किफायती मिसअलाइनमेंट-क्षतिपूर्ति तकनीकें बियरिंग ओवरलोड और समयपूर्व गैंट्री विफलता को रोकती हैं

गैन्ट्री संरेखण उपकरण

जब पोजिशनिंग-सिस्टम निर्माता गैन्ट्री सिस्टम का निर्माण करते हैं, तो वे आमतौर पर असेंबली प्रक्रिया के दौरान विशेष संरेखण उपकरणों का उपयोग करते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे बल, परिशुद्धता और जीवन विनिर्देशों को पूरा करते हैं।

लेजर इंटरफेरोमीटर का इस्तेमाल अक्सर मशीनों को माइक्रोन और आर्क सेकंड के क्रम में सटीकता से संरेखित करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, रेनिशॉ का एक लेजर इंटरफेरोमीटर गैंट्री रेल की समतलता, सीधापन और चौकोरपन को संरेखित करने में मदद करता है।

अन्य उपकरण, जैसे कि हैमर से संरेखण लेजर, अंतरिक्ष में परिशुद्धता संदर्भ विमानों के रूप में घूर्णनशील लेजर बीम का उपयोग करते हैं, जिसमें चलती स्लाइड पर सेंसर लगाए जाते हैं। रेल-लेवलिंग स्क्रू को समायोजित करना, या रेल के नीचे शिमिंग करना, रेल या स्टेज को वांछित अभिविन्यास में लाता है। मशीन की सटीकता के स्तर, आकार और विन्यास के आधार पर रेल को उच्च परिशुद्धता तक समतल करने में कई दिन या सप्ताह लग सकते हैं।

कम सटीकता संरेखण आवश्यकताओं के लिए, विभिन्न यांत्रिक घटकों का उपयोग किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनिक लेवलर, डायल इंडिकेटर, सीधे किनारे और समानांतर बीम शामिल हैं। इनके साथ, तकनीशियन मास्टर रेल को एक सटीक माउंटिंग सतह या सीधे किनारे के खिलाफ डायल इंडिकेटर के साथ संरेखित करते हैं। एक रेल को उसकी आवश्यक परिशुद्धता तक कसने के बाद, एक स्लाइड को निर्देशित किया जाता है जबकि दूसरी फ़्लोटिंग रेल के बोल्ट को डायल इंडिकेटर या गाइडिंग स्लाइड का उपयोग करके कस दिया जाता है।

संरेखण विधि चाहे जो भी हो, यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि अवशिष्ट असंरेखण से स्टेज रेल पर बल न लगे, जिसके परिणामस्वरूप अल्प जीवन या विनाशकारी विफलता हो सकती है।

गैन्ट्री सिस्टम, जिन्हें कभी-कभी कार्टेशियन रोबोट के रूप में संदर्भित किया जाता है, स्वचालित स्थानांतरण लाइनों के लिए आदर्श पोजिशनिंग सिस्टम हैं। इस प्रकार की विनिर्माण प्रक्रिया में, एक सतत या अनुक्रमण कन्वेयर भागों को एक गैन्ट्री स्टेशन से दूसरे में स्थानांतरित करता है। कन्वेयर लाइन के साथ प्रत्येक गैन्ट्री स्टेशन मशीनिंग, ग्लूइंग, असेंबलिंग, निरीक्षण, प्रिंटिंग या पैकेजिंग जैसे विनिर्माण कार्यों को करने के लिए एक भाग के संबंध में एक उपकरण का उपयोग करता है। गैन्ट्री का उपयोग आमतौर पर स्वचालित स्थानांतरण लाइनों पर उत्पादों की स्थिति के लिए किया जाता है।

स्पष्ट रूप से, डाउनटाइम को कम करने के लिए ट्रांसफ़र-लाइन ऑपरेशन में प्रत्येक मशीन की विश्वसनीयता बहुत अधिक होनी चाहिए, क्योंकि एक मशीन में डाउनटाइम पूरे ट्रांसफ़र लाइन को एक महंगी रुकावट में ला सकता है। इसके अलावा, गैंट्री में कई महत्वपूर्ण तत्व शामिल होते हैं, जैसे कि नियंत्रक, एम्पलीफायर, मोटर, कपलिंग, एक्ट्यूएटर (जैसे बॉलस्क्रू, बेल्ट या लीनियर मोटर), रेल, स्लाइड, बेस, स्टॉप, एनकोडर और केबल। संपूर्ण गैंट्री सिस्टम की विश्वसनीयता सभी घटकों की विश्वसनीयता का सांख्यिकीय योग है।

