Movimentazione dell’asse verticale

Variante 1

Motore lineare diretto

Controllore

Riga ottica Sensore ad effetto Hall

Figura 28: Prima variante per la movimentazione dell’asse verticale

La prima variante che viene proposta è composta da un motore lineare diretto che deve essere abbinato al relativo controllore (fornito dall’azienda) per monitorare il motore elettrico in posizione e in velocità.

Per verificare in che posizione di trova la slitta si deve implementare un sensore di posizione; nel caso in questione si prendono in considerazione due tipi: riga ottica e sensore ad effetto Hall. Si tratta di due sensori con grandi differenze di precisione e di costo l’uno dall’altro. Il primo è un componente molto costoso perché garantisce una precisione in posizione molto elevata.

Di seguito si andrà a valutare le due combinazioni di sensore di posizione che può assumere la variante:

 Variante 1-1: motore lineare diretto con relativo controllore e riga ottica

 Variante 1-2: motore lineare diretto con relativo controllore e sensore ad effetto Hall

Tabella 4: Valutazione della variante 1 per la movimentazione dell'asse verticale

Funzione:

Movimentazione asse verticale Variante 1-1 Variante 1-2

Criterio di valutazione

Peso Nota Punti Nota Punti g p g·p p g·p

Costo 5 1.4 7 2.2 11

Facilità di montaggio sul

macchinario 2 4 8 4 8

Precisione 3 4 12 2 6

Ingombri 2 3 6 3 6

Costi di manutenzione 4 3 12 3 12

Durata di vita 3 3 9 3 9

Somma dei punti 19 - 54 - 52

Variante 2

Attuatore lineare motorizzato

Controllore

LVDT Riga ottica

Figura 29: Seconda variante per la movimentazione dell’asse verticale

La seconda variante è composta da un attuatore lineare motorizzato (FESTO, SKF; ecc…), che viene movimentato dal relativo motore e controllato in posizione e velocità dal controllore fornito dal produttore. Inoltre è necessario implementare il sensore di posizione.

Come per la prima variante si propongono due sensori: trasformatore differenziale LVDT (Linear Variable Differential Transformer) e riga ottica. I sensori in questione non differiscono di molto in precisione (dipende molto dal modello che si va a scegliere) e hanno una differenza di costo di poche centinaia di franchi.

Per questa funzione non viene richiesta una precisione elevata perché (come viene specificato nella descrizione del progetto) il macchinario deve avere una precisione di +/- 0.05 mm in posizione, per questo motivo viene inserito un malus come criterio di valutazione che andrà a penalizzare la nota finale della variante con riga ottica.

Di seguito si andrà a valutare le due combinazioni di sensore di posizione che può assumere la variante:

 Variante 2-1: attuatore lineare con relativo controllore e trasformatore differenziale LVDT  Variante 2-2: attuatore lineare con relativo controllore e riga ottica

Tabella 5: Valutazione della variante 2 per la movimentazione dell'asse verticale

Funzione:

Movimentazione asse verticale Variante 2-1 Variante 2-2

Criterio di valutazione

Peso Nota Punti Nota Punti g p g·p p g·p

Costo 5 3.2 16 2.8 14

Facilità di montaggio sul

macchinario 2 3 6 3 6 Precisione 3 3 9 4 12 Ingombri 2 3 6 3 6 Costi di manutenzione 4 3 12 3 12 Durata di vita 3 3 9 3 9 Malus 3 3 9 2 6

Somma dei punti 22 - 67 - 65

Variante 3

Attuatore lineare SMAC

Controllore

Figura 30: Terza variante per la movimentazione dell’asse verticale

La terza variante che viene proposta è un sistema brevettato dall’azienda SMAC, che in sostanza è un attuatore lineare compatto con corsa ridotta, che riesce a misurare la forza che viene applicata allo stelo e la mette in relazione alla posizione in cui si trova. In pratica con questo sistema si può fare a meno di acquistare un altro componente che riesce a misurare la forza (seconda funzione del sistema “misurazione della forza). Per questo motivo in fase di valutazione viene aggiunto un bonus che alzerà il valore della nota finale.

