डिजाइन तत्वों की श्रृंखला में पांच कड़ियों की समीक्षा करें जो सटीक संचालन के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण हैं।

किसी रेखीय गति प्रणाली की मजबूती उसके यांत्रिक और विद्युत-यांत्रिक तत्वों की श्रृंखला में सबसे मजबूत कड़ियों पर निर्भर करती है। प्रत्येक घटक और विशेषता (और डिजाइन पर इसके प्रभाव) को समझने से निर्णय लेने में सुधार होता है और अंतिम डिजाइन द्वारा अनुप्रयोग की आवश्यकताओं को पूरी तरह से पूरा करने की संभावना बढ़ जाती है। अंततः, प्रणाली का बैकलैश, सटीकता और अन्य प्रदर्शन पहलू लीडस्क्रू, एंटी-बैकलैश नट, कपलिंग, मोटर और नियंत्रण रणनीति के डिजाइन और निर्माण में निहित तत्वों से जुड़े होते हैं।

डिजाइन के सभी पहलुओं में विशेषज्ञता रखने वाले लीनियर-मोशन आपूर्तिकर्ताओं के साथ काम करना, बेहतरीन डिजाइन प्रदर्शन प्राप्त करने का सबसे अच्छा तरीका है। अंततः, अनुकूलित मोशन कंट्रोल सिस्टम एक उच्च-प्रदर्शन वाली स्पोर्ट्स कार की तरह होते हैं, जिसके सभी तत्व अच्छी तरह से संतुलित होते हैं... जिसके लिए सही आकार का मोटर + सही ट्रांसमिशन + सही टायर + उत्कृष्ट नियंत्रण सुविधाएँ (जैसे एंटीलॉक ब्रेक और ट्रैक्शन कंट्रोल) = उत्कृष्ट प्रदर्शन।

उच्च प्रदर्शन की आवश्यकता वाले डिज़ाइनों के कुछ उदाहरणों पर विचार करें। कुछ प्रकार की 3D प्रिंटिंग में, परत रिज़ॉल्यूशन को प्रति परत 10 µm तक कम किया जा रहा है। चिकित्सा उपकरणों में, वितरण इकाइयों को जीवन रक्षक दवाएँ देनी होती हैं और खुराक को माइक्रोलीटर तक नियंत्रित करना होता है। इसी प्रकार की सटीक सटीकता ऑप्टिकल और स्कैनिंग उपकरणों, सेमीकंडक्टर उद्योग में चिप और वेफर प्रसंस्करण उपकरणों और प्रयोगशाला स्वचालन क्षेत्र में भी देखी जा सकती है।

घटक चयन और एकीकरण के लिए समग्र दृष्टिकोण से निर्मित रैखिक गति डिज़ाइन ही इन लगातार बढ़ती प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा कर सकते हैं। अक्सर इन संरचनाओं के लिए सबसे उपयुक्त समाधान मोटर-चालित स्क्रू और नट होता है जिसमें उपयुक्त नियंत्रण संरचना होती है। इसलिए, आइए इस प्रकार की रैखिक असेंबली में प्रत्येक लिंक के लिए प्रमुख विचारणीय बिंदुओं और प्रदर्शन विशेषताओं पर विचार करें।

लिंक एक: लीडस्क्रू और नट की गुणवत्ता

लीडस्क्रू कई दशकों से विभिन्न रूपों, नट डिज़ाइनों और सामग्रियों के साथ मौजूद हैं। इस दौरान, लीडस्क्रू बनाने वाली मशीनों को ज़्यादातर मैन्युअल रूप से समायोजित किया जाता था, जिससे गुणवत्ता मशीन की क्षमता और ऑपरेटर के कौशल पर निर्भर करती थी। आज भी अधिकांश निर्माता इसी प्रकार के उपकरणों का उपयोग करते हैं, लेकिन आधुनिक स्वचालित प्रक्रियाएं लीडस्क्रू की गुणवत्ता को अगले स्तर तक ले जा रही हैं।

