“รู้ได้อย่างไร ว่า Servo motor ที่เลือกมันใช้ได้จริงๆ”
ตอนทำงานใหม่ๆ คือ...อยากรู้มากๆ ที่เราคำนวนด้วยมือนั้น มันมีอะไรมาบอกไหมว่าถูกต้อง ซึ่งเรื่องนี้สำคัญมากสำหรับวิศวกรออกแบบ(คำนวน) เพราะเป็นวิศวกรออกแบบ(คำนวน) แต่ไม่รู้ว่าสิ่งที่ตนเองคำนวนไปนั้นถูกต้องแค่ไหน แบบนี้ความมั่นใจหายหมด
แต่ไม่ต้องห่วง เราสามารถใช้รายการตรวจสอบ 3 รายการตามนี้ มาบอกว่าถูกต้องหรือไม่ อย่างไร
3.1.Load check
อันนี้เป็นพื้นฐาน ใครๆก็รู้ว่าเมื่อคำนวนเพื่อเลือก servo เสร็จก็ต้องทดสอบ load เช่น ระบบกลไก linear แนวดิ่ง ที่มี stroke = 800 mm และ load (รวม)=50 kg
หลังจากเซต servo drive เบื้องต้น ก็เอา load ตามที่คำนวนใว้มาทดสอบ โดยยกทั้งขึ้น และลงจนสุด stroke โดยใช้ความเร็ว และความเร่งตามต้องการ แนะนำประมาณ ½ ของความเร็วออกแบบ และดูผล ถ้าไม่มีปัญหาก็ให้ทำข้อต่อไป
**ก่อนทดสอบ ให้ทดสอบเคลื่อนที่แบบ no-load ก่อนเพื่อจัดการ error ไร้สาระให้หมด และค่อยทดสอบ
ถ้าปัญหาเกิด???
-ปัญหาเกิดทั้งการยกขึ้น หรือยกลง โดยมี error code แจ้งเกี่ยวกับ over-load หรืออะไรที่ใกล้เคียง ถ้าเป็นแบบนี้แสดงว่า เราเลือก motor และ GB ไม่ถูก
-การแก้ไข เช็คการคำนวน เช่น สมการถูกไหม หรือ คำนวน friction force ถูกไหม เป็นต้น และ
-การแก้ไข เช็คระบบ mechanics ว่ามี friction force เกินกว่าที่คำนวนใว้หรือไม่ และ
-การแก้ไขเช็คว่าเลือก GB ถูกหรือไหม
**ต้องบอกใว้ก่อน ถ้าเป็นแบบนี้การ servo tuning แบบละเอียด ก็ไม่ช่วยอะไร
ถ้าทดสอบขาลง และมี error code แจ้งเกี่ยวกับ Over-voltage หรือ servo drive มีความร้อนสูงผิดปกติ ถ้าเป็นแบบนี้ torque - (negative torque) เกิดขึ้นแล้ว หรือมีการทำงานรอบต่อนาทีสูงเกินกว่าที่ผู้ผลิตกำหนดใว้ โดย servo drive ไม่สามารถจัดการพลังงานย้อนกลับนี้ได้จึงเป็นปัญหา ต้องบอกว่าวิธีแก้ไม่ยาก โดยเฉพาะถ้าคุณคำนวนค่า torque - มาแล้ว ...แต่ถ้าไม่ ก็ให้กลับไปคำนวน..
**ปัญหา torque - อย่าใช้วิธี”ไม่ได้คิด” โดยการ เปลี่ยน servo motor ที่ใหญ่กว่ามาใช้ แบบนี้อาจได้ผล(ถ้าโชคดี) แต่ไม่ใช่ทางแก้ของวิศวกรครับ...
