इलेक्ट्रॉनिक, ऑप्टिक, कंप्यूटर, निरीक्षण, स्वचालन और लेजर उद्योगों को विविध पोजिशनिंग-सिस्टम विशिष्टताओं की आवश्यकता होती है।कोई भी एक प्रणाली सभी के लिए सही नहीं है.

यह सुनिश्चित करने के लिए कि एक उच्च-सटीकता पोजिशनिंग सिस्टम इष्टतम रूप से काम करता है, सिस्टम को बनाने वाले घटकों - बीयरिंग, स्थिति-माप प्रणाली, मोटर-एंड-ड्राइव सिस्टम, और नियंत्रक - सभी को आवेदन मानदंडों को पूरा करने के लिए यथासंभव एक साथ काम करना चाहिए। .

आधार और असर

इष्टतम सिस्टम कॉन्फ़िगरेशन पर निर्णय लेने के लिए, पहले सिस्टम के यांत्रिक भाग पर विचार करें। रैखिक चरणों के लिए, ये चार सामान्य आधार-और-बेयरिंग डिज़ाइन विकल्प हैं:
• एल्यूमीनियम बेस और बोल्टन बॉल-बेयरिंग तरीकों से स्लाइड।
• स्टील रेल पर चार रीसर्क्युलेटिंग रोलर-बेयरिंग ब्लॉक के साथ एल्यूमीनियम या स्टील बेस और एल्यूमीनियम या स्टील साइड।
• मीहानाइट कास्ट आयरन बेस और इंटीग्रल रोलर-बेयरिंग तरीकों से स्लाइड।
• ग्रेनाइट या कच्चा लोहा स्लाइड और एयर बीयरिंग के साथ ग्रेनाइट गाइड।

एल्युमीनियम मेहेनाइट या स्टील की तुलना में हल्का होता है लेकिन कम कठोर, कम स्थिर, कम धड़कन सहने में सक्षम और कम तनाव प्रतिरोधी होता है। इसके अलावा, एल्यूमीनियम तापमान परिवर्तन के प्रति अधिक संवेदनशील है। कच्चा लोहा एल्यूमीनियम की तुलना में 150% अधिक कठोर होता है और कंपन अवमंदन में 300% बेहतर होता है। स्टील लोहे की तुलना में टिकाऊ और मजबूत होता है। हालाँकि, इसमें लंबे समय तक रिंगिंग होती रहती है, जो तेजी से आगे बढ़ने और व्यवस्थित होने के समय के लिए हानिकारक है।

एयर बेयरिंग के साथ ग्रेनाइट गाइड सबसे कठोर, सबसे टिकाऊ संयोजन प्रदान करते हैं। सबमाइक्रोन रेंज में समतलता और सीधेपन के लिए ग्रेनाइट को पॉलिश किया जा सकता है। ग्रेनाइट टेबल का दोष यह है कि, ग्रेनाइट के द्रव्यमान के कारण, इसमें एक बड़ा स्थान आवरण होता है और इसका वजन स्टील या लौह-आधारित पोजिशनिंग सिस्टम से अधिक होता है। हालाँकि, क्योंकि बीयरिंग और ग्रेनाइट गाइड सतहों के बीच कोई संपर्क नहीं है, इसलिए कोई घिसाव नहीं होता है, और एयर बीयरिंग काफी हद तक स्वयं साफ हो जाते हैं। इसके अलावा, ग्रेनाइट में उत्कृष्ट कंपन अवमंदन विशेषताएँ और थर्मल स्थिरता है।

इसके अलावा, तालिका का डिज़ाइन ही तालिका के समग्र प्रदर्शन में महत्वपूर्ण है। टेबल कई हिस्सों वाली बोल्ट-टुगेदर यूनिट से लेकर साधारण कास्ट बेस और स्लाइड तक कई प्रकार के कॉन्फ़िगरेशन में आती हैं। संपूर्ण तालिका में एक सामग्री का उपयोग आम तौर पर तापमान भिन्नता के लिए अधिक समान प्रतिक्रिया प्रदान करता है, जिससे अधिक सटीक प्रणाली बनती है। रिबिंग जैसी सुविधाएँ नमी प्रदान करती हैं, जो तेजी से व्यवस्थित होने में सक्षम बनाती हैं।