उदाहरण के लिए, इस तरह के ऑपरेशन में रोल-थ्रेडिंग प्रक्रिया के लिए सीएनसी-नियंत्रित इनफीड, तिरछापन समायोजन और दबाव नियंत्रण का उपयोग किया जाता है ताकि लीडस्क्रू थ्रेड के सबसे सुसंगत आकार प्राप्त हो सकें। इन लीडस्क्रू की सतह की फिनिशिंग लगातार चिकनी होती है और सतह पर किसी भी प्रकार के घर्षण से मुक्त होती है जो पॉलिमर नट को नुकसान पहुंचा सकता है... जिससे सिस्टम की अभूतपूर्व सटीकता और जीवनकाल सुनिश्चित होता है।

साथ ही, लीडस्क्रू थ्रेड्स के आकार और रूप का पता लगाने वाली उन्नत मापन और निरीक्षण तकनीकें, बिंदु-दर-बिंदु लीड सटीकता में पारंपरिक मैनुअल विधियों की तुलना में तीन गुना बेहतर परिणाम दिखाती हैं। इससे स्क्रू की पूरी लंबाई में लीड सटीकता लगातार 0.003 इंच/फुट तक बनी रहती है।

किसी वस्तु को अक्ष के अनुदिश एक बिंदु से दूसरे बिंदु तक ले जाने वाले परिवहन अनुप्रयोगों के लिए, प्रत्येक 300 मिलीमीटर या छह इंच पर लीड की सटीकता की जाँच करने की पारंपरिक विधि पर्याप्त है। लेकिन अत्यधिक परिशुद्धता वाले अनुप्रयोगों के लिए, प्रत्येक शाफ्ट थ्रेड की सटीकता महत्वपूर्ण होती है। उपयुक्त थ्रेड ज्यामिति से विचलन को थ्रेड की टेढ़ी-मेढ़ी बनावट कहा जाता है।

नए स्वचालित सीएनसी विनिर्माण उपकरण, प्रक्रियाएं और विस्तृत निरीक्षण विधियां बेहतर नियंत्रण और गुणवत्ता प्रदान करती हैं, जिससे एक व्यक्तिगत थ्रेड के भीतर उच्चतम और निम्नतम बिंदु में काफी बेहतर सब-रोटेशन सटीकता दिखाई देती है - दूसरे शब्दों में, कम विचलन। इससे लीडस्क्रू को एक ही रोटेशन में 1 µm तक सटीक स्थिति बनाए रखने में मदद मिलती है। यह प्रदर्शन का एक विशेष रूप से महत्वपूर्ण मापदंड है, खासकर सेमीकंडक्टर उद्योग के लिए महंगे वेफर्स और चिप्स के प्रसंस्करण और सिरिंज पंप में दवाओं के सटीक वितरण जैसे अनुप्रयोगों में।

थ्रेड रोलिंग के बाद, उन्नत स्क्रू आपूर्तिकर्ता त्रुटियों और रनआउट को कम करने के लिए स्वचालित मशीन से स्क्रू शाफ्ट को सीधा करते हैं, जिससे कंपन, शोर और समय से पहले घिसावट जैसी समस्याएं कम हो जाती हैं। स्क्रू शाफ्ट का सीधा होना अत्यंत महत्वपूर्ण है क्योंकि मोटर के साथ असेंबल करते समय कोई भी त्रुटि स्पष्ट हो जाती है। इसके विपरीत, स्क्रू को सीधा करने की पारंपरिक (मैन्युअल) विधियों से स्क्रू शाफ्ट की ज्यामिति में स्नो-कोन जैसा प्रभाव उत्पन्न हो सकता है - एक या एक से अधिक चाप जो शाफ्ट की लंबी धुरी के चारों ओर घूमते हैं। स्वचालित रूप से सीधा करने और निरीक्षण करने से ये त्रुटियां दूर हो जाती हैं और स्क्रू का प्रदर्शन स्थिर हो जाता है।

लीडस्क्रू के उत्पादन का अंतिम चरण पीटीएफई कोटिंग लगाना है। केवल एक समान चिकनी सतह ही लंबे जीवन और सिस्टम के बेहतर प्रदर्शन को सुनिश्चित करती है। पीटीएफई का असमान अनुप्रयोग (उपयुक्त कोटिंग वातावरण या उपकरण के कारण) गड्ढे, दरारें, बुलबुले, परतें उखड़ने या सतह की खुरदरापन जैसी समस्याओं को जन्म दे सकता है, जिससे नट में समय से पहले घिसाव और असेंबली का जीवनकाल कम हो जाता है।

