Taloudelliset kohdistusvirheen kompensointitekniikat estävät laakerien ylikuormituksen ja ennenaikaisen portaalin rikkoutumisen

Gantry Alignment Tools

Kun paikannusjärjestelmien valmistajat rakentavat portaalijärjestelmän, he käyttävät tyypillisesti erityisiä kohdistustyökaluja kokoonpanoprosessin aikana varmistaakseen, että ne täyttävät voiman, tarkkuuden ja käyttöiän vaatimukset.

Laserinterferometrejä käytetään usein koneiden kohdistamiseen mikrometrien ja kaarisekuntien luokkaan. Esimerkiksi Renishaw'n laserinterferometri auttaa kohdistamaan portaalin kiskojen tasaisuuden, suoruuden ja suorakulmaisuuden.

Muut työkalut, kuten Hamarin kohdistuslaserit, käyttävät pyöriviä lasersäteitä tarkkuusvertailutasoina avaruudessa ja anturit on sijoitettu liikkuvalle dialle. Kiskon tasoitusruuveja säätämällä tai kiskojen alle asettamalla kisko tai lava saatetaan haluttuun asentoon. Kiskojen tasoitus suureen tarkkuuteen voi kestää päiviä tai viikkoja riippuen tarkkuustasosta, koosta ja koneen kokoonpanosta.

Matalamman tarkkuuden kohdistusvaatimuksiin käytetään erilaisia ​​mekaanisia komponentteja, mukaan lukien elektroniset tasoittimet, mittakellot, suorat reunat ja yhdensuuntaiset palkit. Näiden avulla teknikot kohdistavat pääkiskon kellonäytön avulla tarkasti kiinnityspintaa tai suoraa reunaa vasten. Kun yksi kisko on kiristetty vaadittuun tarkkuuteen, ohjataan liukua pitkin samalla kun toisen kelluvan kiskon pultit kiristetään kellonäytön tai ohjausluistin avulla.

Kohdistustavasta riippumatta sen on varmistettava, että jäännösvirhe ei kohdista kiskoihin voimia, jotka voivat johtaa lyhyeen käyttöikään tai katastrofaaliseen vikaan.

Gantry-järjestelmät, joita joskus kutsutaan karteeslaisiksi roboteiksi, ovat ihanteellisia paikannusjärjestelmiä automaattisille siirtolinjoille. Tämän tyyppisessä valmistusprosessissa jatkuva tai indeksoiva kuljetin siirtää osia portaaliasemalta toiselle. Jokainen kuljetinlinjan varrella oleva portaaliasema käsittelee työkalua osan suhteen valmistustoimintojen, kuten koneistuksen, liimauksen, kokoonpanon, tarkastuksen, painamisen tai pakkaamisen, suorittamiseksi. Kantareita käytetään yleisesti tuotteiden sijoittamiseen automatisoiduilla siirtolinjoilla.

On selvää, että jokaisen koneen luotettavuuden siirtolinjatoiminnassa on oltava erittäin korkea seisokkien minimoimiseksi, koska yhden koneen seisokit voivat pysäyttää koko siirtolinjan kalliisti. Lisäksi portaalit sisältävät monia kriittisiä elementtejä, kuten ohjaimen, vahvistimen, moottorin, kytkimen, toimilaitteen (kuten kuularuuvin, hihnan tai lineaarimoottorin), kiskot, liukumäet, alustat, pysäyttimet, kooderin ja kaapelit. Koko portaalijärjestelmän luotettavuus on kaikkien komponenttien luotettavuuksien tilastollinen summa.

Järjestelmän korkean luotettavuuden vuoksi jokainen komponentti on mitoitettava siten, että sen kuormitus käytön aikana ei ylitä sen nimellisarvoja. Vaikka kunkin komponentin mitoitus voi olla yksinkertainen suunnittelutehtävä, kuten komponentin valmistaja suosittelee, lineaarisen kiskon vikatilat ovat hieman monimutkaisempia. Ne riippuvat kantokyvyn, koon ja tarkkuuden lisäksi niiden tarkasta suunnasta avaruudessa.

Virheellinen kohdistus ongelmia

Melkein jokainen lineaarikiskovalmistaja on samaa mieltä siitä, että kohdistusvirhe johtaa ongelmiin. Kaikista tekijöistä, jotka vaikuttavat lineaaristen laakerien ennenaikaiseen vikaan, kohdistusvirhe on lähellä listan kärkeä.

Se luokitellaan kiskon suuntausvirheiksi, joihin kuuluvat:flakkaus: materiaalin poistaminen kiskon pinnalta;käyttää: liiallisen kitkan seuraukset;sisennys: pallot muuttavat kiskoja; javaurioituneet osat: vääntyneet kiskot kiskon urista putoavien pallojen takia.

