وكيف يمكن تجنبها…

تختلف الجسور العملاقة عن الأنواع الأخرى من الأنظمة متعددة المحاور (مثل الروبوتات الديكارتية وجداول XY) باستخدام محورين أساسيين (X) متوازيين، مع محور عمودي (Y) يربطهما. في حين أن هذا الترتيب المزدوج للمحور X يوفر مساحة واسعة ومستقرة ويسمح لأنظمة القنطرية بتوفير سعة تحميل عالية، وأطوال سفر طويلة، وصلابة جيدة، فإنه يمكن أن يؤدي أيضًا إلى ظاهرة يشار إليها عادةً باسم الأرفف.

في أي وقت يتم فيه تركيب محورين خطيين وتوصيلهما بالتوازي، يكون هناك خطر ألا تتحرك المحاور في تزامن مثالي. بمعنى آخر، أثناء الحركة، يمكن أن "يتخلف" أحد محاور X عن الآخر، وسيحاول المحور الأمامي سحب شريكه المتخلف. عندما يحدث هذا، يمكن أن يصبح محور التوصيل (Y) منحرفًا - ولم يعد متعامدًا مع المحورين X. يشار إلى الحالة التي يفقد فيها المحوران X وY التعامد باسم الأرفف، ويمكن أن يؤدي ذلك إلى الارتباط أثناء تحرك النظام في الاتجاه X بالإضافة إلى قوى ضارة محتملة على المحورين X وY.

يمكن أن يكون سبب الأرفف في الأنظمة العملاقة هو مجموعة متنوعة من عوامل التصميم والتجميع، ولكن أحد العوامل الأكثر تأثيرًا هو طريقة قيادة المحاور X. مع وجود محورين X متوازيين، يكون لدى المصممين خيار قيادة كل محور X بشكل مستقل، أو قيادة محور واحد والتعامل مع الآخر كمحور "تابع" أو تابع.

في التطبيقات منخفضة السرعة مع مسافة صغيرة نسبيًا بين المحورين X (ضربة قصيرة للمحور Y)، قد يكون من المقبول قيادة محور X واحد فقط والسماح للمحور X الثاني بأن يكون تابعًا، بدون آلية قيادة. في هذا التصميم، الاهتمام الرئيسي هو صلابة الاتصال بين المحاور - وبعبارة أخرى، صلابة المحور Y.

نظرًا لأن المحور المدفوع "يسحب" بشكل فعال المحور غير المتحرك، إذا كان الاتصال بينهما يعاني من الانحناء أو الالتواء أو أي سلوك غير جامد آخر، فإن أي اختلاف في الاحتكاك أو الحمل بين المحورين X يمكن أن يؤدي على الفور إلى الأرفف و ملزم. وكلما زاد طول المحور Y، أصبح أقل صلابة. ولهذا السبب يوصى عمومًا بترتيب "التابع الموجه" للتطبيقات التي تكون فيها المسافة بين محاور X أقل من متر واحد.

ويتمثل حل القيادة الأكثر تطورًا في استخدام محرك منفصل على كل محور، مع مزامنة المحركات في ترتيب رئيسي وتابع عبر وحدة التحكم. ومع ذلك، في هذا الترتيب، يجب أن تكون أخطاء السفر للمحركات الميكانيكية متطابقة تمامًا (أو شبه مثالية) - وإلا، يمكن أن يحدث الأرفف والربط بسبب انحرافات طفيفة في المسافة التي يقطعها كل محور في كل دورة محرك.

بالنسبة لتطبيقات القنطرية العملاقة عالية السرعة والدقيقة، تكون آليات التشغيل المفضلة عادةً عبارة عن براغي كروية ومحركات الجريدة المسننة والترس. يمكن مطابقة هاتين التقنيتين بشكل انتقائي لتوفير خطأ خطي مماثل على كل محور، وتجنب بعض الأخطاء المتراكمة التي يمكن أن تحدث في مجموعات محركات الأقراص غير المتطابقة. نظرًا لأن محركات الحزام والسلسلة بها أخطاء في درجة الميل يصعب مطابقتها وتعويضها، لا يُنصح بها بشكل عام لأنظمة القنطرية عندما يتم تشغيل المحاور X بشكل مستقل. من ناحية أخرى، تعد المحركات الخطية خيارًا ممتازًا للمحاور المتوازية في أنظمة القنطرية، حيث لا يوجد بها أي خطأ ميكانيكي ويمكن أن توفر أطوال سفر طويلة وسرعات عالية.

