Machine dynamica: Hoge acceleratie, grote nauwkeurigheid en een laag trillingsniveau om doorvoer, rendement en resolutie te maximaliseren

 

 

Hoge acceleratie, grote nauwkeurigheid en een laag trillingsniveau om doorvoer, rendement en resolutie te maximaliseren; veel van de machines die bij NTS worden ontwikkeld, zijn gebaseerd op het optimaliseren en beheersen van de machinedynamica. Nadat de belangrijkste eisen zijn besproken, maken de engineers van NTS conceptontwerpen. Door gebruik te maken van geavanceerde dynamische analyse is het mogelijk deze (globale) conceptontwerpen effectief met minimale inspanningen met elkaar te vergelijken. De focus ligt op prestatie, maar er wordt ook rekening gehouden met kostprijs en doorlooptijd. Tijdens een trade-off-overleg met de klant worden op basis van deze aandachtspunten en de belangrijkste eisen één of twee conceptontwerpen gekozen. Deze worden verder uitgewerkt en cruciale inkooponderdelen worden toegevoegd. Dit resulteert in een 3D-model dat kan worden gebruikt voor een gedetailleerdere dynamische analyse. Wanneer het ontwerp aan de eisen voldoet, worden de laatste details toegevoegd en worden de tekeningen gemaakt. Nadat het eerste systeem is geassembleerd, is het aantonen van performance de laatste stap. NTS beschikt over de juiste middelen en ervaring voor verificatie van machinedynamica.

 

 

“Als je het niet kunt meten, kun je het niet maken"

- Philip Rosing, System Lead Engineer

 

Download ons whitepaper "Dynamic system architecture for Nearfield’s Quadra"

NTS ondersteunde Nearfield Instruments bij de ontwikkeling van het launching platform voor high troughput scanning probe mircroscopy, de Quadra. De opdracht was om bij te dragen aan enkele kritische modules in de Quadra architectuurfase, samen met andere leveranciers, om Nearfield's proof of principle in een industrieel systeem te veranderen dat autonoom functioneert in een semiconductor fab. In dit whitepaper, leggen we de dynamische architectuur van het systeem uit, die zowel voor hoge doorvoer als hele lage geluidsmetingen zorgde om de kleinste detailste meten met de AFMs.

Vul het formulier in om het whitepaper te downloaden

Model based design

In het beginstadium van het ontwerpen van dynamische machines is het noodzakelijk om een indicatie te krijgen van de parameters die van dominant belang zijn voor de dynamische prestatie: gewicht, rigiditeit en verstorende krachten.

NTS heeft tooling ontwikkeld die meerdere commercieel beschikbare programma's die voor dynamische analyse worden gebruikt koppelt.  Deze tooling maakt het mogelijk dynamisch gedrag snel en nauwkeurig te simuleren. Het uitgangspunt is een rigide model. De mechanische lay-out, actuatoren, sensoren en besturingsstrategie kunnen worden aangepast om te kijken welk effect dit heeft op de verschillende onderdelen (posities) en besturingsstrategieën. Trillingsbronnen, zoals vloertrillingen (en ook gemeten trillingen) kunnen worden gebruikt als input om de prestatie van het ontwerp ten aanzien van geluidsonderdrukking te testen. Demping (waaronder constraint layer damping) kan worden gesimuleerd om de geluidsonderdrukking nog verder te verbeteren.

De output van het model vormt de input voor het mechanische ontwerp en de keuze voor cruciale inkooponderdelen als lineaire geleiding, actuator, motion controller en sensor.

Gedetailleerde analyse

Met de resultaten van de geavanceerde simulaties kan met het mechanische ontwerp worden begonnen. Het zoeken naar inkooponderdelen kan beginnen. In uitgebreide lijst met leveranciers van NTS worden de meest geschikte onderdelen geselecteerd, bij voorkeur direct leverbaar. Voor onderdelen van het ontwerp die speciale aandacht vergen met betrekking tot rigiditeit, sterkte of stabiliteit geldt dat vroege betrokkenheid van onze productielocaties voor frames, kasten of graniet leidt tot lagere kosten en betere maakbaarheid. De mechanische ontwerpers worden bijgestaan door een FEA-specialist ter ondersteuning bij berekeningen van rigiditeit en sterkte. Een eerste FEA-simulatie kan worden uitgevoerd zodra alle cruciale (inkoop- en ontwerp-) onderdelen bekend en ontworpen zijn. Als het mechanische ontwerp voldoet aan de vereiste rigiditeit en massa kan een dynamisch FEA-model worden gemaakt. Dit model vervangt (delen van) het rigide model dat is gebruikt voor de geavanceerde simulatie en verbetert de nauwkeurigheid van het dynamische model. Prestaties of storingen van cruciale inkooponderdelen kunnen ook worden geüpdatet, omdat zij bekend zijn in het ontwerp. Het resultaat is een nauwkeurig model dat het risico om niet aan de prestatienorm te voldoen, beperkt.

Verificatietechnieken

Wanneer het eerste systeem is geassembleerd en gerealiseerd, is het tijd om de prestatie aan te tonen. Voor sommige systemen is het gebruik van interne sensoren voldoende, maar voor andere systemen is externe meetapparatuur vereist. Hoe er moet worden gemeten is besproken tijdens het maken van het conceptontwerp. In het ontwerp is, indien nodig, rekening gehouden met toegankelijkheid of een interface voor externe meetapparatuur. Bij NTS hebben we vele jaren ervaring met verificatiemetingen. Modale-analysemethodes worden toegepast wanneer vormen van modules van mechanische assemblages moeten worden geverifieerd. We kunnen positionering- en repeteernauwkeurigheid meten met behulp van een laserinterferometer. Als de high-speeddynamica moet worden gemeten, wordt een lasertrillingsmeter gebruikt. Na verificatie weet onze klant exact wat de prestatie is.

Meer weten over hoe onze expertise time to market helpt te verkorten?

Vraag het aan één van onze experts

Vraag stellen