Step motorlu lineer aktüatörler (SMLA'lar), step motorunu, hassas kılavuz vida ve somunu tek bir kompakt yapıda birleştirerek lineer hareket için son derece yapılandırılabilir, özelleştirilebilir ve sağlam bir çözüm sunar. Hareket denetleyicisi ve step motor tahriki yardımıyla tüm SMLA'lar yükü hassas bir konuma yerleştirecek şekilde programlanabilir. Ancak standart yapılandırmalar, operatöre hareketin tamamlanıp tamamlanmadığını bildiren bir geri bildirim mekanizması sağlamaz.
Pek çok uygulama için olmazsa olmazlar arasında olmasa da geri bildirim, daha karmaşık lineer hareket sistemlerinde kullanılabilecek güçlü bir araç olabilir. Bu ve hassas yük konumlandırma bilgilerine olan talebin artması nedeniyle, bir SMLA'yı bir kodlayıcı ile donatmak, uygulamanız hakkında gerçek zamanlı hareket geri bildirimi almak için etkili ve basit bir çözüm olabilir.
SMLA çekirdek yapılandırmaları
Şekil 1'de en yaygın üç SMLA yapısı gösterilmektedir: motorlu kılavuz vida (MLS), motorlu kılavuz vida (MLN) ve motorlu lineer aktüatör (MLA). Bu yapıların her biri, temelde bir step motor, kılavuz vida ve somundan oluşur; ancak hareketi sağlama biçimleri farklıdır.
Şekil 1. SMLA tipleri (Soldan sağa: MLS, MLN ve MLA). Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
MLS ünitelerinde, kılavuz vida doğrudan motor şaftına bağlanır ve bu da dönüş sırasında somunu hareket ettirir. MLN üniteleri, somunu motor şaftının içine entegre eder ve bu somun döndürüldüğünde somun yerine kılavuz vidayı hareket ettirir. MLA yapılandırmaları, esasen, kılavuz vida ve somunu barındıran ve aynı zamanda entegre destek ve yönlendirme sağlayan ek bileşenlere sahip MLS üniteleridir.
Açık döngü ile lineer çalıştırma
Şekil 2, tüm yapılandırmalara uygulanabilen açık döngülü SMLA mimarisini göstermektedir. Kullanıcılar, insan makine arayüzü (HMI) aracılığıyla sistemle etkileşime girer. İstenen hareket dizisini hareket denetleyiciye programlar, bu dizi dönüştürülüp yükseltilmek üzere step motor tahrikine gönderilir ve ardından hareketleri yapan SMLA'ya iletilir. İletişim yolu tek yönlüdür; ne hareket denetleyici ne de HMI, amaçlanan hareketin başarıyla tamamlandığına dair herhangi bir bildirim alır.
Şekil 2: SMLA'yı çalıştırmak için temel bir açık döngülü sistem kurulumunun mimarisi. Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Yükün tam olarak nerede konumlandırıldığını bilmek, tıbbi aletler, ölçüm cihazları ve laboratuvar ekipmanları gibi birçok yüksek hassasiyetli uygulama açısından kritik önem taşır. Ayrıca, bazı uygulamalar beklenmedik şekilde kapanabilir veya yükleri yerinden çıkabilir. Böyle durumlarda, geri bildirim mekanizması kullanılmadan yükün tam pozisyonunu bilmek imkânsızdır.
Kodlayıcının işlevselliğinden faydalanan bir uygulamaya iyi bir örnek otomatik pipetleme makinesidir. (Şekil 3) Bu cihazlar, dağıtım pipetinin yerini doğru bir şekilde izlemek ve sıvının doğru test tüpüne aktarılmasını sağlamak için yatay eksende bir kodlayıcı barındırır. Diğer örnekler arasında sıvı pompaları, 3D yazıcılar ve XY aşamaları yer almaktadır.
Şekil 3: Otomatik pipetleme makinelerinin yatay eksenlerinde bir kodlayıcı kullanılabilir. Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Optik döner kodlayıcılarla döngünün kapatılması
Birçok SMLA, döner kodlayıcı eklenerek geri bildirim sağlayacak şekilde donatılabilir. Döner kodlayıcılar, şaft kodlayıcıları olarak da bilinirler ve bir şaftın açısal konumunu analog veya dijital çıkış sinyallerine dönüştürürler. Optik döner kodlayıcılar, SMLA düzeneklerine geri bildirim işlevselliği eklemek için en yaygın seçenektir. Şekil 4, bir SMLA'ya bir kodlayıcının eklenmesinin denetleyiciye nasıl geri bildirim sağlayabileceğini ve konum, hız veya yön gibi önemli hareket verilerini nasıl paylaşabileceğini göstermektedir.
