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

यह सुनिश्चित करने के लिए कि उच्च-सटीकता वाली स्थिति निर्धारण प्रणाली इष्टतम रूप से काम करे, प्रणाली को बनाने वाले घटकों - बियरिंग्स, स्थिति-मापन प्रणाली, मोटर-और-ड्राइव प्रणाली, और नियंत्रक - को अनुप्रयोग मानदंडों को पूरा करने के लिए यथासंभव एक साथ काम करना चाहिए।

आधार और बियरिंग

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:
• बोल्टन बॉल-बेयरिंग के साथ एल्युमिनियम बेस और स्लाइड।
• एल्युमीनियम या स्टील बेस और एल्युमीनियम या स्टील साइड, स्टील रेल पर चार रीसर्क्युलेटिंग रोलर-बेयरिंग ब्लॉक के साथ।
• मेहेनाइट कच्चा लोहा आधार और स्लाइड अभिन्न रोलर-बेयरिंग के साथ।
• ग्रेनाइट या कच्चा लोहा स्लाइड और एयर बियरिंग के साथ ग्रेनाइट गाइड।

एल्युमिनियम मेहेनाइट या स्टील से हल्का होता है लेकिन कम कठोर, कम स्थिर, कम मार सहने में सक्षम और कम तनाव-प्रतिरोधी होता है। इसके अलावा, एल्युमिनियम तापमान परिवर्तनों के प्रति बहुत अधिक संवेदनशील होता है। कच्चा लोहा एल्युमिनियम की तुलना में 150% अधिक कठोर होता है और कंपन को कम करने में 300% बेहतर होता है। स्टील लोहे की तुलना में टिकाऊ और मजबूत होता है। हालाँकि, यह लंबे समय तक बजता रहता है, जो तेज़ गति और स्थिर होने के समय के लिए हानिकारक है।

एयर बियरिंग वाले ग्रेनाइट गाइड सबसे सख्त, सबसे टिकाऊ संयोजन प्रदान करते हैं। ग्रेनाइट को सबमिक्रॉन रेंज में समतलता और सीधापन के लिए पॉलिश किया जा सकता है। ग्रेनाइट टेबल की कमी यह है कि ग्रेनाइट के द्रव्यमान के कारण, इसमें एक बड़ा स्थान होता है और इसका वजन स्टील या लोहे पर आधारित पोजिशनिंग सिस्टम से अधिक होता है। हालाँकि, चूँकि बियरिंग और ग्रेनाइट गाइड सतहों के बीच कोई संपर्क नहीं होता है, इसलिए कोई घिसाव नहीं होता है, और एयर बियरिंग काफी हद तक खुद ही साफ हो जाती हैं। इसके अलावा, ग्रेनाइट में उत्कृष्ट कंपन भिगोना विशेषताएँ और थर्मल स्थिरता होती है।

इसके अलावा, टेबल का डिज़ाइन टेबल के समग्र प्रदर्शन में महत्वपूर्ण है। टेबल कई तरह के विन्यास में आते हैं, जिसमें कई भागों वाली बोल्ट-टूगेदर यूनिट से लेकर सरल कास्ट बेस और स्लाइड शामिल हैं। टेबल में एक ही सामग्री का उपयोग आम तौर पर तापमान में होने वाले बदलावों के प्रति अधिक समान प्रतिक्रिया प्रदान करता है, जिससे अधिक सटीक प्रणाली बनती है। रिबिंग जैसी विशेषताएं डंपिंग प्रदान करती हैं, जो तेजी से सेटल 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 लिए 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 पॉइंट संपर्क होता है। इससे आम तौर पर रोलर बीयरिंग के लिए चिकनी गति होती है। रोलिंग सतह पर कम सतह विरूपण (और घिसाव) होता है और संपर्क क्षेत्र बड़ा होता है, इसलिए लोड अधिक समान रूप से वितरित होता है। 4.5 से 14 किलोग्राम/रोलर तक का लोड मानक है, साथ ही लगभग 150 से 300 न्यूटन/माइक्रोन की उच्च यांत्रिक कठोरता भी है। नुकसान में लाइन संपर्क से अंतर्निहित घर्षण शामिल है।