3.2.cycle time check
เมื่อคุณออกแบบ/คำนวนเพื่อเลือก servo motor คุณต้องมีค่าของ kinematic ต่างๆ ที่จำเป็น (ค่าเหล่านี้มาได้อย่างไรนึกไม่ออกย้อนไปดูบทความเก่า) ไม่ว่าระบบของคุณเป็นการเคลื่อนที่แบบ trapezoidal profile หรือ S-curve profile อย่างไรก็ตาม คุณก็ต้องมี cycle time ว่าเคลื่อนที่จาก 0 ถึง 800 mm(ระบบตามตัวอย่าง) นั้นใช้เวลารวมเท่าไร เวลาเร่ง และเวลาหน่วงเท่าไร เป็นต้น ที่จริงค่าพวกนี้ใช้หาค่า Fa(แรงจากความเร่ง), Fl(แรงจากload) และ Fd(แรงจากการหน่วง) มาแล้วจึงยกมาใช้ต่อได้เลย จากตัวอย่างกลไกเดิม ให้ cycle time =1.1 sec
-ทดสอบ โดยตั้งค่าความเร็วความเร่งให้ได้ cycle time ดังกล่าว และ stroke = 800 mm และดูผลว่า ใช้เวลาเท่ากับ 1.1 sec หรือไม่ ถ้าใช่โดยไม่มีปัญหาอะไร ก็ให้ทำข้อต่อไป
ถ้าปัญหาเกิด???
-ปัญหาปรับค่าความเร็ว/เร่งตามที่กำหนดแล้วแต่เกิด error code แจ้งเกี่ยวกับ over-speed หรือ over-load หรือพวกๆนี้ แบบนี้ทำอย่างไร
-การแก้ไข คือคุณต้องไป เช็คการคำนวนว่าถูกต้องไหม ว่า Rate torque ,Max torque และ speed(RPM) เป็นต้นนั้น อยู่ใน Torque-Motor Speed Characteristics หรือไม่ และต้องเช็คซ้ำๆว่า Rate torque และMax torque นั้น มันถูกต้องจริงๆ ไหม
-การแก้ไข ให้เช็ค friction force อีกครั้ง ให้เช็คละเอียด และทดสอบหาค่า friction force จริงกับ ที่คำนวนว่ามันเท่ากันหรือไม่
-การแก้ไข ถ้าไม่ได้จริงๆ ก็แสดงว่าการคำนวนนั้นผิด วิธีแก้คือ ก็ต้องคำนวนให้ถูก…
**Servo motor จะมีโปรแกรมจัดการกับ servo drive มาให้(ตามรูปที่1) ซึ่งโปรแกรมพวกนี้มีส่วน monitor ซึ่งสามารถอ่านค่าการเคลื่อนที่แบบ real-time หรือเกืยบๆ real-time ได้เลยโดยแสดงออกมาเป็นกราฟ ตามรูป(ตัวอย่าหนึ่ง) ซึ่งแสดงค่าทั้งหมดที่เราต้องการ เช่น time, Actual speed,Inertia ratio ,Overload factor และ Torque instruction เป็นต้น เรียกว่าสามารถเอาไปเทียบกับที่คำนวนได้เลย ว่าเราคำนวนถูกต้องแค่ไหน และยังให้เรามาวิเคราะว่า กรณีทำ cycle time =1.1 sec ไม่ได้นั้นว่าเป็นเพราะอะไรกันแน่
 |
| รูปที่1 |
**ต้องบอกใว้อีกครั้งกับปัญนี้ การ servo tuning แบบละเอียด ก็ไม่ช่วยอะไรเท่าไร
3.3.Position repeatability check(ตามรูปที่2)
มาถึงข้อนี้ ก็แสดงว่าใกล้ถึงดังหวังแล้ว อีกหนิดเดียวก็จะทำสำเร็จ และเสริมสร้างความมั่นใจให้คุณได้ จากข้อที่ผ่านมาเป็นการทดสอบด้านสมรรถนะ แต่เมื่อคุณเป็นวิศวกรที่กำลังจะออกแบบหุ่นยนต์ ดังนั้นความแม่นยำก็เป็นเรื่องสำคัญ