बोल्ट-ऑन तरीकों की तुलना में इंटीग्रल तरीकों का एक फायदा यह है कि लंबे समय के बाद भी, प्रीलोड के तरीकों के समायोजन की आवश्यकता नहीं होती है।

क्रॉस्ड रोलर बीयरिंग में रोलर और रेसवे के बीच लाइन संपर्क होता है, जबकि बॉल बीयरिंग में बॉल और रेसवे के बीच बिंदु संपर्क होता है। इसके परिणामस्वरूप आम तौर पर रोलर बीयरिंगों की गति सुचारू हो जाती है। रोलिंग सतह पर सतह का विरूपण (और घिसाव) कम होता है और संपर्क क्षेत्र बड़ा होता है, इसलिए भार अधिक समान रूप से वितरित होता है। लगभग 150 से 300 न्यूटन/माइक्रोन की उच्च यांत्रिक कठोरता के साथ 4.5 से 14 किलोग्राम/रोलर तक का भार मानक है। नुकसान में लाइन संपर्क से अंतर्निहित घर्षण शामिल है।

छोटा संपर्क क्षेत्र, जो बॉल बेयरिंग के घर्षण को सीमित करता है, हालांकि, इसकी भार क्षमता को भी सीमित करता है। रोलर बेयरिंग का जीवनकाल आम तौर पर बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक होता है। हालाँकि, रोलर बेयरिंग की कीमत अधिक होती है।

एक निर्माता के मानक तालिका आकार में 25 से 1,800-मिमी लंबाई और 100 से 600-मिमी स्लाइड चौड़ाई शामिल है।

एक एयर बेयरिंग कॉन्फ़िगरेशन में लिफ्ट और गाइड बेयरिंग होते हैं जो विपरीत एयर बेयरिंग या मार्गदर्शक सदस्यों में लगे उच्च-बल वाले दुर्लभ-पृथ्वी मैग्नेट द्वारा पहले से लोड किए जाते हैं। यह गैर-संपर्क डिज़ाइन अन्य असर वाले डिज़ाइनों के घर्षण से बचाता है। इसके अलावा, एयर बियरिंग में कोई यांत्रिक घिसाव नहीं होता है। इसके अलावा, एयर बेयरिंग को व्यापक रूप से एक दूसरे से दूर रखा जा सकता है। इस प्रकार, परिणामी ज्यामितीय त्रुटियों का औसत निकाला जाता है, जिससे चाप के 1 सेकंड से कम का कोणीय विचलन और 200 मिमी से अधिक 0.25 माइक्रोन से बेहतर सीधापन उत्पन्न होता है।

संख्यात्मक मान प्रदान करना कठिन है - वे कई कारकों पर निर्भर करते हैं। उदाहरण के लिए, स्थिति सटीकता न केवल बीयरिंग या गाइड पर निर्भर करती है, बल्कि स्थिति मापने वाली प्रणाली और नियंत्रक पर भी निर्भर करती है। पोजिशनिंग सिस्टम में घर्षण न केवल इस बात पर निर्भर करता है कि आपने कौन सा ड्राइव सिस्टम चुना है, बल्कि बीयरिंग समायोजन, टेबल सीलिंग, स्नेहन आदि पर भी निर्भर करता है। इसलिए, जिन सटीक मानों तक पहुंचा जा सकता है, वे बहुत हद तक सभी घटकों के संयोजन पर निर्भर करते हैं, जो बदले में एप्लिकेशन पर निर्भर करता है।

ड्राइव सिस्टम

कई प्रकार की ड्राइव प्रणालियों में से - बेल्ट, रैक-एंड-पिनियन, लीड स्क्रू, प्रिसिजन-ग्राउंड बॉल स्क्रू और लीनियर मोटर - केवल अंतिम दो को अधिकांश उच्च-सटीकता पोजिशनिंग सिस्टम के लिए माना जाता है।