हालांकि, बॉल बेयरिंग के घर्षण को सीमित करने वाला छोटा संपर्क क्षेत्र इसकी भार क्षमता को भी सीमित करता है। रोलर बेयरिंग की आयु आमतौर पर बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक होती है। हालांकि, रोलर बेयरिंग की कीमत अधिक होती है।

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

एयर बेयरिंग विन्यास में लिफ्ट और गाइड बेयरिंग होते हैं जो विपरीत एयर बेयरिंग या गाइडिंग सदस्यों में एम्बेडेड उच्च-बल वाले दुर्लभ-पृथ्वी चुंबकों द्वारा प्रीलोड किए जाते हैं। यह गैर-संपर्क डिजाइन अन्य बेयरिंग डिजाइनों के घर्षण से बचाता है। इसके अलावा, एयर बेयरिंग में कोई यांत्रिक घिसाव नहीं होता है। इसके अलावा, एयर बेयरिंग को काफी दूरी पर रखा जा सकता है। इस प्रकार, परिणामी ज्यामितीय त्रुटियों का औसत निकाला जाता है, जिससे 1 सेकंड से कम चाप 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, पोजिशनिंग सटीकता न केवल बीयरिंग या गाइड पर निर्भर करती है, बल्कि पोजिशन-मापन प्रणाली और नियंत्रक पर भी निर्भर करती है। पोजिशनिंग सिस्टम में घर्षण न केवल इस बात पर निर्भर करता है कि आपने कौन सी ड्राइव प्रणाली चुनी है, बल्कि बीयरिंग समायोजन, टेबल सीलिंग, स्नेहन, इत्यादि पर भी निर्भर करता है। इसलिए, जिन सटीक मूल्यों तक पहुंचा जा सकता है, वे सभी घटकों के संयोजन पर बहुत अधिक निर्भर करते हैं, जो बदले में अनुप्रयोग पर निर्भर करता है।

ड्राइव सिस्टम

ड्राइव प्रणालियों के अनेक प्रकारों में से - बेल्ट, रैक-एण्ड-पिनियन, लीड स्क्रू, प्रिसिशन-ग्राउंड बॉल स्क्रू, तथा लीनियर मोटर - केवल अंतिम दो को ही अधिकांश उच्च-सटीकता पोजिशनिंग प्रणालियों के लिए माना जाता है।

बॉल स्क्रू ड्राइव कई तरह के रिज़ॉल्यूशन, सटीकता और कठोरता विशेषताओं में आते हैं, और उच्च वेग (250 मिमी/सेकंड से ऊपर) प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, चूँकि बॉल स्क्रू ड्राइव स्क्रू की महत्वपूर्ण रोटरी गति द्वारा सीमित है, इसलिए उच्च वेग के लिए कम पिच, कम यांत्रिक लाभ और उच्च शक्ति वाली मोटर की आवश्यकता होती है। इसका मतलब आमतौर पर उच्च बस वोल्टेज के साथ उच्च-शक्ति वाली मोटर ड्राइव में बदलना होता है। बॉल स्क्रू ड्राइव, हालांकि व्यापक रूप से उपयोग की जाती हैं, लेकिन यांत्रिक बैकलैश, विंड-अप, पिच चक्रीय त्रुटियाँ और घर्षण से भी ग्रस्त हो सकती हैं। मोटर और ड्राइव को जोड़ने वाले यांत्रिक युग्मन की कठोरता को भी अनदेखा किया जाता है।

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

गतिशील कठोरता यह दर्शाती है कि एक सर्वो सिस्टम आवेग भार के जवाब में कितनी अच्छी तरह से स्थिति बनाए रखता है। सामान्य तौर पर, अधिक बैंडविड्थ और उच्च लाभ अधिक गतिशील कठोरता प्रदान करते हैं। इसे मापा आवेग भार को विक्षेपण दूरी से विभाजित करके मापा जा सकता है:

गतिशील कठोरता = ΔF/ΔX

उच्च कठोरता और उच्च प्राकृतिक आवृत्ति के परिणामस्वरूप कम समय में उत्कृष्ट सर्वो व्यवहार होता है। स्लाइड स्थिति आदेशों में परिवर्तन के लिए तेज़ी से प्रतिक्रिया करती है क्योंकि मोटर और स्लाइड के बीच कोई यांत्रिक संबंध नहीं है। इसके अलावा, क्योंकि कोई बॉल स्क्रू “रिंगिंग” नहीं है, इसलिए तेज़ चाल और सेटलमेंट समय प्राप्त किया जा सकता है।

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

मूविंग कॉइल असेंबली के कोर में ओवरलैप्ड और इंसुलेटेड कॉपर कॉइल की एक श्रृंखला होती है। इन्हें तीन-चरण संचालन के लिए सटीक रूप से घुमाया और पिच किया जाता है। 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 मैकेनिकल के बजाय इलेक्ट्रॉनिक है, इसलिए कम्यूटेशन आर्किंग को समाप्त कर दिया जाता है।

ये गुण रैखिक सर्वोमोटर को उच्च त्वरण (मान लीजिए 2.5 मीटर/सेकंड2 या अधिक), उच्च वेग (मान लीजिए 2 मीटर/सेकंड या अधिक), या सटीक वेग नियंत्रण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों में उपयोगी बनाते हैं, यहां तक ​​कि बहुत कम गति (मान लीजिए सिर्फ़ कुछ मिमी/सेकंड) के साथ भी। 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 rms मान लंबी अवधि के लिए स्वीकार्य मानों से अधिक नहीं होना चाहिए।

आप 25 से 5,000 N से अधिक के निरंतर ड्राइव बलों में रैखिक सर्वोमोटर्स प्राप्त कर सकते हैं। अधिकांश बड़ी मोटरों में वायु या जल शीतलन होता है। उच्च ड्राइव बल प्राप्त करने के लिए कई रैखिक मोटरों को समानांतर या श्रृंखला व्यवस्था में जोड़ा जा सकता है।

चूँकि मोटर और स्लाइड के बीच कोई यांत्रिक संबंध नहीं है, इसलिए बॉल स्क्रू की तरह कोई यांत्रिक कमी नहीं होती है। लोड मोटर में 1:1 के अनुपात में स्थानांतरित होता है। बॉल स्क्रू ड्राइव के साथ, मोटर पर स्लाइड पर लोड जड़त्व कमी अनुपात के वर्ग द्वारा कम हो जाता है। यह रैखिक मोटर ड्राइव को लगातार लोड परिवर्तन वाले अनुप्रयोगों के लिए कम उपयुक्त बनाता है जब तक कि आप एक नियंत्रक नहीं चुनते हैं जिसे आप प्रभावी सर्वो क्षतिपूर्ति प्राप्त करने के लिए विभिन्न लोड के अनुरूप मोटर नियंत्रण मापदंडों के विभिन्न सेटों के साथ प्रोग्राम कर सकते हैं।

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

प्रारंभिक लागत में, रैखिक मोटर ड्राइव और बॉल स्क्रू ड्राइव के बीच बहुत कम अंतर होता है जिसमें मोटर, कपलिंग, बियरिंग, 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 से ज़्यादा विचार करने की ज़रूरत है। ज़्यादा यथार्थवादी तुलना में रखरखाव, विश्वसनीयता, टिकाऊपन और प्रतिस्थापन लागत, जिसमें श्रम भी शामिल है, शामिल है। यहाँ, रैखिक मोटर अच्छा प्रदर्शन करती है।

भाग 2 में स्थिति-मापन प्रणालियों को शामिल किया जाएगा।