Yleisiä kiskon poikkeamien perussyitä ovat tasaisuuden puute, suoruus, yhdensuuntaisuus ja lineaaristen kiskojen samantasoisuus. Nämä syyt voidaan minimoida tai poistaa asianmukaisilla kokoonpano- ja kohdistustekniikoilla, jotka puolestaan ​​​​minimoivat kiskon ylikuormituksen. Muita lineaarisen kiskon vian perimmäisiä syitä ovat riittämätön voitelu ja vieraiden hiukkasten sisäänpääsy, jota voidaan lieventää asianmukaisella tiivistyksellä ja säännöllisellä voitelulla. Vaikka ne ovat tärkeitä, ne eivät kuulu tämän artikkelin soveltamisalaan.

Tasauksen perusteet

Portaalikiskot sisältävät tyypillisesti kierrättäviä kuulalaakereita, jotka on esikuormitettu niiden kulkuuriin korkean jäykkyyden aikaansaamiseksi. Suuri jäykkyys ja vähän liikkuva massa ovat kriittisiä portaalin ominaisuuksia, koska ne määrittelevät järjestelmän alimman ominaistaajuuden. Korkean paikan kaistanleveydelle vaaditaan korkea luonnollinen taajuus, luokkaa 150 Hz. Korkea sijaintikaistanleveys, luokkaa 40 Hz, tarvitaan korkeaan dynaamiseen tarkkuuteen. Korkea dynaaminen tarkkuus, kuten vakionopeus muutaman mikronin paikkavirheellä tai alhainen asettumisaika, joka on luokkaa muutamasta millisekunnista submikronin asettumisikkunaan, edellyttää korkeaa osien laatua ja korkeaa suorituskykyä, vastaavasti. Näitä suorituskykyominaisuuksia vaaditaan tyypillisesti suuren kiihtyvyyden ja tasaisen liikkeen ristiriitaisissa vaikutuksissa prosesseissa, kuten PCB-tarkastuksessa, mustesuihkutulostuksessa ja laserkirjoituksessa.

Laakerit esikuormitetaan korkean portaalin jäykkyyden varmistamiseksi – luokkaa 100 N/µm. Kuitenkin kaikki portaalin kahden sivun väliset 10 s:n luokkaa olevat poikkeamat joko pystysuorassa (tasaisuus) tai vaakasuorassa (suorassa) suunnassa voivat lisätä laakerikuormitusta dramaattisesti. Tämä puolestaan ​​voi johtaa katastrofaaliseen vaurioon, joka johtuu laakerin urista putoavista palloista tai kiskojen syvyyksistä. Pienemmät laakerien muodonmuutokset voivat silti lyhentää laakerin käyttöikää merkittävästi.

Lineaaristen kiskojen kohdistaminen 10 s:n tarkkuudella pitkillä matkapituuksilla (1-3 metrin luokkaan) vaatii kalliita työkaluja, kuten laserinterferometrin ja erikoiskiinnikkeet. Nämä työkalut eivät välttämättä ole tyypillisen loppukäyttäjän tai järjestelmäintegraattorin saatavilla. Ilman näitä työkaluja kiskon kohdistusvirhe voi olla syy järjestelmän alhaiseen luotettavuuteen, korkeisiin ylläpitokustannuksiin, seisokkeihin ja järjestelmän lyhyeen käyttöikään.

Onneksi on olemassa erilaisia ​​kentällä todistettuja linjausvirheen kompensointivaihtoehtoja, jotka eivät välttämättä vaadi laajoja kohdistustyökaluja, mutta tarjoavat kuitenkin korkean arvon vähentämällä kiskon poikkeaman mahdollisesti ankaria vaikutuksia. Näistä poikkeaman kompensointilaitteista tulee portaalirungon olennaisia ​​osia ja ne tarjoavat tarvittavat vapausasteet laakerien ylikuormituksen estämiseksi erilaisissa portaalikiskokiinnityksissä ja akselikäyttökokoonpanoissa.

Virheen kinematiikka

Ymmärtääkseen, kuinka virhekompensaattori toimii, on ymmärrettävä kompensaattorin kinemaattiset ominaisuudet osana sen portaalijärjestelmää. Esimerkkinä oheisessa 3D-pukkikaaviossa on neljä tukea. Vaiheiden X perusteet₁(yhdistetty linkki 10) ja X₂(linkki 1) näkyvät liioiteltuina väärin kohdistettuina kaltevuuden, poikkeaman ja kallistuksen suhteen suhteessa toisiinsa sekä tasaisuuteen ja yhdensuuntaisuuteen. Oletetaan, että vasen X₁vaunu (9) on moottoroitu isäntä, ja siinä on pallomainen liitos (j), joka tukee Y-astetta (4). Vastakkainen moottoroitu oikea X₂tasossa (3) on yksi pallomainen liitos (b) ja yksi lineaarinen liukuliitos (c), jotka tukevat Y-tasoa. Muut X-vaunut (7 ja 6) ovat välipyöriä ja tukevat myös Y-tasoa palloliitoksella ja lineaarisella luistilla.

