e la coppia di tenuta di 90 mNm. L’ampiezza massima del passo incrementale è di 0,35 mrad. Un albero di 3 mm di spessore e 6,5 mm di lunghezza fornisce il collegamento meccanico all’accoppiamento magnetico permanente o ad altre applicazioni. L’efficienza dei sistemi che prevedono un posizionamento ultra preciso su scala nanometrica può essere notevolmente migliorata con l’idea giusta. Corse più lunghe, maggiore precisione e posizionamento più rapido rispetto ai modelli convenzionali consentono agli utenti di risparmiare tempo prezioso per la produzione. Nonostante questi vantaggi, la nuova soluzione impiega componenti di azionamento relativamente semplici. I collaudati azionamenti miniaturizzati, ottimizzati per lo specifico caso applicativo, sono solitamente in grado di gestire in modo affidabile anche i compiti più impegnativi.

Prodotti

Motori C.C.
Assenza di coppia residua
Controllo preciso del posizionamento e della velocità
Elevata efficienza
Basso livello di rumorosità
Coppia elevata
Peso ridotto
Inerzia del rotore estremamente bassa
Funzionamento di avvio/arresto dinamico
Dettagli
Ulteriori informazioni

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