Las técnicas de compensación de desalineación económica evitan la sobrecarga de soporte y la falla de pórtico prematuro

Herramientas de alineación de pórtico

Cuando los fabricantes del sistema de posicionamiento construyen un sistema de pórtico, generalmente utilizan herramientas de alineación especiales durante el proceso de ensamblaje para garantizar que cumplan con la fuerza, la precisión y las especificaciones de la vida.

Los interferómetros láser se usan con frecuencia para la alineación de máquinas a precisión en el orden de micras y segundos de arco. Por ejemplo, un interferómetro láser de Renishaw ayuda a alinear la planitud, la rectitud y la cuadrícula de los rieles de los pórticos.

Otras herramientas, como los láseres de alineación de Hamar, utilizan haces láser rotativos como planos de referencia de precisión en el espacio con sensores colocados en el portaobjetos móviles. Ajustar los tornillos con niveles de riel, o calmar debajo de los rieles, lleva el riel o el escenario a la orientación deseada. La nivelación de rieles a alta precisión puede llevar días o semanas dependiendo del nivel de precisión, el tamaño y la configuración de una máquina.

Para los requisitos de alineación de baja precisión, se utilizan varios componentes mecánicos, incluidos niveladores electrónicos, indicadores de marcación, bordes rectos y vigas paralelas. Con estos, los técnicos alinean el riel maestro con un indicador de dial contra una superficie de montaje de precisión o un borde recto. Después de que un riel se aprieta a su precisión requerida, se guía un portaobjetos mientras los pernos del segundo riel flotante están apretados, utilizando un indicador de dial o un portaobjetos guía.

Independientemente del método de alineación, debe garantizar que la desalineación residual no ejerce fuerzas en los rieles del escenario, lo que puede dar lugar a una vida corta o una falla catastrófica.

Los sistemas de pórtico, a veces denominados robots cartesianos, son sistemas de posicionamiento ideales para líneas de transferencia automatizadas. En este tipo de proceso de fabricación, un transportador continuo o de indexación transfiere piezas de una estación de p; Cada estación de p;

Claramente, la confiabilidad de cada máquina en una operación de línea de transferencia debe ser extremadamente alta para minimizar el tiempo de inactividad, porque el tiempo de inactividad en una máquina puede llevar la línea de transferencia completa a una parada costosa. Además, los pórticos incluyen muchos elementos críticos, como un controlador, amplificador, motor, acoplamiento, actuador (como un tornillo de bolas, correa o motor lineal), rieles, deslizamiento, base, paradas, codificadores y cables. La fiabilidad de todo el sistema de pórtico es la suma estadística de todos los componentes.

Para una alta confiabilidad del sistema, cada componente debe ser dimensionado para garantizar que su carga durante la operación no exceda sus valores calificados. Si bien el tamaño de cada componente puede ser una tarea de ingeniería directa, según lo recomendado por el fabricante de componentes, los modos de falla de riel lineal son algo más complejos. Dependen, además de la capacidad de carga, el tamaño y la precisión, en su orientación precisa en el espacio.

Problemas de desalineación

Casi todos los fabricantes de riel lineal están de acuerdo en que la desalineación conduce a problemas. De todos los factores que contribuyen a la falla prematura de los rodamientos lineales, la desalineación se ubica cerca de la parte superior de la lista.

Se clasifican fallas de desalineación ferroviaria que incluyen:flago: eliminación del material de la superficie del riel;tener puesto: resultados de fricción excesiva;sangría: Las bolas deforman los rieles; ypiezas dañadas: Rails deformados debido a que las bolas se caen de las ranuras del riel.

Las causas raíz comunes de la desalineación ferroviaria incluyen la falta de planitud, rectitud, paralelismo y coplanaridad de rieles lineales. Estas causas podrían minimizarse o eliminarse mediante técnicas de ensamblaje y alineación adecuadas, que, a su vez, minimizan la sobrecarga del riel. Otras causas raíz de la falla lineal del riel incluyen lubricación insuficiente y la inscripción de partículas extrañas, que pueden mitigarse a través del sellado adecuado y la lubricación periódica. Aunque son importantes, están más allá del alcance de este artículo.