Sitten laskemalla vapausasteiden kokonaismäärä ja vähentämällä rajoitusten kokonaismäärä, tuloksena on 1 vapausaste. Tämä tarkoittaa, että vain isäntä-X-akseli voi liikkua itsenäisesti ja kaikki muut linkit seuraavat. Tässä tapauksessa, jos toinen itsenäinen moottori käyttää toista X:ää, kiskoille voi aiheutua liiallinen kuormitus. Tämä on ei-toivottu konfiguraatio pitkille Y-vaiheille, ja siksi insinöörien on tehtävä korjaavia muutoksia, jotta toinen X-aste voi liikkua itsenäisesti ensimmäisestä X-vaiheesta.

Toisen vapausasteen lisääminen järjestelmään, kuten X-orjalle, tarkoittaa toisen vapausasteen lisäämistä yhteen liitoksista. Yleinen korjaus tällaisissa konfiguraatioissa antaa yhdelle rullan luistille tietyn vapausasteen Z-suunnassa, esimerkiksi pallomaisten liitosten d ja liukuliitoksen e välillä.

Tuloksena on kinemaattinen asennus Y-vaiheelle liitoksissa b, j ja i, joka mukautuu vaiheen 4 tason 3D-suuntiin ilman rajoituksia. Kuitenkin, jotta estettäisiin vaiheen 4 tukeminen vain kolmessa kulmapisteessä, yleinen käytäntö on lisätä Z-suunnassa nivelen d ja luistin e välistä yhteensopivuutta kuorman ottamiseksi. Joissakin tapauksissa linkin 4 joustavuus voi olla riittävä; muissa tapauksissa voidaan käyttää yhteensopivaa Belleville-aluslevyä.

Kompensaattorien suunnittelu

Integroidut kohdistusvirheen kompensaattorit on tarkoitettu 2D-laitteisiin. Rakenne sisältää kaksi levyä, jotka ympäröivät taivutusta, joka tarjoaa lineaarisen vapausasteen Y-suunnassa.

Tarkastellaan kahta kohdistusvirheen kompensaattorimallia. Yksi on yhdistetty kiertoliitos lineaarisella liukuliitoksella 3D-pukkikokoonpanoa varten. Toinen on integroitu kääntöliitos, jossa on lineaarinen taivutusliitos 2D-pukkikokoonpanoa varten. Oletetaan 2D-versiossa, että portaalin kiskot X₁ja X₂ovat samassa tasossa.

Yhdistelmäliitokset.Harkitse portaalisovellusta tölkkien valmistusprosessissa. Portaalissa on kaksi hihnakäyttöistä tasoa, jotka tukevat vahvaa hitsausrunkoa neljällä liukumäellä. Servomoottori käyttää kutakin portaalivaihetta isäntä-orja-konfiguraatiossa. Hihna käyttää kummankin vaiheen yhtä liukua, ja toinen liukupyörä on joutopyörä.

Loppukäyttäjän kokoamissa vaiheissa esiintyi ennenaikaista laakerin vikaa. Ongelma korjattiin lisäämällä neljä helposti saatavilla olevaa standardipalloniveltä, jotka oli asennettu neljään lineaariseen luistiin, kahden portaalin lineaarisen vaiheen neljään luistiin. Kokoonpanon sovittamiseksi aiemmin käsiteltyyn portaaliin yksi luisti "maadoitettiin" lukituslevyllä. Uudelleensuunnittelu ratkaisi ongelman täysin.

Tällaisen kompensaattorin käytön haittana on kuitenkin huomattava korkeuden nousu, mikä saattaa edellyttää Z-vaiheen muutoksia.

Integroidut liitokset.Integroitua kohdistusvirheen kompensaattoria voidaan käyttää 2D-pukkikokoonpanoissa. Suunnittelu sisältää kaksi levyä. Yhdessä levyssä on kiinnitysreiät portaalin X-liukukappaleeseen ja toisessa levyssä on kiinnitysreiät poikkiakselin Y-asteen pohjaan. Keskellä oleva laakeri yhdistää kaksi levyä.

Lisäksi yksi levy sisältää taivutuksen, joka tarjoaa lineaarisen vapausasteen Y-suunnassa. Saman komponentin käyttämiseksi kaikissa liitoksissa voidaan käyttää kahta pulttia "maadoittamaan" taivutuksen lineaarisen vapausasteen ja säilyttämään vain pyörimisliikkeen kahden levyn välillä. Taivutus on suunniteltu toimimaan suurimmalla taipumalla, joka on väsymisrajan alapuolella.

Lopuksi, jotta estetään 2D-pukkikonfiguraatioiden tapauksessa taivutusvoiman kuormittaminen taivutusmomentissa Y-akselin ympäri, neljä kiinnityspulttia ottaa vastaan ​​momenttikuormitukset.

Tämän rakenteen etuja ovat integroidut komponentit, matala profiili, kompakti koko ja helppo asentaa olemassa oleviin portaalitasoihin alle 15 minuutissa.