Nauwkeurige & goedkope bewegingssynchronisatie

Deadline

Flanders Make ICON - Nauwkeurige & goedkope bewegingssynchronisatie

Uitdaging

In meervoudig gecoördineerde bewegingstoepassingen werd kinematische coördinatie klassiek mechanisch gerealiseerd, waarbij een enkele motor werd gecombineerd met krukassen, nokvolgmechanismen, stangverbindingen en tandwielen. Vooral voor hoge productiesnelheden worden hoge eisen gesteld aan de nauwkeurigheid en sterkte van deze componenten, terwijl zij een aanzienlijke traagheid en wrijving introduceren. Daarom is er een trend naar individuele elektrische aandrijving, waarbij de mechanische omzetting achterwege wordt gelaten en wordt vervangen door een servoaandrijving voor elke afzonderlijke beweging.

De in de praktijk gangbare oplossing maakt gebruik van servoaandrijvingen die worden gesynchroniseerd door een motion controller die gebruik maakt van servokloksynchronisatie en elektronische tandwieloverbrenging of camming. Dit is energie-efficiënt en heeft een hoge nauwkeurigheid en flexibiliteit, d.w.z. dat het wijzigen van het bewegingsprofiel van de machine een kwestie is van het bijwerken van de motion setpoints in de software. Ook de aanzienlijke vermindering van traagheid en wrijving maakt hogere productiesnelheden mogelijk. Het gebruik van een high-end servoaandrijving, meestal met gebruikmaking van een dure absolute positiesensor, voor elke vrijheidsgraad is echter duur, waardoor een verdere industriële uitrol van individuele elektrische aandrijving momenteel wordt beperkt.

Er is dus behoefte aan meer kosteneffectieve oplossingen om dezelfde nauwkeurigheid te bereiken, maar tegen een lagere kostprijs. De gemeenschappelijke technologische belemmeringen zijn de volgende:

  1. De state of practice methoden vertrouwen op nauwkeurige & absolute positiekennis op elke vrijheidsgraad en;
  2. Er ontbreekt een architectuur om deze behoefte aan absolute positiebepaling te verlichten door systeemkennis, alternatieve goedkope sensoren & modelgebaseerde besturing te integreren.

Als deze hinderpalen uit de weg worden geruimd, kan een kostenvermindering worden bereikt in toepassingen die reeds gebruik maken van elektrische coördinatie, of kan de overgang naar elektrische coördinatie kosteneffectiever worden gemaakt in toepassingen die nog gebruik maken van mechanische coördinatie.

Project doelstellingen

Het doel van het project is alternatieve systeemarchitecturen te vinden die de kosten van de state-of-the-art oplossing verminderen en toch de nauwkeurigheid ervan behouden. Door de noodzaak van absolute en nauwkeurige positiebepaling op elke vrijheidsgraad te verlichten, wordt een impact op de totale kostprijs en op de prestaties per eenheid van kostprijs nagestreefd, wat de elektrificatie van meervoudige gecoördineerde bewegingssystemen verder mogelijk maakt. Indirect zal dit de flexibiliteit, nauwkeurigheid en efficiëntie van deze toepassingen verbeteren. Ook ontstaat de mogelijkheid om het energieverbruik te verminderen, aangezien er minder mechanische omzettingssystemen worden gebruikt.

In tweede instantie kan worden verwacht dat de controlestrategie of -aanpak zal moeten worden aangepast. Voorgaande projecten zullen enkele springplankeffecten opleveren. Dit kan een besturings-HW-architectuur zijn (gecentraliseerde, gedistribueerde controller), of een besturings-SW-architectuur. Er kunnen verschillende besturingsbenaderingen worden overwogen die rekening houden met de interactie van meerdere DOF's: ontkoppelde single input single output (SISO), planning van meerdere inputs, meerdere outputs (MIMO) bij uitvoering van SISO, optimale (modelgebaseerde) feed-forward besturing en (iteratieve) lerende besturing.

VOORBEELD WEEFGETOUW

Op een weefgetouw is een snelle berekening gemaakt van een master-slave-besturing voor de positie van het riet en de rapier. Een vereiste positienauwkeurigheid van ongeveer 0,1% (0,1 mm voor een slag van ~100 mm) is nodig voor een werksnelheid van 1200 omwentelingen per minuut. Anticipatie op de beweging van de slave en activering in de master zou de volgfout met ongeveer 10% kunnen verminderen, maar vooral het verdelen van het piekkoppel over de actuatoren kan leiden tot een reductie van 10-50% van piek tot piek, afhankelijk van hun relatieve vermogen.

Interesse?

LOCAMOTION_ICON is een Interdisciplinair Coöperatief Onderzoek (ICON). We zijn op zoek naar bedrijven die zich bij de gebruikersgroep willen aansluiten en met ons willen werken aan de valorisatie van het project.

Interesse? Gelieve onderstaand formulier in te vullen en we contacteren u zo snel mogelijk:

Andere ICON open calls

Deadline

Industrial Research (ICON)

Deadline

Industrial Research (ICON)