Conceptos básicos de alineación

Los rieles de pórtico generalmente incluyen los rodamientos de bolas de recirculación que están precargados en sus surcos de carrera para proporcionar una alta rigidez. La alta rigidez y la masa de bajo movimiento son características críticas de pórtico, ya que definen la frecuencia natural del sistema más baja. Se requiere alta frecuencia natural, del orden de 150 Hz, para el ancho de banda de alta posición. El ancho de banda de alta posición, del orden de 40 Hz, se requiere para una alta precisión dinámica. Se requiere una alta precisión dinámica, como la velocidad constante con unos pocos errores de posición de micras, o bajo tiempo de asentamiento, del orden de unos pocos milisegundos a una ventana de asentamiento submicrométrico, para una alta calidad de pieza y alto rendimiento, respectivamente. Estas características de rendimiento generalmente se requieren bajo efectos conflictivos de la alta aceleración y el movimiento suave en procesos como la inspección de PCB, la impresión de inyección de tinta y el escriba láser.

Para garantizar la alta rigidez del pórtico, en el orden de 100 N/µm, se preceden las cebadas. Sin embargo, cualquier desalineación entre los dos lados de pórtico en orden de 10s de micras, ya sea en orientación vertical (planitud) u horizontal (rectitud), puede aumentar drásticamente la carga de rodamiento. Eso, a su vez, puede conducir a una falla catastrófica debido a que las bolas se caen de las ranuras de rodamiento o sangrías profundas en los rieles. Las deformaciones más pequeñas de los rodamientos aún pueden reducir sustancialmente la vida útil del rodamiento.

Para alinear los rieles lineales con 10s de precisión de micras en largas longitudes de viaje (en orden de 1 a 3 metros) requiere herramientas costosas, como un interferómetro láser y accesorios especiales. Es posible que estas herramientas no estén disponibles para el usuario final o el integrador de sistema típico. Sin estas herramientas, la desalineación ferroviaria puede ser la causa raíz de la baja fiabilidad del sistema, los altos costos de mantenimiento, el tiempo de inactividad y la vida corta del sistema.

Afortunadamente, existen varias opciones de compensación de desalineación de campo que pueden no requerir herramientas de alineación extensas, pero proporcionan un alto valor al reducir los efectos potencialmente duros de la desalineación ferroviaria. Estos dispositivos de compensación de desalineación se convierten en partes integrales del marco de pórtico y proporcionan los grados de libertad necesarios para evitar sobrecargas de soporte en diversas montajes de riel de pórtico y configuraciones de eje-accionamiento.

Cinemática de desalineación

Para comprender cómo funciona un compensador de desalineación, uno debe comprender las características cinemáticas del compensador como parte de su sistema de pórtico. Como ejemplo, el diagrama de pórtico 3D que acompaña muestra cuatro soportes. Las bases de las etapas x₁(enlace conectado 10) y x₂(el enlace 1) se muestran exageradamente desalineados en el tono, el guiñada y el rodillo con respecto a los demás, así como en la planitud y el paralelismo. Suponga la izquierda x₁El carro (9) es el maestro motorizado, y tiene una articulación esférica (j) que admite la etapa Y (4). El opuesto motorista motorizado x₂La etapa (3) tiene una junta esférica (B) y una junta de portaobjetos lineal (c) que admite la etapa Y. Los otros carruajes X (7 y 6) son idlers y también admiten la etapa Y mediante una articulación esférica y una diapositiva lineal.