الحل الآخر - وهو حل وسط إلى حد ما بين الخيارين الموصوفين أعلاه - هو استخدام محرك واحد لقيادة كلا المحورين X. يمكن القيام بذلك عن طريق توصيل مخرج محور المحرك بمدخل المحور الثاني عبر اقتران المسافة (يُشار إليه أيضًا باسم عمود التوصيل). يلغي هذا التكوين المحرك الثاني (والمزامنة المصاحبة المطلوبة).

ومع ذلك، فإن الصلابة الالتوائية لأداة التوصيل عن بعد مهمة. إذا كان عزم الدوران الذي يتم نقله بين المحاور يتسبب في تعرض أداة التوصيل إلى "اللف"، فلا يزال من الممكن حدوث الأرفف والربط. غالبًا ما يكون هذا التكوين خيارًا جيدًا عندما تكون المسافة بين المحاور X بين متر وثلاثة أمتار، مع متطلبات حمل وسرعة معتدلة.

هناك عامل آخر يمكن أن يسبب الأرفف في أنظمة القنطرية وهو الافتقار إلى دقة التركيب والتوازي بين المحورين X. في أي وقت يتم فيه تركيب موجهين خطيين وتشغيلهما بالتوازي، فإنهما يتطلبان قدرًا معينًا من التسامح في التوازي، والتسطيح، والاستقامة لتجنب التحميل الزائد على المحامل على أحد الموجهين أو كليهما. في الأنظمة العملاقة، حيث تميل محاور X إلى التباعد بعيدًا (بسبب السفر الطويل على المحور Y)، يصبح تركيب وتوازي المحاور X أكثر أهمية، مع تضخيم الأخطاء الزاوية عبر مسافات طويلة.

تتطلب تقنيات التوجيه المختلفة مستويات مختلفة من الدقة للتوازي والتسطيح والاستقامة. في تطبيقات القنطرية، فإن أفضل تقنية توجيه خطي للمحاور X المتوازية هي عادةً تلك التي توفر أكبر قدر من "التسامح" في أخطاء التركيب والمحاذاة مع الاستمرار في توفير سعة التحميل والصلابة المطلوبة.

عادةً ما توفر أدلة السكك الحديدية ذات الشكل الكروي أو الأسطوانة المعاد تدويرها أعلى سعة تحميل وصلابة لجميع تقنيات التوجيه الخطي، ولكن عند استخدامها في تكوين متوازي، فإنها تتطلب ارتفاع تركيب دقيق للغاية وتفاوتات التوازي لتجنب الارتباط. تقدم بعض الشركات المصنعة إصدارات "ذاتية المحاذاة" من محامل الكريات المعاد تدويرها والتي تكون قادرة على تعويض بعض المحاذاة غير الصحيحة، على الرغم من أنه قد يتم تقليل الصلابة وقدرة التحميل.

من ناحية أخرى، تتطلب عجلات التوجيه التي تعمل على مسارات دقيقة دقة أقل في التركيب والمحاذاة من أدلة السكك الحديدية المحددة. ويمكن أيضًا تركيبها على أسطح غير دقيقة إلى حد ما دون التسبب في مشكلات تشغيل مثل التشويش والربط، حتى عند استخدام مسارين بالتوازي.

في حين أنه يمكن إجراء المحاذاة باستخدام أدوات بسيطة مثل مؤشرات الاتصال والأسلاك، إلا أن الأطوال الطويلة المستخدمة في الأنظمة العملاقة غالبًا ما تجعل هذا الأمر غير عملي. بالإضافة إلى ذلك، فإن محاذاة المحاور المتوازية والمتعامدة المتعددة تزيد من التعقيد وتتطلب الوقت والعمل بشكل كبير.

هذا هو السبب في أن مقياس التداخل الليزري غالبًا ما يكون أفضل أداة لضمان الاستقامة والتسطيح والتعامد بين محاور القنطرية.