Şekil 4: SMLA'yı çalıştırmak için temel bir kapalı döngülü sistem kurulumunun mimarisi. Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Kodlayıcılarla pozisyon alma
Döner kodlayıcılar iki ana türde sunulmaktadır: artımlı veya mutlak. (Şekil 5)
Artımlı döner kodlayıcılarda, bir şafta bağlı ve bir ışık kaynağı ile bir ışık sensörü arasına yerleştirilmiş dönen bir disk kullanılır. Diskin çevresine düzgün bir şekilde yerleştirilmiş çoklu aralıklar, ışığın hareket özelliklerini temsil eden darbe desenleri halinde sensöre aktarılmasına imkân verir.
Daha ayrıntılı hareket verilerine veya güç kaybı durumunda ek bir koruma düzeyine ihtiyaç duyan uygulamalarda mutlak kodlayıcıdan faydalanılır. Artımlı kodlayıcılar gibi mutlak kodlayıcılar da, ışık kaynağı ile ışık sensörü arasında motor şaftıyla birlikte dönecek şekilde merkeze monte edilir. Mutlak kodlayıcılarda artımlı kodlayıcı gibi düzgün şekilde düzenlenmiş aralıklar yerine, diskin çok daha büyük bir yüzeyi üzerinde benzersiz açıklıkların karmaşık bir düzenlemesi kullanılır. Bunlar, hedef belirleme cihazı olmadan dahi bir dedektör çipinin darbenin her açısal pozisyonunun daha yüksek doğruluklu gösterimleri olarak okuyabileceği düzenlerde ışık sinyallerini keser.
Şekil 5: Artımlı (sol) ve mutlak kodlayıcılar (sağ) için işlemler yukarıda gösterilmiştir. Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Döner kodlayıcıların uygulanması
Çoğu durumda kodlayıcılar üç SMLA yapılandırma türünün (MLS, MLN ve MLA) tümüne entegre edilebilir. Sadece kodlayıcı gövdesinin cıvatalanacağı düz bir yüzey ve optik diskin monte edileceği bir şaft yeterlidir. Şekil 6'da gösterildiği gibi, şaftın orijinal motor şaftının bir uzantısı olması gerekir, böylece optik disk motorun hareketini doğru bir şekilde yakalamak üzere şaftla birlikte dönebilir.
Şekil 6: Gerekli çıkıntılı şaft ve montaj yüzeyleri ile kodlayıcıya hazır bir motora kodlayıcının montajı. Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Optik kodlayıcı eklenmiş SMLA'lar (Soldan sağa: MLS, MLN ve MLA). Görüntü Thomson Industries, Inc.'in izniyle kullanılmıştır
Kademe artırma
Açık döngülü SMLA sistemleri birçok uygulama için uygun olsa da, yük pozisyonu hakkında gerçek zamanlı geri bildirim isteyen step motor kullanıcıları, motorlarına kodlayıcı eklemeyi seçeneğini dikkate almalıdır. Kodlayıcılar, yükün kontrolünü ve izlenmesini iyileştirirken, konum geri bildirimi, hız, yön ve diğer özellikler hakkında gerçek zamanlı veri sağlayabilir. Temel konumlandırma geri bildirimi için kullanıcılar artımlı kodlayıcıları tercih etmelidir; ancak yüksek hassasiyet gerekiyorsa veya ekipman çalıştırıldığında konumu koruyabilme yeteneği gerekiyorsa mutlak kodlayıcı kullanma seçeneği dikkate alınmalıdır.
Geri bildirim döngüsünün optik döner kodlayıcılarla kapatılması, yalnızca günümüzün hassas uygulamalarının taleplerini karşılamakla kalmıyor, aynı zamanda SMLA'ları Endüstri 4.0 ve dijital bağlantı inovasyonunun gelişen ortamında değerli bileşenler olarak konumlandırarak, bir sonraki nesil endüstriyel otomasyon açısından da bunların sürekli olarak alakalı ve etkili olmasını sağlıyor.