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Come funziona un attuatore lineare ad azionamento diretto?

05 Feb 2021
Esperti di Kollmorgen

Un servomotore lineare è un attuatore lineare che produce forza e velocità sulla base della corrente e della tensione erogate ed assicura un movimento lineare lungo l'asse di azionamento. Un servomotore lineare è una parte di un sistema ad anello chiuso che fornisce forza e velocità in funzione di un comando proveniente da un servocontroller che utilizza un dispositivo di retroazione per chiudere l'anello. In parole povere, un servomotore lineare si comporta esattamente con un servomotore rotativo, è semplicemente appiattito e diritto. Il dispositivo di retroazione fornisce informazioni quali corrente, velocità o posizione al servocontroller che regola l'azione del motore in base ai parametri inviati con comando. Un servomotore lineare è una soluzione ad azionamento diretto in cui il carico è collegato alla parte mobile del motore.

Gli attuatori lineari ad azionamento diretto sono disponibili in varie configurazioni (nucleo in ferro, canale a U, tubolari), ma in definitiva operano tutti allo stesso modo. L'attuatore lineare fa parte di un servomeccanismo costituito da cinque elementi fondamentali: una bobina o avvolgimento, una traccia magnetica o alberino magnetico, un dispositivo di retroazione, elementi meccanici composti da cuscinetti lineari e supporti, elettronica di comando. Il motore può essere CA o CC, con spazzole o brushless, e di qualsiasi dimensione. Il dispositivo di retroazione è tipicamente una riga ottica quale un encoder o trasduttore lineare o può essere un altro dispositivo quale un potenziometro, un dispositivo con effetto Hall, un contagiri, un resolver o qualsiasi altro sensore adatto. Gli elementi meccanici guidano l'avvolgimento o bobina lungo la traccia magnetica, mantenendo l'intercapedine d'aria necessaria tra bobina e magneti. Completa il servosistema la parte elettronica di controllo che alimenta il motore e confronta i dati di retroazione e i riferimenti dei comandi per verificare se l'attuatore lineare funziona secondo i comandi inviati. Esistono molte tipologie di applicazioni per gli attuatori lineari, da semplici piastre XY a complessi sistemi a portale, ad es. macchine per taglio laser multiasse azionate da complessi controller di movimento.

Come riportato nel nostro recente post relativo a come funziona un servomotore, vengono messi a punto anelli di asservimento multipli integrati per prestazioni ottimali e per fornire la precisione del motion control. Il sistema è formato da anelli di corrente, velocità e posizione che utilizzano elementi di retroazione di precisione. Ogni anello segnala l'anello successivo e controlla gli opportuni elementi di retroazione per effettuare correzioni in tempo reale in modo da soddisfare i parametri desiderati.

L'anello di base è l'anello della corrente o della forza. La corrente è proporzionale alla forza in un attuatore lineare che fornisce accelerazione o spinta. Un sensore di corrente è il dispositivo che fornisce retroazioni relative alla corrente che fluisce attraverso il motore. Il sensore invia un segnale alla parte elettronica di controllo, di norma un segnale analogico o digitale proporzionale alla corrente del motore. Il segnale viene sottratto dal segnale impartito. Quando il servomotore raggiunge la corrente desiderata, le condizioni dell'anello saranno soddisfatte fintantoché la corrente non scende al di sotto del livello impostato. L'anello aumenterà quindi la corrente fino a raggiungere il valore desiderato, mentre il ciclo prosegue a frequenze di aggiornamenti in frazioni di secondi.

Il funzionamento dell'anello di velocità è analogo con la tensione proporzionale alla velocità. L'anello di velocità invia all'anello di corrente un comando per aumentare la corrente (aumentando quindi la tensione) quando la velocità scende al di sotto del livello desiderato.

L'anello di posizione accetta un comando da un PLC o da un'unità di controllo di movimento che fornisce a sua volta un comando di velocità inviato all'anello di velocità che a sua volta invia il comando per la corrente necessaria per accelerare, mantenere e decelerare il motore affinché si sposti alla posizione desiderata. Tutti e tre gli anelli funzionano in sincronia ottimizzata per fornire un controllo assolutamente ineccepibile e preciso dell'attuatore lineare.

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Questo blog è il risultato della collaborazione di un team di esperti di motion & automation in Kollmorgen, tra cui ingegneri, addetti al servizio clienti ed esperti di progettazione. In qualsiasi fase del vostro progetto vi troviate, noi siamo qui per aiutarvi.

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