Un controllo… certosino

Il controllo numerico Z32 di D.Electron può essere configurato con architetture diverse tra loro in funzione delle esigenze di equipaggiamento della macchina che si dovrà realizzare. Tutte le configurazioni orbitano però intorno a una unità centrale, che contiene il sistema operativo FlorenZ e il software vero e proprio del controllo numerico e una scheda Master Link che ha la funzione di instradare i pacchetti di informazioni dalle periferiche verso il CN e viceversa.

Tutte le unità centrali sono fornite alla clientela con il sistema operativo FlorenZ già installato così come il software del CN. Viene preinstallata anche una suite software chiamata Z32 for Windows che contiene tutti gli strumenti dell’interfaccia operatore del CN Zeta per consentire all’integratore di creare un custom, Z-Vis, e gli strumenti per eseguire il backup completo e il ripristino dei dati del sistema, Z32Info. All’interno del pacchetto si trovano tutti gli strumenti per la teleassistenza e una serie di utilities, ovvero gli strumenti per configurare l’architettura del sistema che si vuole realizzare, Tarat, l’editor e il compilatore della logica PLC della macchina, MLEdit, un debugger per la logica PLC e per leggere tutte le variabili di sistema, MLDeb, un oscilloscopio in tempo reale, MLScope, e AxisTune per la taratura degli assi macchina.

Taratura degli assi

AxisTune permette di controllare il corretto collegamento dell’hardware e dei motori di ogni asse della macchina e di eseguirne la messa a punto. I parametri che definiscono elettricamente i servomotori Sangalli e i relativi trasduttori di posizione sono preinstallati nel configuratore Tarat e organizzati in liste; il tecnico addetto alla messa in servizio della macchina deve selezionare il tipo di motore installato sull’asse e seguire la procedura guidata per la definizione dei parametri della cinematica. Successivamente procede alla messa in servizio degli assi usando AxisTune. Tutte le operazioni possono essere eseguite in modalità automatica, anche concatenate l’una all’altra oppure in modalità manuale. In modalità manuale sarà il tecnico che sceglierà i parametri ottimali dei guadagni dei loop di controllo dell’asse, non escludendo la possibilità di utilizzare come parametri di partenza quelli calcolati automaticamente dal CN.

Test delle connessioni motore

Alla prima messa in servizio si procede con la verifica della bontà delle connessioni del motore e dell’hardware. Selezionando il test di connessione motore si apre la finestra StartAx che esegue in automatico tutti i test di connessione delle fasi motore e la verifica dell’angolo di fase dell’encoder del motore asse; l’angolo di fase può essere utilizzato per inserirlo nelle tarature del trasduttore di posizione del motore.

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Taratura della maglia di corrente

Eseguite le necessarie verifiche di connessione si può iniziare la taratura dell’asse vera e propria. Il primo passo è quello di tarare la maglia di corrente e per eseguire tali calcoli AxisTune applica in ingresso alla maglia un riferimento di corrente la cui forma d’onda è a gradino e la cui ampiezza è pari al 30% della corrente massima. Iterativamente viene calcolata la migliore risposta del motore. La procedura può essere eseguita sia manualmente sia in modo automatico. La procedura automatica è iterativa e restituisce valori di taratura già buoni per la movimentazione dell’asse. I valori dei guadagni della maglia di corrente sono subito visibili, attivi e acquisiti come taratura asse, non occorre salvare dati, elaborarli con altri strumenti e ricopiarli poi altrove in altri menu. Il tecnico può verificare visualizzando la forma d’onda della risposta in corrente applicando in modalità manuale un riferimento in corrente pari a quello applicato in modalità automatica, visualizzando così graficamente la forma d’onda della risposta in corrente. Nella finestra maglia di corrente viene utilizzato lo strumento MLScope e si possono eseguire il salvataggio di dati, tracce e impostazioni nonché eseguire misurazioni. Il tecnico può intervenire sui valori per eseguire prove e confrontare le risposte. Si completano tutti i cicli di verifica e di taratura per tutti i motori asse, si verifica che non si presentino anomalie e, se del caso, si risolvono. I meccanici possono collegare i motori alla meccanica degli assi e il tecnico elettronico può completare il ciclo di taratura della maglia di corrente eseguendo nuovamente i test.

