STATION DE RADIOGRAPHIE SYSTEME DE MISE AU POINT DE L'IMAGE PRESENTATION GENERALE DE LA STATION DE RADIOGRAPHIE Le système AFM est utilisé dans les hôpitaux pour réaliser des radiographies de différentes parties du corps humain. Le patient est allongé sur la table d'examen (T). Un arceau (A) déplace l'émetteur de rayons X (E) et le récepteur d'images (R) autour du malade. X : axe du récepteur d'images Tx Support du récepteur d'images Bras (B) Z : axe de rotation de l'arceau par rapport au bras Récepteur d'images (R) Arceau (A) Ry Ty Y : axe horizontal de rotation du bras par rapport au bâti Rz Bâti Dossier travail Emetteur de rayons X (E) Table d'examen (T) Page 1/8 Le médecin commande, à partir d'un pupitre, des mouvements de : ROTATION (Ry) : le bras peut tourner autour de l'axe Y avec un débattement de 360°. ROTATION (Rz) : l'arceau supportant l'ensemble émetteur – récepteur peut tourner autour de l'axe Z avec un débattement de 150°. TRANSLATION (Ty) : la table peut se déplacer le long de l'axe Y sur une course de 2500mm. TRANSLATION (Tx) : le récepteur d'images peut se déplacer le long de l'axe X sur une course de 450mm. L'étude qui va suivre portera uniquement sur la motorisation du déplacement du récepteur d'images (translation Tx). SYSTEME DE MISE AU POINT DE L'IMAGE DESCRIPTION GENERALE L'axe X du récepteur d'images est vertical en position initiale et correspond à la position la plus couramment utilisée en fonctionnement (voir figure ci-dessous) : Courroie crantée Poulie 1 Poulie 2 Support du récepteur d'images Moteur Arceau A Frein Génératrice tachymétrique Codeur Galets Chariot : cette partie est fixe et solidaire de l'arceau A Translation Tx Capteur de recalage Capteur de fin de course haut Dossier travail Rails de guidage Vis à billes Corps Page 2/8 Le chariot à quatre galets est solidaire de l'arceau (A). C'est le corps supportant le récepteur d'images qui se déplace en translation (Tx) afin d'effectuer une mise au point correcte de l'image DESCRIPTION DU FONCTIONNEMENT Fonction “transmettre la puissance” Elle est principalement assurée par : Un moteur à courant continu commandé par un variateur, équipé d'un frein électromécanique (type frein à manque de courant), d'une génératrice tachymétrique et d'un codeur pour la position. Les caractéristiques de ce servomoteur sont données en annexe 1 du dossier technique page DT1/3. Un réducteur à poulies et courroie crantée. Un système vis – écrou à billes. Fonction “contrôler la position” Le positionnement du récepteur d'images sur l'axe X doit être réalisé de façon très précise. Un codeur de type incrémental a donc été prévu et monté sur l'arbre du moteur. La remise en position initiale du récepteur d'images se déroule en deux phases : - une montée du récepteur d'images jusqu'au capteur de recalage. - une recherche du premier "top zéro" du codeur. Les déplacements extrêmes sont limités par des capteurs de fin de course. Dossier travail Page 3/8 PREMIERE PARTIE PROBLEME TECHNIQUE Déterminer les caractéristiques du moteur électrique et permettre une évolution du produit dans le cadre d'un changement du récepteur d'images. DONNEES Loi de commande : Vitesse de translation Phase 1 (accélération) : tACC = 0,5s 75 mm/s Phase 2 (vitesse constante) : tVC = 2s Phase 3 (décélération) : tDEC = 1s Phase 4 (repos) : tRP = 5s t tACC tVC tDEC TRP Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Masse totale du récepteur d’images : M = 210 kg. Accélération de la pesanteur : g = 9,81 m/s². Vitesse maximale de translation (Tx) : VMAX = 75 mm/s. Poulies – courroie crantée : poulie “1” à 17 dents et poulie “2” à 45 dents. rendement de la transmission : ηPC = 98% pour le point de fonctionnement considéré. Vis – écrou à billes : pas de 5 mm. rendement de la transmission : ηVE = 89% pour le point de fonctionnement considéré. Le moteur choisi est un moteur Maxon de référence 353301 (voir Annexe 1) Première étude : régime permanent correcpondant au fonctionnement du moteur pendant la "Phase 2" de la loi de commande. Question 1. Calculer la vitesse de rotation