दूसरा बिंदु: नट और स्क्रू की परस्पर क्रिया

परंपरागत एंटी-बैकलैश नट एक बहु-टुकड़ा डिजाइन का उपयोग करते हैं जिसमें एक कॉइल स्प्रिंग की आवश्यकता होती है जो नट के साथ एक कॉलेट को रैखिक रूप से स्थानांतरित करके उंगलियों को बंद कर देती है और पेंच और नट के बीच फिट को नियंत्रित करती है।

इन डिज़ाइनों की विफलता में योगदान देने वाली समस्याएं स्प्रिंग का अनियमित और परिवर्तनशील बल, नट पर कॉलेट का फिसलना और नट सामग्री के घिसने के कारण दबाव में उतार-चढ़ाव हैं। इसके विपरीत, एक वैकल्पिक नट जिसे स्थिर बल प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, उसमें एक सरलीकृत दो-भाग वाला डिज़ाइन शामिल है जो नट की उंगलियों पर एक रेडियल दिशा में दबाव डालता है, जो नट और स्क्रू के बीच क्लीयरेंस या प्ले को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक दिशा है।

एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट के लिए पारंपरिक कॉइल स्प्रिंग और कॉलेट डिज़ाइन पर विचार करें। यहाँ, एक परिवर्तनीय बल कॉइल स्प्रिंग अक्षीय बल उत्पन्न करता है, जो यांत्रिक हस्तक्षेप के माध्यम से रेडियल बल में परिवर्तित हो जाता है। यह डिज़ाइन उंगलियों पर समान रूप से बल लगाने के लिए इंजेक्शन मोल्डेड घटकों पर निर्भर करता है। बेंचमार्क परीक्षण से पुष्टि होती है कि पहले 1,000 चक्रों में प्रीलोड में नाटकीय परिवर्तन होता है।

इसके विपरीत, कुछ स्थिर बल वाले एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट, लैब ऑटोमेशन ग्राहकों द्वारा FDA परीक्षण में प्रमाणित, पारंपरिक डिज़ाइनों की तुलना में दो से चार गुना बेहतर बैकलैश प्रदर्शन प्रदान करते हैं। स्थिर बल वाला स्प्रिंग डिज़ाइन अक्ष के पूरे जीवनकाल में एकसमान प्री-लोड सुनिश्चित करता है। चिकनाई और बेहतर दक्षता के लिए PTFE युक्त स्व-चिकनाईयुक्त नट सामग्री का उपयोग किया गया है।

निरंतर बल वाले एंटी-बैकलैश लीडस्क्रू नट्स का एक सबसे बड़ा लाभ यह है कि स्प्रिंग और अन्य मापदंडों में समायोजन करके इन्हें किसी भी अनुप्रयोग के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। यह अनुकूलन प्रीलोड, बैकलैश, ड्रैग फोर्स और रनिंग क्लीयरेंस को आवश्यक विशिष्टताओं के अनुरूप बनाने में सहायक होता है। प्रत्येक स्क्रू और नट संयोजन, साथ ही प्रत्येक पूर्ण मोटर और स्क्रू असेंबली, का सत्यापन और अंतिम निरीक्षण के दौरान इन सभी प्रदर्शन विशेषताओं के लिए परीक्षण किया जा सकता है।

तीसरा लिंक: ड्राइव से युग्मित या सीधा कनेक्शन

इस प्रक्रिया की अगली कड़ी यह है कि पेंच मोटर से कैसे जुड़ता है। इसे करने के तीन बुनियादी तरीके हैं।

पहला तरीका सबसे पारंपरिक है, जिसमें स्क्रू और मोटर के बीच एक कपलर लगाया जाता है। मोटर में एक विस्तारित स्टड शाफ्ट होता है। इस डिज़ाइन में कपलर और उससे जुड़े अटैचमेंट हाउसिंग के लिए अधिक जगह की आवश्यकता होती है, और इससे अलाइनमेंट की समस्या भी उत्पन्न हो सकती है। कंपोनेंट्स की संख्या बढ़ने के कारण, सभी को सेंटरलाइन पर रखना अधिक कठिन हो जाता है। यदि एक या अधिक कंपोनेंट्स गोल या संरेखित नहीं हैं, तो इसका परिणाम कैम जैसा प्रभाव हो सकता है जो सिस्टम के प्रदर्शन और जीवनकाल को काफी हद तक प्रभावित करता है।