Taratura della maglia di velocità

Si passa alla taratura della maglia di velocità. Anche in questo caso viene applicato un riferimento di velocità a forma di gradino. I movimenti del motore sono più ampi e AxisTune rileva l’inerzia meccanica rapportata al motore. Anche in questo caso il tecnico può visualizzare in forma grafica i risultati dell’analisi eseguita automaticamente, non dovrà fare altro che applicare manualmente il riferimento di velocità identico a quello usato dalla procedura automatica. Come per la taratura della maglia di corrente ha a disposizione tutti gli strumenti per eseguire l’analisi alle velocità più congeniali, nel tratto dell’asse più appropriato e per eseguire, se lo desidera, l’affinamento di alcuni parametri che sono disponibili per essere editati. I valori calcolati dal software non necessitano di alcuna interpretazione o ulteriore calcolo e sono subito disponibili per la gestione dinamica dell’asse. Nel caso in cui siano presenti risonanze del sistema meccanico è possibile intervenire applicando filtri in corrispondenza di frequenze caratteristiche. Sono disponibili e configurabili 2 filtri passa basso di Caurer e 3 filtri Notch. Con gli strumenti di misura è facile rilevare l’ampiezza di eventuali picchi e la frequenza a cui si presentano. Inoltre, è possibile visualizzare la risposta in frequenza del sistema per mezzo del diagramma di Bode. Le due procedure di taratura del loop di corrente e di velocità possono essere eseguite anche in sequenza e in modo automatico utilizzando la procedura di taratura automatica dei guadagni.

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Taratura G125 per l’alta velocità

Eseguita la taratura della maglia di corrente e di quella di velocità D.Electron mette a disposizione del tecnico un ciclo di taratura e test automatico denominato G125. Si tratta di una procedura automatica eseguito con uno degli strumenti per la gestione dell’alta velocità che il controllo numerico Z32 mette a disposizione dei tecnici e dei programmatori dei cicli di lavoro. Tali strumenti sono così tanti e versatili che D.Electron ha dedicato loro un intero manuale di riferimento. Il G125 muove l’asse per un tratto di corsa impostato dal tecnico e a una velocità sempre definita dal tecnico, serve a ottimizzare gli errori di inseguimento della risposta dell’asse riducendoli drasticamente, individuando le migliori condizioni di movimento dell’asse e introducendo in modo automatico delle correzioni dei parametri del sistema asse. Il test G125 è potente, la semplicità d’uso permette all’utente finale della macchina di ottimizzarne le prestazioni in particolari punti della corsa degli assi, l’efficacia dell’uso della funzione G125 “on demand” è sentita se la macchina è grande e se vi sono condizioni dinamiche diverse in posizioni diverse.

I risultati dell’analisi sono disponibili al tecnologo all’interno di parametri e sono salvati automaticamente all’interno della memoria C-MOS della Master Link del controllo numerico. Il test G125 alla fine del ciclo presenta l’errore iniziale rilevato sul sistema prima di applicare le compensazioni e poi l’errore finale e può essere eseguito iterativamente più volte. Gli strumenti di taratura della maglia di corrente, della maglia di velocità e dell’esecuzione del test G125 in alta velocità oltre a essere estremamente potenti, a non richiedere la necessità di intervenire manualmente all’interno dei menu di parametrizzazione dell’asse sono anche estremamente veloci da applicare. In condizioni normali di utilizzo la taratura di un asse non richiede più di 15 minuti di tempo.