बॉल स्क्रू ड्राइव रिज़ॉल्यूशन, सटीकता और कठोरता विशेषताओं की एक श्रृंखला में आते हैं, और उच्च वेग (250 मिमी/सेकंड से ऊपर) प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, क्योंकि बॉल स्क्रू ड्राइव स्क्रू की महत्वपूर्ण रोटरी गति द्वारा सीमित है, उच्च वेग के लिए कम पिच की आवश्यकता होती है, जिसमें कम यांत्रिक लाभ और उच्च शक्ति वाली मोटर होती है। इसका मतलब आमतौर पर उच्च बस वोल्टेज के साथ उच्च-शक्ति मोटर ड्राइव में बदलना है। बॉल स्क्रू ड्राइव, हालांकि व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं, यांत्रिक प्रतिक्रिया, विंड-अप, पिच चक्रीय त्रुटियों और घर्षण से भी पीड़ित हो सकते हैं। मोटर और ड्राइव को जोड़ने वाले यांत्रिक युग्मन की कठोरता को भी नजरअंदाज कर दिया गया है।

रैखिक सर्वोमोटर के साथ, विद्युत चुम्बकीय बल बिना किसी यांत्रिक कनेक्शन के सीधे गतिमान द्रव्यमान से जुड़ जाता है। कोई यांत्रिक हिस्टैरिसीस या पिच चक्रीय त्रुटि नहीं है। सटीकता पूरी तरह से असर प्रणाली और प्रतिक्रिया नियंत्रण प्रणाली पर निर्भर करती है।

गतिशील कठोरता इंगित करती है कि एक सर्वो प्रणाली आवेग भार के जवाब में कितनी अच्छी तरह स्थिति बनाए रखती है। सामान्य तौर पर, अधिक बैंडविड्थ और उच्च लाभ अधिक गतिशील कठोरता प्रदान करते हैं। इसे मापे गए आवेग भार को विक्षेपण दूरी से विभाजित करके निर्धारित किया जा सकता है:

गतिशील कठोरता = ΔF/ΔX

उच्च कठोरता और उच्च प्राकृतिक आवृत्ति के परिणामस्वरूप कम निपटान समय के साथ उत्कृष्ट सर्वो व्यवहार होता है। स्लाइड स्थिति आदेशों में बदलाव के लिए तुरंत प्रतिक्रिया करती है क्योंकि मोटर और स्लाइड के बीच कोई यांत्रिक संबंध नहीं है। इसके अलावा, चूंकि कोई बॉल स्क्रू "रिंगिंग" नहीं है, इसलिए तेज़ चाल और निपटान का समय प्राप्त किया जा सकता है।

ब्रशलेस लीनियर मोटर में मशीन बेस से जुड़ी एक स्थायी चुंबक असेंबली और स्लाइड से जुड़ी एक कॉइल असेंबली होती है। कॉइल असेंबली और मैग्नेट के बीच लगभग 0.5 मिमी का अंतर बनाए रखा जाता है। दोनों असेंबलियों के बीच कोई भौतिक संपर्क नहीं है।

मूविंग कॉइल असेंबली के मूल में ओवरलैप्ड और इंसुलेटेड कॉपर कॉइल्स की एक श्रृंखला होती है। ये सटीक घाव हैं और तीन चरण के ऑपरेशन के लिए तैयार हैं। इलेक्ट्रॉनिक कम्यूटेशन के लिए हॉल इफेक्ट सेंसर की एक श्रृंखला का उपयोग किया जाता है। कम्यूटेशन इलेक्ट्रॉनिक्स का डिज़ाइन नगण्य बल तरंग के साथ गति प्रदान करता है। क्योंकि कम्यूटेशन यांत्रिक के बजाय इलेक्ट्रॉनिक है, कम्यूटेशन आर्किंग समाप्त हो जाती है।