दूसरी विधि में, पेंच को एक टेपर वाले छेद में डाला जाता है और उसे पीछे से बोल्ट की सहायता से यांत्रिक रूप से कस दिया जाता है। इस प्रकार की असेंबली उन मोटरों में आम है जिन्हें बार-बार रखरखाव की आवश्यकता होती है — और यह खोलने और फिर से जोड़ने का एक त्वरित तरीका है। इसकी कमी यह है कि संरेखण बनाए रखना मुश्किल होता है और इससे स्नो-कोन प्रभाव उत्पन्न हो सकता है जो पेंच की लंबाई के साथ अशुद्धियों को बढ़ा देता है। इसके अलावा, पेंच में यह स्नो-कोन जैसी अस्थिरता घिसाव के बिंदु बनाती है जिससे रखरखाव की आवश्यकता बढ़ सकती है और सिस्टम समय से पहले खराब हो सकता है।

तीसरा तरीका है स्क्रू को मोटर के अंदर खोखले शाफ्ट में सीधे फिट करना और मोटर के पीछे लेजर वेल्डिंग द्वारा स्क्रू को फिक्स करना। यह विधि स्क्रू और मोटर के बीच अधिकतम जुड़ाव सुनिश्चित करती है, जिससे उच्चतम स्तर का सटीक अलाइनमेंट प्राप्त होता है। कुछ मामलों में, वेल्डिंग के स्थान पर औद्योगिक चिपकने वाले पदार्थ का उपयोग किया जा सकता है जो स्क्रू और मोटर के बीच स्थायी बंधन बनाता है। यह असेंबली विधि स्क्रू में न्यूनतम रनआउट प्रदान करके उच्चतम स्तर की सटीकता भी सुनिश्चित करती है, जिससे स्क्रू का जीवनकाल बढ़ता है और रखरखाव की आवश्यकता कम होती है।

लीडस्क्रू, नट और कपलिंग के संरेखण को अनुकूलित करने से संपूर्ण सिस्टम का जीवनकाल बढ़ जाता है। सिस्टम के अन्य तत्वों से तुलना करने के लिए, विभिन्न लीड्स के साथ, विभिन्न अभिविन्यासों में और विभिन्न भारों और गतियों पर परीक्षण किए गए। परिणामों से पता चला है कि यात्रा जीवनकाल मानक L10 बेयरिंग जीवनकाल से 40 गुना अधिक है।

दूसरे शब्दों में, पारंपरिक मोटर और लीडस्क्रू सेटअप में कई घटक शामिल होते हैं जिन्हें असेंबल करना पड़ता है और जिन्हें सही ढंग से संरेखित करना मुश्किल होता है। इनमें ढीलापन और टॉलरेंस का जमाव होता है जो सटीकता को कम करता है और विफलता की संभावना को बढ़ाता है। घटकों की अधिक संख्या से समग्र असेंबली लागत भी बढ़ जाती है। लेकिन एकीकृत हाइब्रिड लीनियर एक्चुएटर सेटअप में लीडस्क्रू को सीधे मोटर के साथ संरेखित और फिक्स किया जाता है - जिससे घटकों की संख्या कम हो जाती है। इससे अधिक मजबूती, सटीकता और विश्वसनीयता मिलती है... साथ ही समग्र डिज़ाइन मूल्य में भी वृद्धि होती है।

चौथा बिंदु: मोटर के प्रकार और डिज़ाइन का चयन

लीनियर एक्चुएटर्स कई मोटर विकल्पों के साथ आते हैं, जिनमें सबसे आम हैं ओपन-लूप स्टेपर, बोर्ड-माउंटेड कंट्रोल या औद्योगिक रूप से निर्मित स्मार्ट स्टेपर का उपयोग करने वाला क्लोज्ड-लूप संस्करण, और अंत में ब्रशलेस डीसी (बीएलडीसी) मोटर। प्रत्येक की अपनी प्रदर्शन क्षमता, गति और भार क्षमता होती है, और लागत, एकीकरण, नियंत्रण आदि के संदर्भ में प्रत्येक के अपने फायदे और नुकसान भी होते हैं, जिन पर हम आगे चर्चा करेंगे।

