Les techniques de compensation de désalignement économique empêchent la surcharge de roulement et la défaillance prématurée du portique

Outils d'alignement de portique

Lorsque les fabricants de systèmes de positionnement construisent un système de portique, ils utilisent généralement des outils d'alignement spéciaux pendant le processus d'assemblage pour s'assurer qu'ils respectent la force, la précision et les spécifications de vie.

Les interféromètres laser sont fréquemment utilisés pour l'alignement des machines sur la précision de l'ordre des microns et des secondes d'arc. Par exemple, un interféromètre laser de Renishaw aide à aligner la planéité, la lisidité et la sensibilisation des rails de ganteurs.

D'autres outils, tels que les lasers d'alignement de Hamar, utilisent des faisceaux laser rotatifs comme plans de référence de précision dans l'espace avec des capteurs placés sur la diapositive mobile. Le réglage des vis de niveau ferroviaire ou le grondement sous les rails apporte le rail ou la scène à l'orientation souhaitée. Le nivellement des rails à haute précision peut prendre des jours ou des semaines en fonction du niveau de précision, de la taille et de la configuration d'une machine.

Pour les exigences d'alignement à faible précision, divers composants mécaniques sont utilisés, y compris les niveleurs électroniques, les indicateurs de cadran, les bords droits et les poutres parallèles. Avec ceux-ci, les techniciens alignent le rail maître avec un indicateur de cadran contre une surface de montage de précision ou un bord droit. Une fois qu'un rail est resserré à sa précision requise, une diapositive est guidée pendant que les boulons du deuxième rail flottant sont serrés, à l'aide d'un indicateur de cadran ou d'une diapositive de guidage.

Quelle que soit la méthode d'alignement, il doit garantir que le désalignement résiduel n'exerce pas les forces sur les rails de scène, ce qui peut entraîner une courte durée de vie ou une défaillance catastrophique.

Les systèmes de portion, parfois appelés robots cartésiens, sont des systèmes de positionnement idéaux pour les lignes de transfert automatisées. Dans ce type de processus de fabrication, un convoyeur continu ou d'indexation transfère des pièces d'une station de portique à une autre. Chaque station de portique le long de la ligne de convoyeur manipule un outil en ce qui concerne une pièce pour effectuer des opérations de fabrication telles que l'usinage, le collage, l'assemblage, l'inspection, l'impression ou l'emballage.Les prêts sont couramment utilisés pour positionner les produits sur des lignes de transfert automatisées.

De toute évidence, la fiabilité de chaque machine dans une opération de transfert doit être extrêmement élevée pour minimiser les temps d'arrêt, car les temps d'arrêt dans une machine peuvent amener la ligne de transfert entière à un arrêt coûteux. De plus, les portiques comprennent de nombreux éléments critiques, tels qu'un contrôleur, un amplificateur, un moteur, un couplage, un actionneur (comme une vis de bille, une courroie ou un moteur linéaire), des rails, une diapositive, une base, des arrêts, un encodeur et des câbles. La fiabilité de l'ensemble du système de portique est la somme statistique de toutes les fiabilité de toutes les composants.

Pour une fiabilité élevée du système, chaque composant doit être dimensionné pour garantir que sa charge pendant le fonctionnement ne dépassera pas ses valeurs nominales. Bien que le dimensionnement de chaque composant puisse être une tâche d'ingénierie simple, comme recommandé par le fabricant du composant, les modes de défaillance du rail linéaire sont un peu plus complexes. Ils dépendent, en plus de la capacité de chargement, de la taille et de la précision, de leur orientation précise dans l'espace.

Problèmes de désalignement

Presque tous les fabricants de rails linéaires conviennent que le désalignement entraîne des problèmes. De tous les facteurs qui contribuent à la défaillance prématurée des roulements linéaires, le désalignement se classe en haut de la liste.

Il s'agit de défaillances de désalignement ferroviaire classifiées qui incluent:flac: le retrait du matériau de la surface du rail;porter: Résultats d'une friction excessive;échancrure: Les balles déforment les rails; etpièces endommagées: Rails déformés dus aux balles tombant des rainures de rail.