 |
| รูปที่2 |
**Position repeatability ควรจะเป็นเท่าไร ??
-ขึ้นอยู่กับงาน และระบบกลไกที่คุณเลือกใช้ เช่น คุณเลือกใช้งาน แบบ handling ค่า Position repeatability ก็ควรมีอย่างน้อย +-80 µm เป็นต้น หรือออกแบบสำหรับใช้ได้อย่างหลากหลาย ก็ควรมีอย่างน้อย +-60 ถึง 90 µm เป็นต้น แต่อย่างไรก็ตาม ก็ต้องขึ้นอยู่กับกลไกด้วย เช่น ถ้าคุณใช้กลไกแบบ timing belt การที่จะทำให้ได้ +-60 µm นี่ไม่ใช่เรื่องง่าย ต้องคำนวน pre tension และติดตั้งอย่างถูกต้น และต้องเลือกชนิดของ belt และ Pulley ที่เหมาะสมเท่านั้น ถึงจะทำได้ เป็นต้น
-ทดสอบ โดยใช้ Dial Test Indicator เพื่อวัดค่า และบันทึกค่าซึ่งควรวัดค่าที่ระยะเวลา1/2 ถึง ⅓ ของเวลาใช้งานจริงของระบบ หรือ 3-6 ชั่วโมงเป็นอย่างน้อย
ถ้าปัญหาเกิด???
-การแก้ไข เช็คค่า backlash ของกลไกทั้งหมด เช่น GB หรือ timing belt / pulley เป็นต้น ว่าค่า backlash พื็นฐานของกลไกพวกนี้มีค่าเท่าไร ถ้ามีค่าสูงเกิน ก็ต้องพิจารณาว่ามันเป็นข้อจำกัดของกลไกชนิดนั้นๆ หรือไม่ หรือเป็นเพราะเราติดตั้งไม่ถูกต้อง เช่น คำนวน pre tension ผิด หรือ เซตความตรึงสายพานผิด
**การทดสอบ Position repeatability เป็นการตีแผ่ระบบกลไกของคุณเลยว่าดีแค่ไหน ...
**ต้องบอกว่าถึงเวลาและสำหรับการ servo tuning แบบละเอียด เช่น การ tuning ด้าน Gain Adjustment, adaptive filter, damping control และ Suppression of Machine Resonance เป็นต้น ซึ่ง servo แต่ล่ะแบรนด์อาจมีชื่อเรียกต่าง
กันบ้าง แต่ก็ประมาณนี้ ซึ่งมีทั้ง auto หรือ Manual Gain Tuning ซึ่งปรับแล้วดี ไม่ดีอย่างไร ให้ กราฟ(ส่วน monitor) และ Dial Test Indicator เป็นตัวบ่งชี้
-การแก้ไข เช็คการคำนวน mass moment of inertia ของ load ถูกต้องแค่ไหน และเกินกว่าค่าที่กำหนดหรือไหม ถ้าเกิน ….จบ เพราะไม่ว่าจะแก้วิธีไหน ถ้า mass moment of inertia ratio เกินกว่าที่ผู้ผลิตกำหนด ก็แสดงว่าระบบกลไกคุณ ไม่มีทางไปต่อ ไม่แม่นยำ …
-การแก้ไข บางกรณีเกิดจาก การเปลี่ยนรูปร่าง(displacement) ของ mechanics เอง ซึ่งมักเกิดกับวิศกรที่ไม่ได้คำนวนความแข็งแรง หรือคำนวน แล้วแต่ผิด ซึ่งทางแก้คือ กลับไปคำนวนใหม่แล้วค่อยมาแก้/ทำชิ้นส่วนใหม่
การแก้ไข อื่นๆ ก็ต้องดูปัญหาเกิดจากอะไร เช่น mass moment of inertia ratio เกิน ก็ต้องลด mass moment of inertia ของ load หรือ ลด ratio ให้ได้ ซึ่งมีวิธีเยอะแยะในการจัดการ
**ยังมีการตรวจเช็คอื่นๆอีก แต่ขอไม่กล่าวถึงเพราะ 3 รายการข้างต้นถือเป็นการเช็คที่สำคัญที่สุดว่าคุณ คำนวนถูกต้องแค่ไหน หรือ หลุดโลกไปเลย….
จุดประสงค์ของบทความนี้ ไม่ใช่มาสอนแต่เป็นการแนะนำ หรือเตือนความจำว่าอะไรสำคัญ ซึ่งก็มาจากประสบการณ์ในการทำงานสายงานนี้มาหลายปี โดยหวังว่าเป็นส่วนไม่มาก ก็น้อยในการสร้างผลิตภัณฑ์ที่เป็นระดับอุตสาหกรรม ที่นอกจากทำงานได้แล้ว ยังต้องมีความน่าเชื่อถือสูง ...เทียบเท่าของต่างประเทศชั้นนำ