Većina ljudi upoznati s velikim industrijskim laserskim preradom zabilježila je visoku propusnu lasersku CNC stroju kako reže velike čelične ploče i cijevi pri vrtoglavim brzinama. Oni od nas u laserskom mikroračunu, gdje kvaliteta dijela ovisi o točnosti obrade na mikronu, pitali su se možemo li postići tako visoku propusnost strojeva i još uvijek proizvoditi vrlo točne dijelove. Odgovor je da - i tada postaje pitanje "kako?" Ovaj članak istražuje osnovna razmatranja u dizajnu i kontroli strojeva koja treba biti upoznata s maksimalnom propusnošću od preciznog laserskog mikroprocesora.
U procesu proizvodnje kriteriji za određivanje prihvatljivih dijelova često se ne mogu pregovarati. Tolerancije dijela definirane su zahtjevima za normalan ili siguran rad dijela. Oni definiraju dopušteni proračun za pogreške za proces proizvodnje. Proračun pogreške tada je "iscrpljen" različitim izvorima pogreške koji proizlaze iz dizajna stroja, funkcionalnosti kontrolera i interakcije laserskog materijala tijekom obrade. Ključ za maksimiziranje propusnosti pri proizvodnji dijelova visoke preciznosti je ostaviti što više proračuna za pogreške za dinamične pogreške u praćenju. Slijedeći načela zvučnog sustava i strukturnog dizajna i odabir moćnog kontrolera pokreta - onaj koji maksimalno koristi proračun za dinamičku pogrešku praćenja - maksimizirat će propusnost, a samim tim i ekonomsko obrazloženje laserskih sustava mikroračunala.
Strukturni dizajn proizvodnog sustava temeljni je za poboljšanje sposobnosti proizvodnog sustava da djeluje pri visokoj propusnosti. Da bi upravljački sustav odbacio i umanjio pogreške, senzori koji se koriste za "vidjeti" gibanje unutar sustava moraju biti u mogućnosti promatrati relativno kretanje između alata i dijela. U većini sustava ti senzori izravno ne promatraju kretanje vrha alata, tj. Lasersko mjesto; Umjesto toga, svoje podatke dobivaju iz optičke glave za čitanje koja gleda ljestvicu kodera (učinkovito ravnala) ugrađenu u mehanizam sustava pokreta. Stoga, kako bi uštedio što više proračuna za pogreške za proračun dinamičkog praćenja u kontroleru, dizajner mora minimizirati neprimjetne pogreške zbog savijanja ili vibracija unutar okvira. Ključ za minimiziranje neprimjetne pogreške je maksimiziranje krutosti strukture. Jedan od načina postizanja maksimalne krutosti je minimiziranje duljine strukturnih petlji stroja. Strukturna petlja je put sila generirana gibanjem stroja koja odgovara ili je jednaka ili suprotno silama koje generiraju odgovarajući strukturni elementi. Zamislite da materijali koji čine strukturne elemente stroja formiraju tisuće sitnih opruga povezanih u nizu. Dodavanje više opruga tandemskom lancu zapravo smanjuje krutost lanca. Stoga bi dizajneri trebali skratiti strukturni "lanac" proljetnih elemenata kako bi učvrstili stroj. Osim toga, dodavanje opružnih elemenata paralelno čini lanac krutijim. Kako bi maksimizirali krutost, dizajneri bi trebali dodati suvišne strukturne elemente u okvir stroja kako bi podržali inercijalne sile. Što je stroj čvršći, to se više energije ubrizgava u strukturu bez izazivanja neželjenog pokreta. To korisniku omogućava brže guranje elemenata upravljanja kretanjem, s više ubrzanja i energije, istovremeno minimizirajući neprimjetne pogreške u obradi. Slika 1 dolje prikazuje seriju i paralelno povezivanje strukturnih petlji i opružnih elemenata stroja.
Slika 1 prikazuje. Dodavanje opruga u nizu čini opružni lanac manje ukočenim, dok dodavanje opruga paralelno čini opružni lanac čvršćim. Ovaj se princip može koristiti za maksimiziranje krutosti strukturnog kruga stroja.
Čvrstiji stroj koji omogućava ubrizgavanje veće energije bez savijanja, ušteda više proračuna za pogreške za drugdje, trenutno je poboljšanje. To utigne put za sljedeće područje fokusa u poboljšanju principa dinamike strojeva. Kako se povećava krutost platformi i regala za kretanje, tako se povećava i njihova unutarnja frekvencija. Kako se njihova unutarnja frekvencija povećava, povećava se i njihova brzina kontrolira i proizvodnje.
Svaka putanja pokreta - put potrebna za lasersko mjesto za stvaranje dijela - ima spektralni sadržaj za svaku osovinu koja je uključena u generiranje pokreta. Svaka naredba osi ima određeni sinusoidni frekvencijski pojas koji treba predstaviti u matematičkoj seriji ili zbrajanju da bi je predstavio. Slika 2 u nastavku prikazuje primjer koračne funkcije i njegove sinusoidne aproksimacije koristeći konačnu propusnost.
Slika 2. aproksimacija koračne funkcije pomoću sinusnog vala u smislu razine i zbroja. Što je više sinusnih frekvencija valova ili propusnih propusnosti korištenih u aproksimaciji, to je bliža aproksimacija u funkciji koraka. Funkcija koraka zahtijeva beskonačan broj koraka sinusoida koji bi ga savršeno predstavljali, ali glatka funkcija može biti predstavljena konačnim brojem koraka ili propusnosti.