Les causes profondes communes du désalignement des rails comprennent le manque de planéité, la rectitude, le parallélisme et la coplanarité des rails linéaires. Ces causes pourraient être minimisées ou éliminées par des techniques appropriées d'assemblage et d'alignement, qui, à leur tour, minimisent la surcharge des rails. D'autres causes profondes de l'insuffisance linéaire du rail comprennent une lubrification et une ingression insuffisantes des particules étrangères, qui peuvent être atténuées bien que scellant et lubrification périodique. Bien qu'important, ils dépassent le cadre de cet article.

Bases d'alignement

Les rails de portique comprennent généralement des roulements à billes de recirculation qui sont préchargés dans leurs rainures de course pour fournir une rigidité élevée. Une rigidité élevée et une masse à faible mouvement sont des caractéristiques critiques du portique, car elles définissent la fréquence naturelle la plus faible du système. Une fréquence naturelle élevée, de l'ordre de 150 Hz, est nécessaire pour la bande passante à haute position. La bande passante de position élevée, de l'ordre de 40 Hz, est requise pour une précision dynamique élevée. Une précision dynamique élevée, comme une vitesse constante avec une erreur de position de quelques microns, ou un faible temps de décantation, de l'ordre de quelques millisecondes à une fenêtre de décantation submicron, sont nécessaires pour une qualité de partie élevée et un débit élevé, respectivement. Ces caractéristiques de performance sont généralement requises sous des effets contradictoires d'une accélération élevée et d'un mouvement fluide dans des processus tels que l'inspection des PCB, l'impression à jet d'encre et le coup de gris laser.

Pour garantir une rigidité élevée du portique - à l'ordre de 100 N / µm - les effectifs sont préchargés. Cependant, tout désalignement entre les deux côtés de portique de l'ordre de 10s de microns, soit dans une orientation verticale (planéité) ou horizontale (lisière), peut augmenter considérablement la charge de roulement. Cela, à son tour, peut entraîner une défaillance catastrophique due aux balles qui tombent des rainures de roulement ou des indentations profondes dans les rails. Des déformations de roulement plus petites peuvent encore réduire considérablement la durée de vie des roulements.

Pour aligner les rails linéaires avec 10 s de précision des microns sur de longues longueurs de voyage (de commande de 1 à 3 mètres) nécessite des outils coûteux tels qu'un interféromètre laser et des luminaires spéciaux. Ces outils peuvent ne pas être facilement disponibles pour l'intégrateur final ou l'intégrateur système typique. Sans ces outils, le désalignement ferroviaire peut être la cause profonde d'une faible fiabilité du système, des coûts de maintenance élevés, des temps d'arrêt et une durée de vie du système court.

Heureusement, il existe diverses options de compensation de désalignement éprouvées sur le terrain qui peuvent ne pas nécessiter d'outils d'alignement étendus, mais offrent une valeur élevée en réduisant les effets potentiellement sévères du désalignement ferroviaire. Ces dispositifs de compensation de désalignement deviennent des parties intégrales du cadre du portique et fournissent les degrés de liberté nécessaires pour empêcher les surcharges de roulement dans diverses montages en train de portique et configurations à entraînement d'axe.

Cinématique du désalignement

Pour comprendre comment fonctionne un compensateur de désalignement, il faut comprendre les caractéristiques cinématiques du compensateur dans le cadre de son système de portique. Par exemple, le diagramme de portique 3D qui l'accompagne montre quatre supports. Les bases des étapes x₁(lien connecté 10) et x₂(Lien 1) sont représentés exagérément mal alignés dans la hauteur, le lacet et le rouleau les uns par rapport aux autres ainsi que dans la planéité et le parallélisme. Supposons la gauche x₁Le chariot (9) est le maître motorisé, et il a une articulation sphérique (j) qui prend en charge l'étape Y (4). L'inverse motorisé à droite x₂L'étape (3) a une articulation sphérique (B) et une joint de diapositive linéaire (C) qui soutiennent l'étape Y. Les autres voitures X (7 et 6) sont des roueurs et soutiennent également le stade Y par une articulation sphérique et une diapositive linéaire.