उच्च सिस्टम विश्वसनीयता के लिए, प्रत्येक घटक का आकार इस तरह से होना चाहिए कि यह सुनिश्चित हो सके कि संचालन के दौरान उसका भार उसके निर्धारित मानों से अधिक न हो। जबकि प्रत्येक घटक का आकार निर्धारित करना एक सीधा इंजीनियरिंग कार्य हो सकता है, जैसा कि घटक निर्माता द्वारा अनुशंसित किया जाता है, रैखिक-रेल विफलता मोड कुछ हद तक अधिक जटिल हैं। वे भार वहन करने की क्षमता, आकार और परिशुद्धता के अलावा, अंतरिक्ष में उनके सटीक अभिविन्यास पर निर्भर करते हैं।

मिसलिग्न्मेंट समस्याएँ

लगभग हर लीनियर-रेल निर्माता इस बात से सहमत है कि मिसअलाइनमेंट समस्याओं का कारण बनता है। लीनियर बियरिंग्स की समय से पहले विफलता में योगदान देने वाले सभी कारकों में से मिसअलाइनमेंट सूची में सबसे ऊपर है।

यह वर्गीकृत रेल मिसलिग्न्मेंट विफलताएं हैं जिनमें शामिल हैं:fझीलरेल की सतह से सामग्री को हटाना;घिसाव: अत्यधिक घर्षण के परिणाम;खरोज: गेंदें रेल को ख़राब कर देती हैं; औरक्षतिग्रस्त भागरेल के खांचों से गेंदें गिरने के कारण विकृत रेल।

रेल के गलत संरेखण के सामान्य मूल कारणों में रैखिक रेल की समतलता, सीधापन, समांतरता और सहसमतलता की कमी शामिल है। इन कारणों को उचित संयोजन और संरेखण तकनीकों द्वारा कम किया जा सकता है या समाप्त किया जा सकता है, जो बदले में, रेल अधिभार को कम करता है। रैखिक-रेल विफलता के अन्य मूल कारणों में अपर्याप्त स्नेहन और विदेशी कणों का प्रवेश शामिल है, जिन्हें उचित सीलिंग और आवधिक स्नेहन के माध्यम से कम किया जा सकता है। महत्वपूर्ण होते हुए भी, वे इस लेख के दायरे से बाहर हैं।

संरेखण मूल बातें

गैन्ट्री रेल में आम तौर पर रीसर्क्युलेटिंग बॉल बेयरिंग शामिल होते हैं जो उच्च कठोरता प्रदान करने के लिए उनके रनिंग ग्रूव में पहले से लोड होते हैं। उच्च कठोरता और कम गतिमान द्रव्यमान महत्वपूर्ण गैन्ट्री विशेषताएँ हैं, क्योंकि वे सबसे कम सिस्टम प्राकृतिक आवृत्ति को परिभाषित करते हैं। उच्च प्राकृतिक आवृत्ति, 150 हर्ट्ज के क्रम पर, उच्च स्थिति बैंडविड्थ के लिए आवश्यक है। उच्च गतिशील सटीकता के लिए 40 हर्ट्ज के क्रम पर उच्च स्थिति बैंडविड्थ की आवश्यकता होती है। उच्च गतिशील सटीकता, जैसे कि कुछ माइक्रोन की स्थिति त्रुटि के साथ निरंतर वेग, या कम सेटलमेंट समय, कुछ मिलीसेकंड से लेकर सबमाइक्रोन सेटलमेंट विंडो के क्रम पर, क्रमशः उच्च भाग गुणवत्ता और उच्च थ्रूपुट के लिए आवश्यक हैं। ये प्रदर्शन विशेषताएँ आमतौर पर पीसीबी निरीक्षण, इंकजेट प्रिंटिंग और लेजर स्क्राइबिंग जैसी प्रक्रियाओं में उच्च त्वरण और चिकनी गति के परस्पर विरोधी प्रभावों के तहत आवश्यक होती हैं।

उच्च गैन्ट्री कठोरता सुनिश्चित करने के लिए - लगभग 100 N/µm - बियरिंग को पहले से लोड किया जाता है। हालाँकि, 10 माइक्रोन के क्रम में दो गैन्ट्री पक्षों के बीच कोई भी गलत संरेखण, या तो ऊर्ध्वाधर (समतलता) या क्षैतिज (सीधापन) अभिविन्यास में, नाटकीय रूप से बियरिंग लोड को बढ़ा सकता है। बदले में, बियरिंग खांचे से बाहर गिरने वाली गेंदों या रेल में गहरे इंडेंटेशन के कारण भयावह विफलता हो सकती है। छोटे बियरिंग विरूपण अभी भी बियरिंग जीवन को काफी हद तक कम कर सकते हैं।