Test finale della maglia di posizione

Esiste poi un test finale denominato di maglia di posizione che viene eseguito su tutta la corsa dell’asse della macchina. Il test può essere eseguito ciclicamente e ha lo scopo di verificare che su tutta la corsa della macchina gli errori di inseguimento siano bassi e uniformi e vi sia uniformità delle grandezze elettriche che entrano in gioco durante la movimentazione dell’asse. Questo test ha lo scopo di individuare se lungo la corsa della macchina ci sono possibili impuntamenti meccanici o non uniformità fisiche, permettendo al costruttore di sanare eventuali anomalie.

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Test di geometria

Si tratta di un test del cerchio per individuare gli errori geometrici all’inversione dell’asse. Anche questo è uno degli strumenti che la gestione dell’alta velocità del controllo numerico mette a disposizione del tecnico; si chiama Test G113X KA1 ed è assimilabile a una sorta di test di ballbar. Nella pagina di configurazione si definiscono il nome degli assi interessati al cerchio, la feed di movimento e il diametro del cerchio da eseguire. Il centro del cerchio è definito dalla posizione della macchina in quel momento. Il tecnico ha la possibilità di misurare gli errori di inversione e di impostare le eventuali compensazioni in velocità e tempo all’inversione dell’asse sia in direzione positiva sia negativa; eseguendo nuovamente il test del cerchio è possibile verificare la bontà delle compensazioni apportate. Queste sono le funzioni disponibili per la taratura degli assi che il controllo numerico Z32 mette a disposizione dei tecnici installatori e dei sistemisti. Questi strumenti risolvono i problemi di messa in servizio di assi, anche complessi, in breve tempo. Basti pensare il livello di complicazione che può avere dovere gestire un asse gantry dove ogni asse è movimentato da due motori che agiscono in antigioco meccanico l’uno con l’altro. Tali strumenti riescono a portare il livello di precisione di inseguimento della traiettoria a livelli micrometrici, ma in certe occasioni ciò non basta.

La regolarità di moto di un motore

Esiste tutto il mondo delle lavorazioni in alta velocità e alta finitura dove anche un micron può fare la differenza. A tale scopo D.Electron ha sviluppato degli strumenti che analizzano la regolarità di moto di un motore. Operativamente, dopo avere eseguito la taratura dell’asse, si può fare un’analisi di regolarità del movimento del motore e quindi dell’asse. Si applica un riferimento di velocità all’asse gestito in anello di retroazione aperto e si campiona ogni 2 ms la velocità dell’asse; sul campionamento il controllo numerico esegue un’analisi in frequenza alla ricerca di overshoot dei valori dinamici del motore. I risultati dell’analisi sono presentati al tecnico in forma grafica affinché possa eseguire le misurazioni e le valutazioni del caso.

In genere valori a basse frequenze oppure a frequenze moto alte difficilmente sono presi in considerazione poiché non incidono nella qualità finale della lavorazione, ma vi sono frequenze dove invece le perturbazioni della regolarità di moto possono produrre delle piccole ombreggiature sulla lavorazione. A fronte dell’analisi si apre un bivio, poiché la non regolarità può dipendere dalla qualità costruttiva del motore stesso oppure dalla meccanica. Lo strumento può eseguire l’analisi indifferentemente sia sul motore scollegato dalla macchina sia quando vi è collegato. Costruttori di macchine particolarmente raffinati includono l’analisi della regolarità di moto tra i test che qualificano le loro macchine prima della consegna al cliente finale, così come includono questo test tra le prove da eseguire alla fine degli interventi di assistenza. Se le irregolarità di moto sono concentrate in particolari frequenze il controllo numerico D.Electron è in grado di compensarle utilizzando opportuni parametri degli azionamenti. In genere non serve arrivare all’utilizzo di questi strumenti estremi, in quanto già la scelta di un motore di buone qualità dinamiche e la possibilità del controllo D.Electron di potere lavorare con guadagni di anello anche elevati riducono al minimo l’irregolarità del moto dell’asse.