Ensuite, en comptant le nombre total de degrés de liberté et en soustrayant le nombre total de contraintes, le résultat est 1 degré de liberté. Cela signifie que seul l'axe Master X peut se déplacer indépendamment et que tous les autres liens suivront. Dans ce cas, si un autre moteur indépendant entraîne l'autre X, une charge excessive sur les rails peut en résulter. Il s'agit d'une configuration indésirable pour de longues étapes Y et, par conséquent, les ingénieurs doivent apporter des modifications correctives pour permettre à la deuxième étape X de se déplacer indépendamment de la première étape x.

L'ajout d'un autre degré de liberté au système, comme pour l'esclave X, signifie ajouter un autre degré de liberté à l'une des articulations. Une correction commune dans de telles configurations permet à une diapositive folle d'avoir un degré de liberté dans la direction z, par exemple, entre les articulations sphériques D et le joint de diapositive e.

Le résultat sera un support cinématique pour l'étape Y des articulations B, J et I, pour accueillir l'orientation 3D de l'avion d'étape 4 sans aucune contrainte. Cependant, pour éviter le soutien de l'étape 4 à seulement trois points d'angle, la pratique courante consiste à ajouter une certaine conformité dans la direction Z entre l'articulation D et le diaporama E pour prendre une partie de la charge. Dans certains cas, la flexibilité du lien 4 peut être suffisante; Dans d'autres cas, une laveuse Belleville conforme peut être utilisée.

Conceptions de compensateurs

Les compensateurs de désalignement intégrés sont destinés aux configurations de portières 2D. La conception comprend deux plaques entourant une flexion qui offre un degré linéaire de liberté dans la direction Y.

Passons en revue deux conceptions de composition de désalignement. L'un est un joint révolute composé avec un joint de curseur linéaire, pour une configuration de portique 3D. Le second est un joint révolute intégré avec un joint de flexion linéaire pour une configuration de portique 2D. Dans la version 2D, supposons que les rails de portique x₁et x₂sont coplanaires.

Conception de joints composés.Considérez une application de portique dans un processus de fabrication de canettes. Le portique utilise deux étapes basées sur la courroie qui prennent en charge un cadre de soudure robuste sur quatre diapositives. Un servomoteur entraîne chaque étape de portique dans une configuration maître-esclave. Une ceinture entraîne une diapositive de chaque étape, et l'autre diapositive est un fine.

Les étapes, assemblées par l'utilisateur final, ont connu une défaillance prématurée au roulement de la scène. Le problème a été corrigé en ajoutant quatre joints sphériques standard facilement disponibles montés sur quatre diapositives linéaires aux quatre diapositives des deux étapes linéaires de portique. Pour correspondre à la configuration au portique discuté précédemment, une diapositive a été «mise à la terre» avec une plaque de verrouillage. La refonte a complètement résolu le problème.

L'inconvénient de l'utilisation d'un tel compensateur, cependant, est une augmentation substantielle de la hauteur, qui peut nécessiter des changements dans le stade z.

Conception intégrée-joints.Un compensateur de désalignement intégré peut être utilisé dans les configurations de portières 2D. La conception comprend deux plaques. Une plaque a des trous de montage jusqu'au gardien X glissement et l'autre plaque a des trous de montage à la base de l'étape de l'axe transversal. Un roulement au centre relie les deux plaques.

De plus, une plaque comprend une flexion qui offre un degré linéaire de liberté dans la direction Y. Pour utiliser le même composant pour tous les joints, deux boulons peuvent être utilisés pour «fonder» le degré de liberté linéaire de flexion et ne retenir que la liberté de mouvement de rotation entre les deux plaques. La flexion est conçue pour fonctionner à une déviation maximale sous la limite de fatigue.

Enfin, pour éviter, dans le cas des configurations de portières 2D, de charger la flexion à un moment de flexion autour de l'axe Y, quatre boulons de retenue prennent les charges de moment.

Les avantages de cette conception incluent les composants intégrés, le profil bas, la taille compacte et la facilité d'assemblage aux étapes de portique existantes en moins de 15 minutes.