maximale du moteur (N MOTEUR MAX) en tr/min. Question 2. Calculer la puissance mécanique nécessaire au niveau du chariot récepteur d'images (PUTILE RECEPTEUR) afin de pouvoir déplacer le récepteur d’images à sa vitesse maximale. Question 3. En déduire la puissance mécanique utile que doit fournir le moteur (PUTILE MOTEUR). Question 4. Calculer le couple utile du moteur (TUTILE MOTEUR) en régime permanent. Question 5. Au vu des résultats précédents, déterminer le coefficient de sécurité du moteur en terme de puissance. Et justifier le choix du moteur de référence 353301. Question 6. A partir du dossier technique donné en annexe 1 (page DT1/3), déterminer la constante de couple du moteur choisi T730-012. Donner la relation entre le couple utile (TUTILE MOTEUR) et le courant (IMOTEUR). Dossier travail Page 4/8 Deuxième étude : Le régime permanent donne des informations, mais il est nécessaire de prendre en compte la phase de démarrage : "Phase 1" de la loi de commande. Question 7. Calculer l'accélération "a" et montrer que le couple nécessaire au démarrage est : TDEMARRAGE = 1,2 Nm On sait ici que l'inertie équivalente est : Jéq = 1.10-3 kg.m2 Question 8. Déterminer l'intensité de démarrage et la comparer à l'intensité nominale donnée dans le dossier technique en annexe 1 (page DT1/3). Troisième étude : Pour faire évoluer le produit, il est envisagé de remplacer le récepteur d'images existant par un autre dont la nouvelle masse est de 400 kg. Il faut donc vérifier si le dimentionnement du moteur existant sur le sytème est toujours convenable. Le profil du couple en fonction de la loi de commande est le suivant : Vitesse de translation Phase 1 (accélération) : tACC = 0,5s 75 mm/s Phase 2 (vitesse constante) : tVC = 2s Phase 3 (décélération) : tDEC = 1s Phase 4 (repos) : tRP = 5s t tACC tVC tDEC TRP Phase 1 Phase 2 Phase 3 Phase 4 Couple moteur 1,85 Nm 1,35 Nm t -1,6 Nm Question 9. Comparer le couple de démarrage et le couple en régime permanent par rapport à ceux du moteur choisi (annexe 1 du dossier technique page DT1/3). Question 10. Calculer le couple thermique équivalent (Tth) et conclure sur la possibilité ou non de conserver ce moteur avec ce nouveau récepteur d'images. t 1.T1 + t 2 .T2 + ...... t 1 + t 2 + ..... 2 Rappel : Tth = Dossier travail 2 1 point par question Page 5/8 Question 11. Rappeler le principe de fonctionnement du hacheur avec une sortie symétrique à l'aide d'un chronogramme. Question 12. Déterminer la relation de la tension moyenne à la sortie du hacheur en fonction du rapport cyclique et de la tension d'alimentation du hacheur Ualim = 70 V. Question 13. Calculer le rapport cyclique du hacheur pour le point de fonctionnement Napplication = 2382 tr/min, sachant que pour la tension nominale Unominale = 70 V la vitesse nominale du moteur Nnominale = 2410 tr/min. Rédiger explicitement le raisonnement. Question 14. Calculer la constante de temps électrique du moteur. Déduire la fréquence minimale de hachage. Question 15. Le hacheur Escon 70/10 (voir Annexe 2) est-il compatible avec le moteur choisi ? Justifier la réponse à partir des résultats précédents. Prendre fréquence de modulation de largeur d'impulsion. 2 points par question RE 65 ∅65 mm, Graphite Brushes, 250 Watt maxon DC motor Annexe 1 M 1:4 Stock program Standard program Special program (on request) Part Numbers 353294 353295 353296 353297 353298 353299 353300 353301 18 3420 721 3150 442 10 14000 296 80 24 3960 665 3710 485 9.4 16200 292 83 36 3850 417 3630 628 7.62 18000 207 87 48 3560 276 3340 722 5.97 16600 131 88 60 3570 221 3360 758 5.01 16700 106 89 70 3340 171 3130 796 4.19 15500 78.6 89 70 3090 153 2880 809 3.93 14100 66.1 89 70 2610 120 2410 865 3.54 12600 49.7 89 0.0609 0.0226 47.5 201 0.258 3.74 1380 0.0821 0.0308 55.4 172 0.256 3.46 1290 0.174 0.076 87 110 0.22 3.18 1380 0.365 0.161 127 75.4 0.218 3.05 1340 0.568 0.251 158 60.4 0.217 3 1320 0.891 0.393 198 48.3 0.218 2.97 1310 1.06 0.458 214 44.7 0.222 2.97 1280 1.41 0.643 253 37.7 0.21 2.94 1340 Motor Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Values