Luego, contando el número total de grados de libertad y restando el número total de restricciones, el resultado es 1 grado de libertad. Esto significa que solo el eje maestro X puede moverse de forma independiente y seguirán todos los demás enlaces. En este caso, si otro motor independiente conduce la otra X, puede producirse una carga excesiva en los rieles. Esta es una configuración indeseable para etapas Y largas y, por lo tanto, los ingenieros deben hacer cambios correctivos para permitir que la segunda etapa X se mueva de forma independiente desde la primera etapa X.

Agregar otro grado de libertad al sistema, como para el esclavo X, significa agregar otro grado de libertad a una de las articulaciones. Una solución común en tales configuraciones permite que una diapositiva ocurre tenga un grado de libertad en la dirección Z, por ejemplo, entre las juntas esféricas d y la junta de deslizamiento e.

El resultado será un montaje cinemático para la etapa Y en las juntas B, J e I, acomodando la orientación 3D del plano de la Etapa 4 sin ninguna restricción. Sin embargo, para evitar el apoyo de la Etapa 4 en solo tres puntos de esquina, la práctica común es agregar cierto cumplimiento en la dirección Z entre la articulación D y el deslizamiento E para tomar parte de la carga. En algunos casos, la flexibilidad del enlace 4 puede ser suficiente; En otros casos, se puede usar una lavadora Belleville que cumple.

Diseños de compensadores

Los compensadores de desalineación integrados están destinados a configuraciones de pórtico 2D. El diseño incluye dos placas que rodean una flexión que proporciona un grado lineal de libertad en la dirección y.

Revisemos dos diseños de compensador de desalineación. Uno es una junta revoluta compuesta con una junta deslizante lineal, para una configuración de pórtico 3D. La segunda es una junta de revoluciones integrada con una junta de flexión lineal para una configuración de pórtico 2D. En la versión 2D, suponga que los Rails de pórtico X₁y x₂son coplanar.

Diseño de juntas compuestas.Considere una aplicación de pórtico en un proceso de fabricación CAN. El pórtico utiliza dos etapas impulsadas por la correa que admiten un marco de soldadura robusto en cuatro diapositivas. Un servomotor impulsa cada etapa de pórtico en una configuración de esclavo maestro. Un cinturón impulsa un tobogán de cada etapa, y el otro portaobjetos es un ociosco.

Las etapas, reunidas por el usuario final, experimentaron una falla prematura en el rodamiento de la etapa. El problema se corrigió agregando cuatro juntas esféricas estándar fácilmente disponibles montadas en cuatro diapositivas lineales a los cuatro diapositivas de las dos etapas lineales de pórtico. Para que coincida con la configuración con el pórtico discutido anteriormente, una diapositiva estaba "conectada a tierra" con una placa de bloqueo. El rediseño resolvió por completo el problema.

Sin embargo, la desventaja de usar dicho compensador es un aumento sustancial de la altura, lo que puede requerir cambios en la etapa Z.

Diseño de juntas integradas.Se puede usar un compensador de desalineación integrado en configuraciones de pórtico 2D. El diseño incluye dos placas. Una placa tiene agujeros de montaje en el tobogán X de pórtico y la otra placa tiene agujeros de montaje en la base de la etapa de eje cruzado. Un rodamiento en el centro conecta las dos placas.

Además, una placa incluye una flexión que proporciona un grado lineal de libertad en la dirección y. Para usar el mismo componente para todas las juntas, se pueden usar dos pernos para "tierra" el grado de libertad lineal de flexión y retener solo la libertad de movimiento rotacional entre las dos placas. La flexión está diseñada para operar con una deflexión máxima por debajo del límite de fatiga.

Finalmente, para evitar, en el caso de las configuraciones de pórtico 2D, desde cargar la flexión en un momento de flexión alrededor del eje Y, cuatro pernos de retención ocupan las cargas de momento.

Las ventajas de este diseño incluyen componentes integrados, perfil bajo, tamaño compacto y facilidad de ensamblaje para las etapas de pórtico existentes en menos de 15 minutos.