लंबी यात्रा लंबाई (लगभग 1 से 3 मीटर) पर 10 माइक्रोन की सटीकता के साथ रैखिक रेल को संरेखित करने के लिए लेजर इंटरफेरोमीटर और विशेष फिक्स्चर जैसे महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है। ये उपकरण आम अंतिम उपयोगकर्ता या सिस्टम इंटीग्रेटर के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं हो सकते हैं। इन उपकरणों के बिना, रेल का गलत संरेखण कम सिस्टम विश्वसनीयता, उच्च रखरखाव लागत, डाउनटाइम और कम सिस्टम जीवन का मूल कारण हो सकता है।

सौभाग्य से, ऐसे कई क्षेत्र-सिद्ध मिसअलाइनमेंट क्षतिपूर्ति विकल्प हैं जिनके लिए व्यापक संरेखण उपकरणों की आवश्यकता नहीं हो सकती है, फिर भी रेल मिसअलाइनमेंट के संभावित कठोर प्रभावों को कम करके उच्च मूल्य प्रदान करते हैं। ये मिसअलाइनमेंट क्षतिपूर्ति उपकरण गैंट्री फ्रेम के अभिन्न अंग बन जाते हैं और विभिन्न गैंट्री रेल माउंटिंग और एक्सिस-ड्राइव कॉन्फ़िगरेशन में बियरिंग ओवरलोड को रोकने के लिए आवश्यक डिग्री की स्वतंत्रता प्रदान करते हैं।

मिसअलाइनमेंट की गतिकी

यह समझने के लिए कि मिसअलाइनमेंट कम्पेसाटर कैसे काम करता है, किसी को कम्पेसाटर की गतिज विशेषताओं को उसके गैन्ट्री सिस्टम के हिस्से के रूप में समझना चाहिए। उदाहरण के लिए, साथ में दिया गया 3D गैन्ट्री आरेख चार सपोर्ट दिखाता है। स्टेज X के आधार₁(जुड़ा लिंक 10) और एक्स₂(लिंक 1) को एक दूसरे के साथ-साथ समतलता और समानांतरता के संबंध में पिच, यॉ और रोल में अतिरंजित रूप से गलत तरीके से दिखाया गया है। मान लें कि बायाँ X₁गाड़ी (9) मोटर चालित मास्टर है, और इसमें एक गोलाकार जोड़ (j) है जो Y स्टेज (4) को सहारा देता है। विपरीत मोटर चालित दायाँ X₂स्टेज (3) में एक गोलाकार जोड़ (बी) और एक रैखिक स्लाइड जोड़ (सी) है जो वाई स्टेज को सहारा देता है। अन्य एक्स कैरिज (7 और 6) आइडलर हैं और एक गोलाकार जोड़ और एक रैखिक स्लाइड द्वारा वाई स्टेज को सहारा देते हैं।

फिर स्वतंत्रता की कुल डिग्री की गिनती करें और बाधाओं की कुल संख्या घटाएँ, परिणाम 1 डिग्री स्वतंत्रता है। इसका मतलब है कि केवल मास्टर एक्स अक्ष स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ सकता है और अन्य सभी लिंक इसका अनुसरण करेंगे। इस मामले में, यदि कोई अन्य स्वतंत्र मोटर दूसरे एक्स को चलाता है, तो रेल पर अत्यधिक भार पड़ सकता है। यह लंबे Y चरणों के लिए एक अवांछनीय विन्यास है और इसलिए, इंजीनियरों को दूसरे एक्स चरण को पहले एक्स चरण से स्वतंत्र रूप से आगे बढ़ने देने के लिए सुधारात्मक परिवर्तन करने चाहिए।

सिस्टम में स्वतंत्रता की एक और डिग्री जोड़ने का मतलब है, जैसे कि एक्स स्लेव के लिए, जोड़ों में से एक में स्वतंत्रता की एक और डिग्री जोड़ना। इस तरह के विन्यास में एक सामान्य समाधान एक आइडलर स्लाइड को Z दिशा में स्वतंत्रता की एक डिग्री देता है, उदाहरण के लिए, गोलाकार जोड़ों d और स्लाइड जोड़ e के बीच।

परिणाम वाई स्टेज के लिए जोड़ों बी, जे, और आई पर एक किनेमेटिक माउंट होगा, जो बिना किसी बाधा के स्टेज 4 प्लेन के 3 डी ओरिएंटेशन को समायोजित करेगा। हालांकि, केवल तीन कोने बिंदुओं पर स्टेज 4 के समर्थन को रोकने के लिए, सामान्य अभ्यास संयुक्त डी और स्लाइड ई के बीच जेड दिशा में कुछ अनुपालन जोड़ना है ताकि कुछ भार लिया जा सके। कुछ मामलों में लिंक 4 का लचीलापन पर्याप्त हो सकता है; अन्य मामलों में, एक अनुपालन बेलेविल वॉशर का उपयोग किया जा सकता है।