Il sistema SMAC necessita comunque di un controllore che può essere programmato dal progettista, per controllare l’attuatore in velocità, spostamento e forza.

Di seguito si andrà a valutare la combinazione tra attuatore e controllore della variante.

Tabella 6: Valutazione della variante 3 per la movimentazione dell'asse verticale

Funzione:

Movimentazione asse verticale Variante 3

Criterio di valutazione

Peso Nota Punti g p g·p

Costo 5 1.0 5

Facilità di montaggio sul

macchinario 2 4 8 Precisione 3 4 12 Ingombri 2 4 8 Costi di manutenzione 4 3 12 Durata di vita 3 4 12 Bonus 3 4 12

Somma dei punti 22 - 69

Variante 4

Accoppiamento motore e vite

Motore CC Brushless con encoder Motore Stepper con encoder

Figura 31: Quarta variante per la movimentazione dell’asse verticale

La quarta variante è un sistema che viene ampiamente utilizzato nei banchi prova commerciali, si tratta dell’accoppiamento tra motore e vite-madrevite. Oltre alle componenti base (motore e vite- madrevite) è necessario acquistare il giunto per trasmettere il moto e infine controllare il motore.

In entrambe le combinazioni di motore la posizione della madrevite viene direttamente controllata da un sensore di posizione angolare (encoder), che servirà per estrapolare i dati in posizione da plottare insieme ai dati della forza, in modo tale da ottenere un grafico forza-spostamento.

Di seguito si andrà a valutare le due combinazioni di motore che può assumere la variante:  Variante 4-1: accoppiamento motore e vite, con motore BLDC ed encoder

 Variante 4-2: accoppiamento motore e vite, con motore stepper ed encoder

Tabella 7: Valutazione della variante 4 per la movimentazione dell'asse verticale Funzione:

Movimentazione asse verticale Variante 4-1 Variante 4-2

Criterio di valutazione Peso Nota Punti Nota Punti

g p g·p p g·p

Costo 5 3.8 19 4.0 20

Facilità di montaggio sul

macchinario 2 2 4 2 4

Precisione 3 3 9 3 9

Ingombri 2 3 6 3 6

Costi di manutenzione 4 3 12 3 12

Durata di vita 3 3 9 3 9

Somma dei punti 19 - 59 - 60

Variante 5

Attuatore lineare pneumatico

Gruppo valvole pneumatiche

LVDT Riga ottica

Figura 32: Quinta variante per la movimentazione dell’asse verticale

La quinta e ultima variante è composta da un attuatore lineare motorizzato (FESTO, SKF; ecc…), che viene movimentato in modo pneumatico, controllato in posizione e velocità dal relativo gruppo valvole. Inoltre è necessario implementare il sensore di posizione.

Vengono proposti gli stessi sensori di posizione della seconda variante: trasformatore differenziale LVDT (Linear Variable Differential Transformer) e riga ottica.

Trattandosi di un sistema pneumatico, risulta difficile controllare correttamente la posizione e la velocità del pistone, per questo viene inserito tra i criteri di valutazione un malus che incide sulla nota finale. Questo criterio di malus tiene in considerazione il fatto che il sistema può non avere una precisione in posizione elevata.

Di seguito si andrà a valutare le due combinazioni di sensore di posizione che può assumere la variante:

 Variante 5-1: attuatore lineare con relativo gruppo valvole e trasformatore differenziale LVDT  Variante 5-2: attuatore lineare con relativo gruppo valvole e riga ottica

Tabella 8: Valutazione della variante 5 per la movimentazione dell'asse verticale

Funzione:

Movimentazione asse verticale Variante 5-1 Variante 5-2

Criterio di valutazione

Peso Nota Punti Nota Punti g p g·p p g·p

Costo 5 3.6 18 3.2 16

Facilità di montaggio sul

macchinario 2 3 6 3 6 Precisione 3 2 6 3 9 Ingombri 2 3 6 3 6 Costi di manutenzione 4 3 12 3 12 Durata di vita 3 4 12 4 12 Malus 4 2 8 1 4

Somma dei punti 23 - 68 - 65