at nominal voltage Nominal voltage V No load speed rpm No load current mA Nominal speed rpm Nominal torque (max. continuous torque) mNm Nominal current (max. continuous current) A Stall torque mNm Starting current A Max. efficiency % Characteristics Terminal resistance Ω Terminal inductance mH Torque constant mNm/A Speed constant rpm/V Speed / torque gradient rpm/mNm Mechanical time constant ms Rotor inertia gcm2 Specifications 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 Operating Range Comments Thermal data n [rpm] Thermal resistance housing-ambient 1.3 K/W Thermal resistance winding-housing 1.9 K/W 6000 Thermal time constant winding 123 s Thermal time constant motor 960 s 4500 Ambient temperature -30…+100°C Max. permissible winding temperature +125°C 250 353297 3000 Mechanical data (preloaded ball bearings) Max. permissible speed 5500 rpm Axial play at axial load < 25 N 0 mm > 25 N 0.1 mm Radial play preloaded Max. axial load (dynamic) 70 N Max. force for press fits (static) 420 N (static, shaft supported) 12000 N Max. radial loading, 15 mm from flange 350 N Other specifications 29 Number of pole pairs 30 Number of commutator segments 31 Weight of motor 2 26 2100 g Continuous operation In observation of above listed thermal resistance (lines 17 and 18) the maximum permissible winding temperature will be reached during continuous operation at 25°C ambient. = Thermal limit. Short term operation The motor may be briefly overloaded (recurring). 1500 150 1.5 300 3.0 450 600 4.5 maxon Modular System 750 6.0 Assigned power rating Overview on page 20 - 25 Planetary Gearhead ∅81 mm 20 - 120 Nm Page 276 Values listed in the table are nominal. Explanation of the figures on page 71. Industrial version with radial shaft seal ring (resulting in increased no-load current) Recommended Electronics: ESCON 50/5 Page 321 ESCON Module 50/5 321 ESCON 70/10 321 EPOS2 50/5 331 EPOS2 70/10 331 EPOS3 70/10 EtherCAT 337 Notes 22 June 2013 edition / subject to change 1306_DC_motor.indd 107 Encoder HEDS 5540 500 CPT, 3 channels Page 306 Encoder HEDL 5540 500 CPT, 3 channels Page 308 Industrial Version IP54 Encoder HEDL 9140 Page 311 Brake AB 44 Page 352 End cap Page 353 maxon DC motor 107 12.06.2013 15:56:48 Spécifications Caractéristiques techniques 2 Spécifications 2.1 Caractéristiques techniques Annexe 2 ESCON 70/10 (422969) Caractéristiques électriques Entrées et sorties Tension de sortie Potentiomètre Raccords moteur Interface Tension nominale de service +VCC 10…70 VDC Tension de service absolue +VCC min / +VCC max 8 VDC / 76 VDC Tension de sortie (max.) 0,98 x +VCC Courant de sortie Icont / Imax (<20 s) 10 A / 30 A Fréquence de modulation de largeur d'impulsion 53,6 kHz Fréquence d'échantillonnage régulateur de courant PI 53,6 kHz Fréquence d'échantillonnage régulateur de vitesse PI 5,36 kHz Rendement maximum 98% Vitesse max. moteur DC limitée par la vitesse maximum admise (moteur) et la tension maximum de sortie (contrôleur) Vitesse max. moteur EC 150 000 tr/min (1 paire de pôles) Self de lissage intégré 3 x 15 μH; 10 A Entrée analogique 1 Entrée analogique 2 résolution 12 bit; –10…+10 V; différentielle Sortie analogique 1 Sortie analogique 2 résolution 12 bit; –4…+4 V; par rapport à GND Entrée numérique 1 Entrée numérique 2 +2,4…+36 VDC (Ri = 38,5 kΩ) Entrée/sortie numérique 3 Entrée/sortie numérique 4 +2,4…+36 VDC (Ri = 38,5 kΩ) / max. 36 VDC (IL <500 mA) Signaux capteur à effet Hall H1, H2, H3 Signaux codeur A, A\, B, B\, (max. 1 MHz) Tension auxiliaire de sortie +5 VDC (IL ≤10 mA) Tension d'alimentation capteur à effet Hall +5 VDC (IL ≤30 mA) Tension d'alimentation codeur +5 VDC (IL ≤70 mA) Potentiomètre P1 (sur circuit imprimé) Potentiomètre P2 (sur circuit imprimé) 240°; linéaire Moteur DC + moteur, – moteur Moteur EC bobinage du moteur 1, bobinage du moteur 2, bobinage du moteur 3 USB 2.0 mode rapide (12 Mbit/s) maxon motor control Servo-contrôleur ESCON Documentation Hardware ESCON 70/10 Réf. document: rel3210 Édition: Mars 2013 © 2013 maxon motor. Sous réserve de modifications. 2-7