कम्पेसाटर डिजाइन

एकीकृत मिसअलाइनमेंट कम्पेसाटर 2D गैंट्री कॉन्फ़िगरेशन के लिए अभिप्रेत हैं। डिज़ाइन में एक फ्लेक्सचर के चारों ओर दो प्लेटें शामिल हैं जो Y दिशा में एक रैखिक डिग्री की स्वतंत्रता प्रदान करती हैं।

आइए दो मिसअलाइनमेंट-कम्पेसाटर डिज़ाइन की समीक्षा करें। एक 3D गैंट्री कॉन्फ़िगरेशन के लिए एक रैखिक स्लाइडर जोड़ के साथ एक मिश्रित रिवॉल्यूट जोड़ है। दूसरा 2D गैंट्री कॉन्फ़िगरेशन के लिए एक रैखिक फ्लेक्सचर जोड़ के साथ एक एकीकृत रिवॉल्यूट जोड़ है। 2D संस्करण में, मान लें कि गैंट्री रेल X₁और एक्स₂सहसमतलीय हैं।

मिश्रित-जोड़ डिजाइन.कैन-निर्माण प्रक्रिया में गैंट्री अनुप्रयोग पर विचार करें। गैंट्री दो बेल्ट-चालित चरणों का उपयोग करती है जो चार स्लाइडों पर एक मजबूत वेल्डमेंट फ्रेम का समर्थन करते हैं। एक सर्वोमोटर मास्टर-स्लेव कॉन्फ़िगरेशन में प्रत्येक गैंट्री चरण को चलाता है। एक बेल्ट प्रत्येक चरण की एक स्लाइड को चलाता है, और दूसरी स्लाइड एक आइडलर है।

अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा असेंबल किए गए स्टेज में स्टेज की बियरिंग में समय से पहले खराबी आ गई। दो गैंट्री रैखिक चरणों की चार स्लाइडों में चार रैखिक स्लाइडों पर लगे चार आसानी से उपलब्ध मानक गोलाकार जोड़ों को जोड़कर समस्या को ठीक किया गया। पहले चर्चा की गई गैंट्री के विन्यास से मिलान करने के लिए, एक स्लाइड को लॉकिंग प्लेट के साथ "ग्राउंडेड" किया गया था। पुनः डिज़ाइन ने समस्या को पूरी तरह से हल कर दिया।

हालांकि, ऐसे कम्पेसाटर का उपयोग करने का नुकसान यह है कि इससे ऊंचाई में पर्याप्त वृद्धि हो जाती है, जिसके लिए Z चरण में परिवर्तन की आवश्यकता हो सकती है।

एकीकृत-जोड़ों डिजाइन.2D गैंट्री कॉन्फ़िगरेशन में एक एकीकृत मिसअलाइनमेंट कम्पेसाटर का उपयोग किया जा सकता है। डिज़ाइन में दो प्लेट शामिल हैं। एक प्लेट में गैंट्री एक्स स्लाइड के लिए माउंटिंग छेद हैं और दूसरी प्लेट में क्रॉस-एक्सिस वाई स्टेज के आधार पर माउंटिंग छेद हैं। केंद्र में एक बियरिंग दो प्लेटों को जोड़ती है।

इसके अलावा, एक प्लेट में एक फ्लेक्सचर शामिल होता है जो वाई दिशा में एक रैखिक डिग्री की स्वतंत्रता प्रदान करता है। सभी जोड़ों के लिए एक ही घटक का उपयोग करने के लिए, दो बोल्ट का उपयोग फ्लेक्सचर रैखिक डिग्री की स्वतंत्रता को "ग्राउंड" करने के लिए किया जा सकता है और दो प्लेटों के बीच केवल घूर्णी गति की स्वतंत्रता को बनाए रखा जा सकता है। फ्लेक्सचर को थकान सीमा से नीचे अधिकतम विक्षेपण पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

अंत में, 2D गैन्ट्री विन्यास के मामले में, वाई अक्ष के चारों ओर झुकने वाले क्षण में फ्लेक्सचर को लोड होने से रोकने के लिए, चार रिटेनिंग बोल्ट क्षण भार को उठाते हैं।

इस डिजाइन के लाभों में एकीकृत घटक, निम्न प्रोफ़ाइल, कॉम्पैक्ट आकार, तथा 15 मिनट से भी कम समय में मौजूदा गैन्ट्री चरणों में संयोजन की आसानी शामिल है।