Ja miten sen voi välttää...

Portaalit eroavat muun tyyppisistä moniakselisista järjestelmistä (kuten karteesiset robotit ja XY-taulukot) käyttämällä kahta perusakselia (X) rinnakkain, ja niitä yhdistää kohtisuora (Y) akseli. Vaikka tämä kahden X-akselin järjestely tarjoaa laajan, vakaan jalanjäljen ja mahdollistaa portaalijärjestelmien korkean kuormituskapasiteetin, pitkän matkan ja hyvän jäykkyyden, se voi myös johtaa ilmiöön, jota yleisesti kutsutaan telineeksi.

Aina kun kaksi lineaarista akselia asennetaan ja kytketään rinnakkain, on olemassa vaara, että akselit eivät kulje täydellisessä synkronoinnissa. Toisin sanoen liikkeen aikana yksi X-akselista voi "jäljellä" toisesta, ja johtava akseli yrittää vetää jäljessä olevaa kumppaniaan mukanaan. Kun näin tapahtuu, yhdistävä (Y)-akseli voi mennä vinoon – ei enää kohtisuorassa kahteen X-akseliin nähden. Tilannetta, jossa X- ja Y-akselit menettävät ortogonaalisuuden, kutsutaan räjähdykseksi, ja se voi johtaa sitoutumiseen järjestelmän liikkuessa X-suunnassa sekä mahdollisesti vahingoittaviin voimiin sekä X- että Y-akselilla.

Portaalijärjestelmien telineitä voivat aiheuttaa monet suunnittelu- ja kokoonpanotekijät, mutta yksi vaikuttavimmista tekijöistä on X-akselien käyttötapa. Kun kaksi X-akselia on rinnakkain, suunnittelijat voivat valita, ajavatko kutakin X-akselia itsenäisesti tai ohjaavat toista akselia ja käsittelevät toista "orja-" tai seuraaja-akselina.

Hitaissa sovelluksissa, joissa kahden X-akselin välinen etäisyys on suhteellisen pieni (lyhyt Y-akselin liike), voi olla hyväksyttävää käyttää vain yhtä X-akselia ja antaa toisen X-akselin olla seuraaja ilman käyttömekanismia. Tässä suunnittelussa keskeinen huolenaihe on akselien välisen liitoksen jäykkyys eli toisin sanoen Y-akselin jäykkyys.

Koska käytettävä akseli "vetää" tehokkaasti ei-käyttävää akselia pitkin, jos niiden välinen yhteys taipuu, vääntyy tai muulla tavalla ei-jäykkää, mikä tahansa kitka- tai kuormitusero kahden X-akselin välillä voi välittömästi johtaa halkeamiseen ja sitova. Ja mitä pidempi Y-akseli, sitä vähemmän jäykkä se on. Tästä syystä "ohjattu seuraaja" -järjestelyä suositellaan yleisesti sovelluksiin, joissa X-akselien välinen etäisyys on alle yksi metri.

Kehittyneempi käyttöratkaisu on käyttää erillistä moottoria jokaisella akselilla, jolloin moottorit synkronoidaan isäntä-orja-järjestelyssä ohjaimen kautta. Tässä järjestelyssä mekaanisten käyttölaitteiden liikevirheet on kuitenkin sovitettava täydellisesti (tai lähes täydellisesti) - muuten halkeilua ja sidontaa voivat aiheuttaa pienet poikkeamat kunkin akselin liikkuessa moottorin kierrosta kohti.

Nopeissa, tarkoissa portaalisovelluksissa valitut käyttömekanismit ovat tyypillisesti kuularuuvit ja hammastanko- ja hammaspyöräkäytöt. Molemmat näistä tekniikoista voidaan sovittaa valikoivasti samankaltaisen lineaarisen virheen aikaansaamiseksi jokaiselle akselille, jolloin vältetään virheiden pinoaminen, jota voi esiintyä vertaamattomissa käyttökokoonpanoissa. Koska hihna- ja ketjukäytöissä on korkeusvirheitä, joita on vaikea sovittaa yhteen ja kompensoida, niitä ei yleensä suositella portaalijärjestelmille, kun X-akseleita käytetään itsenäisesti. Toisaalta lineaarimoottorit ovat erinomainen valinta portaalijärjestelmien yhdensuuntaisille akseleille, koska niissä ei ole mekaanista virhettä ja ne voivat tarjota pitkiä ajopituuksia ja suuria nopeuksia.