U ovom primjeru koračne funkcije potrebna je beskonačna širina pojasa kako bi se savršeno približio korak, što onemogućuje implementaciju u pravom stroju. To je jedan od glavnih razloga zašto programeri pokreta pokušavaju izbjeći diskontinuitete u naredbama poslanim stroju. Princip prikazan na slici 2 odnosi se na svaki naredbeni signal. Kada je profil kretanja višedimenzionalan i uključuje više osi pokreta, brzina kojom stroj prolazi kroz profil mijenja propusnost naredbi poslanih na svaku relevantnu osi. Jednostavan primjer ovog odnosa je korištenje dvije osi za stvaranje kruga. U osnovnoj trigonometriji dvije osi putuju kroz krug, doživljavajući sinusoidni val u položaju, brzini i ubrzanju. Učestalost sinusnog vala za koju se od svake osi traži da izvrši proporcionalnu brzini kojom krug prolazi. Što je brži stroj potreban za putovanje u krug, što je veća frekvencija sinusnog vala za svaku uključenu osi mora biti u mogućnosti izvesti u položaju, brzini i ubrzanju. Za bilo koju osovinu pokreta za izvršavanje naredbenog profila, propusnost tog profila mora biti unutar propusnosti sustava pokreta. Tako je, svaki sustav pokreta ima propusnost.
Sustav upravljanja oslanja se na povratne signale, servo kontrolne petlje i moćne motore kako bi reagirao na naredbe i uskladio stvarne rezultate s željenim rezultatima. Odzivnost upravljačkog sustava ovisi o tome kako brzo kontroler može donositi odluke i utjecati na promjene kada stvarno kretanje ne odgovara baš naređenom pokretu. Ova "reaktivnost upravljačkog sustava" gotovo u potpunosti ovisi o specifikacijama i dizajnu korištenog upravljačkog proizvoda. Specifikacije kao što su brzina stvaranja putanja, brzina zatvaranja struje (brzina kojom se struja generirala određenim pogonom motora može se promijeniti), a vršna sila koju generira motor uređaja odredit će brzinu odgovora upravljačkog sustava. Stoga je pomalo očigledan zaključak da će odabir moćnog upravljačkog proizvoda i moćnog motora imati koristi od dizajnera. Međutim, stopa odgovora upravljačkog sustava samo je jedan dio mogućnosti cjelokupnog sustava pokreta da odgovori na naredbe, tj. Propusnost sustava pokreta. Kombinacija fizičke krutosti platforme pokreta i propusnosti upravljačkog sustava određuje dinamičku sposobnost cijelog sustava. S obzirom na isti upravljački sustav i motor, što je veća intrinzična frekvencija mehaničkog sustava, tj. Što je čvršći, to je veća propusnost frekvencije na koju sustav može uspješno reagirati.
Općenito, najvažniji signal u kontroli pokreta je naredba ubrzanja. Ubrzanje je primarni signal koji je zanimljiv za operatora strojeva jer je najuže povezan s onim što kontroler stroja zapravo kontrolira, struju motora. Struja koja se hrani na svaki motor osi proporcionalna je sili koju stvara svaki motor. Sila koju generira svaki motor proporcionalna je ubrzanju iskusnom tom stupnjem slobode dok se stroj kreće. Pogreška praćenja ili pogreška ubrizgana u proces proizvodnje zbog nemogućnosti sustava pokreta da savršeno slijedi naređenu putanju proporcionalna je dijelu propusnosti propusnosti ubrzanog ubrzanja koja premašuje propusnost sustava pokreta. Automobil na temelju ovjesa, motora i vozača može preći trkačku stazu samo određenom brzinom; Ako je prisiljen okrenuti se brzinom koja premašuje njegove granice, ona će pobjeći s ceste. To je isto za laserske strojeve za obradu. Razumijevanjem propusne širine naredbi ubrzanja poslane na stroj u profilu pokreta, kao i širinu pojasa reakcije ili dinamike stroja, imamo solidan temelj za osiguravanje da se proizvode visoke kvalitete dijelova na maksimalnoj propusnosti. Neki napredni kontroleri pokreta zapravo nude značajke koje omogućuju programeru da automatski uzme u obzir propusnost sustava pokreta i samoograniče naredbe ubrzanja poslane komponentama stroja kako bi se spriječilo da se dogodi previše pogrešaka.
Kombinacija ovih koncepata stvara smislenu poruku za dizajnera stroja. Što je krutija struktura okvira, to će manje savijanja i vibracija strojeva utjecati na obradu rezultata, ostavljajući više proračuna za pogreške za dinamičke pogreške u praćenju. Što je kruti mehanički dizajn sustava pokreta, to je veća širina pojasa sustava pokreta. Što su veće performanse kontrolnih proizvoda koji se koriste, to je veća širina pojasa u sustavu pokreta. Što je veća širina pojasa u sustavu pokreta, to je veća širina pojasa naredbi ubrzanja na koje može odgovoriti bez stvaranja iste razine pogreške u dijelu. Što je veća propusnost naredbi ubrzanja dopuštenih bez stvaranja lošeg dijela, brže se stroj može zapovijedati da pređe željenu konturu tijekom dijela proizvodnje. Stoga bi dizajneri strojeva trebali razmotriti svaki mogući način da maksimiziraju krutost strojeva i propusnost upravljanja sustavom kako bi maksimizirali propusnost procesa bez ugrožavanja kvalitete dijela.