वे गुण एक रैखिक सर्वोमोटर को उन अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाते हैं जिनमें उच्च त्वरण (मान लीजिए 2.5 मीटर/सेकंड या अधिक), उच्च वेग (मान लीजिए 2 मीटर/सेकंड या अधिक), या सटीक वेग नियंत्रण की आवश्यकता होती है, यहां तक ​​कि बहुत कम गति (जैसे कि केवल कुछ मिमी) के साथ भी /सेकंड). इसके अलावा, ऐसी मोटर को किसी स्नेहन या अन्य रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है और इसमें कोई घिसाव नहीं होता है। किसी भी अन्य मोटर की तरह, गर्मी अपव्यय के कारण निरंतर बल या धारा का आरएमएस मान लंबी अवधि के लिए स्वीकार्य मान से अधिक नहीं होना चाहिए।

आप 25 से 5,000 एन से अधिक की निरंतर ड्राइव फोर्स में रैखिक सर्वोमोटर्स प्राप्त कर सकते हैं। अधिकांश बड़े मोटरों में हवा या पानी ठंडा होता है। उच्च ड्राइव बल प्राप्त करने के लिए एकाधिक रैखिक मोटरों को समानांतर या श्रृंखला व्यवस्था में जोड़ा जा सकता है।

क्योंकि मोटर और स्लाइड के बीच कोई यांत्रिक संबंध नहीं है, इसलिए कोई यांत्रिक कमी नहीं है जैसे कि बॉल स्क्रू के साथ होती है। लोड मोटर पर 1:1 के अनुपात में स्थानांतरित होता है। बॉल स्क्रू ड्राइव के साथ, मोटर की स्लाइड पर लोड जड़ता कटौती अनुपात के वर्ग से कम हो जाती है। यह रैखिक मोटर ड्राइव को बार-बार लोड परिवर्तन वाले अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त बनाता है जब तक कि आप एक नियंत्रक नहीं चुनते हैं जिसे आप प्रभावी सर्वो मुआवजा प्राप्त करने के लिए अलग-अलग लोड के अनुरूप मोटर नियंत्रण पैरामीटर के विभिन्न सेटों के साथ प्रोग्राम कर सकते हैं।

कई ऊर्ध्वाधर अनुप्रयोगों के लिए, एक बॉल स्क्रू आसान और अधिक लागत प्रभावी है - गुरुत्वाकर्षण को ऑफसेट करने के लिए रैखिक मोटर को लगातार सक्रिय किया जाना चाहिए। इसके अलावा, बिजली बंद होने पर एक इलेक्ट्रोमैकेनिकल ब्रेक टेबल की स्थिति को लॉक कर सकता है। हालाँकि, आप एक लीनियर मोटर का उपयोग कर सकते हैं, यदि आप मोटर को ऑफसेट करते हैं और स्प्रिंग, काउंटरवेट या एयर सिलेंडर के साथ वजन लोड करते हैं।

प्रारंभिक लागत में, लीनियर मोटर ड्राइव और बॉल स्क्रू ड्राइव के बीच थोड़ा अंतर होता है जिसमें मोटर, कपलिंग, बियरिंग्स, बियरिंग ब्लॉक और बॉल स्क्रू शामिल होते हैं। सामान्य तौर पर, ब्रश प्रकार की रैखिक मोटर बॉल स्क्रू ड्राइव की तुलना में थोड़ी सस्ती होती है, और ब्रशलेस संस्करण आमतौर पर कुछ अधिक महंगे होते हैं।

शुरुआती लागत के अलावा और भी बहुत कुछ है जिस पर विचार करना बाकी है। अधिक यथार्थवादी तुलना में श्रम सहित रखरखाव, विश्वसनीयता, स्थायित्व और प्रतिस्थापन लागत शामिल है। यहां, लीनियर मोटर अच्छा प्रदर्शन करती है।

भाग 2 में स्थिति-माप प्रणाली को कवर किया जाएगा।