Correggere o eliminare le frequenze di risonanza

L'ESPERTO RISPONDE Packaging and Processing Bosch Rexroth Italia risponde ai quesiti posti dai lettori, circa le problematiche tecnologiche e di mercato relative all’automazione. Dalla rubrica pubblicata su ItaliaImballaggio di aprile 2013.

Domanda
Buongiorno.
Da diversi anni, all’interno del nostro stabilimento produttivo, sono in funzione macchine e impianti equipaggiati con servo azionamenti, in modo da garantire maggiori prestazioni e maggior flessibilità nei cambi formati. Abbiamo notato però che, in alcune condizioni di lavoro, il sistema presenta fastidiose vibrazioni. È possibile eliminarle?
Firmato    A.A.

L’argomento delle vibrazioni nelle macchine automatiche è un problema abbastanza ricorrente, che si traduce in oscillazioni e vibrazioni che influenzano negativamente la velocità e la precisione del processo, provocando anche possibili danni alla meccanica. La risonanza meccanica è il fenomeno in base al quale un sistema, sollecitato con un comando di velocità o posizione caratterizzato da una specifica frequenza di variazione, risponde amplificando il comportamento oscillatorio alla frequenza di eccitazione.

Le frequenze di risonanza di un sistema meccanico o meccatronico sono peculiarità intrinseche dello stesso, legate all’interazione di tutti i componenti, comprese le caratteristiche di rigidità e di giochi dell’intera catena cinematica. In una trasmissione ad asse elettrico, a differenza delle trasmissioni meccaniche, attraverso la regolazione e la taratura dell’asse è possibile correggere, limitare e spesso eliminare gli effetti negativi delle frequenze di risonanza del sistema, sempre che siano conosciute!

L’approccio tradizionale all’analisi delle vibrazioni prevede di determinare le frequenze di risonanza o tramite sistemi di analisi matematica virtuale o attraverso l’utilizzo di sensori esterni (es. accelerometri), e software aggiuntivi di gestione. I dati elaborati devono poi essere analizzati dalla progettazione meccanica, per intervenire con soluzioni volte a modificare la rigidità dell’intera catena di trasmissione del moto, ma che, troppo spesso però, sono determinate da un approccio empirico.

Escludendo l’analisi matematica, che si dimostra spesso eccessivamente complicata e imprecisa, l’utilizzo di sensori ed elaborazioni esterne è spesso poco gradita, perché a volte difficile da implementare e implica sempre l’utilizzo di sistemi e software aggiuntivi.

Con l’obiettivo di ridurre gli effetti causati dalle frequenze di risonanza, Bosch Rexroth ha sviluppato specifiche funzioni di analisi ed elaborazione delle risonanze, disponibili su tutti i servo azionamenti della serie IndraDrive.
Il servomotore si comporta da sensore di misura e il servoazionamento è l’elaborazione.

Come si riducono gli effetti? Attraverso tre fasi
• Identificazione delle frequenze di risonanza e antirisonanza: le informazioni vengono rilevate inviando al motore un “rumore bianco”, cioè un comando di coppia di ampiezza predefinita, con una frequenza variabile scelta all’interno della banda di regolazione. Il test innesca vibrazioni sulla meccanica (alcune con frequenze ben udibili). L’effetto è paragonabile a “percuotere” la meccanica con un martello, per verificare se la risposta genera una vibrazione di ampiezza maggiore rispetto al segnale di eccitazione. Attraverso l’oscilloscopio integrato (campionamento fino a 500 microsec.) i campioni acquisiti vengono elaborati dalla suite di sviluppo IndraWorks attraverso una analisi in frequenza (FFT) che produce grafici della risposta di ampiezza e di fase (diagramma di Bode) del sistema meccatronico.

• Attenuazione degli effetti delle frequenze di risonanza, attraverso l’attivazione di filtri digitali (anche più filtri contemporaneamente) sull’anello di controllo del drive. Attivati i filtri e ripetendo il test del “rumore bianco”, è possibile verificare immediatamente i miglioramenti ottenuti.

• Ottimizzare la regolazione dell’asse: una volta corretta la risposta in frequenza del sistema, è possibile ottimizzare la regolazione dell’asse lavorando sui guadagni degli anelli in modo da ottimizzare la risposta e l’errore nell’esecuzione di una legge di moto comandata (errore di inseguimento).
 

Per ulteriori informazioni in merito può consultare le pagine dedicate al Service del nostro sito www.boschrexroth.it

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