मोटर की रेखीय गति के प्रदर्शन पर सबसे बड़ा प्रभाव मोटर के आंतरिक डिज़ाइन पर बारीकी से नज़र डालने से ही पता चलता है। सामान्य प्रयोजन वाली मोटरों में बियरिंग और असेंबली को अपनी जगह पर रखने के लिए लहरदार वॉशर का उपयोग किया जाता है। यह आमतौर पर घूर्णी अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त होता है और अक्सर रेखीय अनुप्रयोगों में भी लागू किया जा सकता है। हालांकि, लहरदार वॉशर मोटर के भीतर कुछ लचीलापन प्रदान करते हैं, जिससे अक्षीय या रेखीय गति में थोड़ी सी शिथिलता उत्पन्न हो सकती है, जो रेखीय स्थिति की सटीकता में त्रुटि का कारण बनती है।

इस समस्या को दूर करने के लिए, डिज़ाइन में दो तत्वों में से एक या दोनों को संशोधित किया जा सकता है। असेंबली की थ्रस्ट लोड क्षमता बढ़ाने के लिए बड़े बेयरिंग लगाए जा सकते हैं, और सिस्टम में ढीलापन दूर करने के लिए एक स्पैनर नट जोड़ा जा सकता है और उसे पूर्व निर्धारित टॉर्क विनिर्देश के अनुसार समायोजित किया जा सकता है।

लिंक पांच: नियंत्रण विकल्पों का चयन

इन सभी तत्वों को आपस में जोड़ने वाली अंतिम कड़ी यह है कि भौतिक रैखिक गति को कैसे निर्देशित और नियंत्रित किया जाए। परंपरागत रूप से इसके लिए कई अलग-अलग घटकों की आवश्यकता होती है, जिनमें एक एम्पलीफायर और कंट्रोलर शामिल हैं। प्रत्येक घटक के लिए एक कैबिनेट और उससे संबंधित हार्डवेयर, वायरिंग, एनकोडर और फीडबैक के लिए सेंसर की आवश्यकता होती है। इन सेटअपों को स्थापित करना, समस्याओं का निवारण करना और संचालित करना जटिल और बोझिल हो सकता है।

बाज़ार में आसानी से उपलब्ध स्मार्ट मोटर समाधानों के आने से वायरिंग सरल हो गई है और स्टेप-सर्वो जैसी कार्यक्षमता और नियंत्रण प्राप्त करने के लिए आवश्यक कनेक्टर्स और सेंसरों की संख्या कम हो गई है। इससे कम कंपोनेंट होने के साथ-साथ इंस्टॉलेशन में लगने वाले समय और श्रम की बचत होती है, जिससे लागत में भी कमी आती है। ये मोटरें पहले से असेंबल किए गए औद्योगिक पैकेजों में आती हैं जो बोर्ड और कंट्रोल को IP65 या IP67 रेटिंग के साथ सील करके दुरुपयोग या प्रदूषण से सुरक्षित रखते हैं।

जब किसी एप्लिकेशन को विशिष्ट अनुकूलित सुविधाओं की आवश्यकता होती है, स्थान और आकार को सीमित रखना होता है, या कम लागत एक महत्वपूर्ण कारक होता है, तो कस्टम अनएनकैप्सुलेटेड IP20 मोटर-माउंटेड बोर्ड कंट्रोल एक उपयोगी विकल्प है। यह विशेष रूप से बड़े पैमाने पर उपयोग होने वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है जिन्हें विशिष्ट हाउसिंग या उपकरणों में लगाया जाता है। ऐसे एक्चुएटर्स स्मार्ट मोटर्स के लाभ प्रदान करते हैं (आमतौर पर काफी लागत बचत के साथ) और नियंत्रण सीधे मोटर पर होता है, जिससे मास्टर या पीएलसी के साथ संचार आसान और तेज़ हो जाता है।