Toinen ratkaisu – jossain määrin kompromissi edellä kuvattujen kahden vaihtoehdon välillä – on käyttää yhtä moottoria molempien X-akselien ohjaamiseen. Tämä voidaan tehdä kytkemällä moottorikäyttöisen akselin lähtö toisen akselin tuloon etäisyyskytkimen kautta (kutsutaan myös kytkentäakseliksi). Tämä konfiguraatio eliminoi toisen moottorin (ja siihen liittyvän vaadittavan synkronoinnin).

Välikytkimen vääntöjäykkyys on kuitenkin tärkeä. Jos akselien välillä siirretty vääntömomentti aiheuttaa kytkimen "kiertymisen", voi silti esiintyä halkeilua ja jumiutumista. Tämä kokoonpano on usein hyvä vaihtoehto, kun X-akselien välinen etäisyys on yhdestä kolmeen metriä, kun kuormitus- ja nopeusvaatimukset ovat kohtuulliset.

Toinen tekijä, joka voi aiheuttaa telineitä portaalijärjestelmissä, on asennustarkkuuden puute ja yhdensuuntaisuus kahden X-akselin välillä. Aina kun kaksi lineaariohjainta asennetaan ja niitä käytetään rinnakkain, ne vaativat tietyn toleranssin yhdensuuntaisuuden, tasaisuuden ja suoruuden suhteen, jotta toisen tai molempien ohjainten laakerit eivät ylikuormittaisi. Portaalijärjestelmissä, joissa X-akselit ovat yleensä kaukana toisistaan ​​(Y-akselin pitkän matkan vuoksi), X-akselien kiinnitys ja yhdensuuntaisuus muuttuvat vieläkin kriittisemmäksi, kun kulmavirheet vahvistuvat pitkien etäisyyksien aikana.

Erilaiset ohjaustekniikat vaativat vaihtelevan tarkkuuden yhdensuuntaisuuden, tasaisuuden ja suoruuden suhteen. Portaalisovelluksissa paras lineaarinen ohjaustekniikka rinnakkaisille X-akseleille on tyypillisesti se, joka tarjoaa eniten "anteeksiantoa" asennus- ja kohdistusvirheissä, samalla kun se tarjoaa silti vaaditun kantavuuden ja jäykkyyden.

Kierrätyspallo- tai rullaprofiloidut kiskoohjaimet tarjoavat tyypillisesti suurimman kantavuuden ja jäykkyyden kaikista lineaarisista ohjaustekniikoista, mutta rinnakkaisessa konfiguraatiossa käytettäessä ne vaativat erittäin tarkan asennuskorkeuden ja yhdensuuntaisuuden toleransseja kiinnittymisen välttämiseksi. Jotkut valmistajat tarjoavat "itsesuuntautuvia" versioita kierrättävistä kuulalaakereista, jotka pystyvät kompensoimaan joitain kohdistusvirheitä, vaikka jäykkyys ja kantavuus voivat heikentyä.

Toisaalta tarkkuuskiskoilla kulkevat ohjauspyörät vaativat vähemmän tarkkuutta asennuksessa ja kohdistuksessa kuin profiloidut kiskoohjaimet. Ne voidaan asentaa jopa kohtalaisen epätarkille pinnoille aiheuttamatta juoksuongelmia, kuten tärinää ja sidomista, vaikka kahta telaketjua käytettäisiin rinnakkain.

Vaikka kohdistus voidaan tehdä yksinkertaisilla työkaluilla, kuten kellonäytöillä ja johdoilla, portaalijärjestelmien pitkät pituudet tekevät tästä usein epäkäytännöllistä. Lisäksi useiden yhdensuuntaisten ja kohtisuorien akselien kohdistaminen lisää monimutkaisuutta ja lisää aikaa ja työtä eksponentiaalisesti.

Tästä syystä laserinterferometri on usein paras työkalu telineiden akselien välisen suoruuden, tasaisuuden ja ortogonaalisuuden varmistamiseen.