טכניקות חסכוניות של אי-יישור-פיצוי מונעות עומס יתר של נושאים וכשל בטרם עת

כלי יישור גאנטרי

כאשר יצרני מערכות מיקום בונים מערכת גב, הם בדרך כלל משתמשים בכלי יישור מיוחדים במהלך תהליך ההרכבה כדי להבטיח שהם עומדים במפרטי כוח, דיוק וחיים.

אינטרפרומטרי לייזר משמשים לעתים קרובות ליישור מכונות לפי דיוק בסדר גודל של מיקרונים ושניות קשת. לדוגמה, אינטרפרומטר לייזר מ-Renishaw עוזר ליישר את השטיחות, הישר והריבוע של מסילות הגג.

כלים אחרים, כמו לייזר יישור של חמר, משתמשים בקרני לייזר מסתובבות כמישורי ייחוס מדויקים בחלל עם חיישנים הממוקמים על המגלשה הנעה. התאמת ברגי פילוס מסילה, או שימינג מתחת למסילות, מביאים את המסילה או הבמה לכיוון הרצוי. יישור מסילות לדיוק גבוה עשוי להימשך ימים או שבועות בהתאם לרמת הדיוק, הגודל והתצורה של המכונה.

לדרישות יישור דיוק נמוך יותר, נעשה שימוש ברכיבים מכניים שונים, כולל פלסים אלקטרוניים, מחווני חוגה, קצוות ישרים וקורות מקבילות. בעזרת אלה, הטכנאים מיישרים את מסילת האב עם מחוון חוגה כנגד משטח הרכבה מדויק או קצה ישר. לאחר הידוק מסילה אחת לדיוק הנדרש שלה, מובילה מגלשה לאורכה בזמן שהברגים של המסילה הצפה השנייה מהודקים, באמצעות מחוון חוגה או מגלשה מנחה.

ללא קשר לשיטת היישור, עליה להבטיח ששארית חוסר היישור לא תפעיל כוחות על מסילות הבמה, מה שעלול לגרום לקיצור חיים או לכשל קטסטרופלי.

מערכות גאנטרי, המכונה לפעמים רובוטים קרטזיים, הן מערכות מיקום אידיאליות לקווי העברה אוטומטיים. בתהליך ייצור מסוג זה, מסוע רציף או אינדקס מעביר חלקים מתחנת גב אחד לאחרת. כל תחנת גבונים לאורך קו המסוע מבצעת מניפולציות של כלי ביחס לחלק לביצוע פעולות ייצור כגון עיבוד שבבי, הדבקה, הרכבה, בדיקה, הדפסה או אריזה. בדרך כלל משתמשים בפורטרים למיקום מוצרים בקווי העברה אוטומטיים.

ברור שהאמינות של כל מכונה בפעולת קו העברה חייבת להיות גבוהה במיוחד כדי למזער את זמן ההשבתה, מכיוון שהשבתה במכונה אחת עלולה להביא את קו ההעברה כולו לעצירה יקרה. בנוסף, גונטרים כוללים אלמנטים קריטיים רבים, כגון בקר, מגבר, מנוע, צימוד, מפעיל (כגון בורג כדורי, רצועה או מנוע ליניארי), מסילות, מגלשה, בסיס, מעצורים, מקודד וכבלים. המהימנות של כל מערכת הגאנטרי היא הסכום הסטטיסטי של המהימנות של כל הרכיבים.

לאמינות מערכת גבוהה, כל רכיב חייב להיות בגודל כדי להבטיח שהטעינה שלו במהלך הפעולה לא תחרוג מהערכים המדורגים שלו. למרות שגודל כל רכיב עשוי להיות משימה הנדסית פשוטה, כפי שהומלץ על ידי יצרן הרכיבים, מצבי הכשל של המסילה ליניארית הם קצת יותר מורכבים. הם תלויים, בנוסף ליכולת נשיאת עומס, גודל ודיוק, בכיוון המדויק שלהם במרחב.

בעיות חוסר התאמה

כמעט כל יצרן מסילות ליניארי מסכים שחוסר יישור מוביל לבעיות. מכל הגורמים שתורמים לכשל בטרם עת של מיסבים ליניאריים, חוסר היישור נמצא קרוב לראש הרשימה.

מדובר בכשלים מסווגים באי יישור מסילה הכוללים:fלאקינג: הסרת חומר ממשטח המסילה;לִלבּוֹשׁ: תוצאות של חיכוך מוגזם;הֲזָחָה: כדורים מעוותים את המסילות; וחלקים פגומים: מסילות מעוותות עקב נפילת כדורים מחריצי המסילה.

גורמי שורש נפוצים לאי-יישור מסילה כוללים חוסר שטוחות, ישרות, מקביליות ושיתוף-מישוריות של מסילות ליניאריות. ניתן לצמצם או לבטל את הסיבות הללו על ידי טכניקות הרכבה ויישור נכונות, אשר, בתורן, ממזערות את עומס יתר המסילה. גורמים שורשיים נוספים לכשל במסילה ליניארית כוללים שימון לא מספיק וחדירת חלקיקים זרים, אשר ניתן למתן באמצעות איטום נאות ושימון תקופתי. למרות שהם חשובים, הם מחוץ לתחום המאמר הזה.

יסודות היישור

מסילות גג כוללות בדרך כלל מיסבים כדוריים חוזרים שטעונים מראש בחריצי הריצה שלהם כדי לספק קשיחות גבוהה. קשיחות גבוהה ומסה בתנועה נמוכה הם מאפיינים קריטיים של גבונים, מכיוון שהם מגדירים את התדר הטבעי של המערכת הנמוך ביותר. תדר טבעי גבוה, בסדר גודל של 150 הרץ, נדרש עבור רוחב פס מיקום גבוה. רוחב פס מיקום גבוה, בסדר גודל של 40 הרץ, נדרש לדיוק דינמי גבוה. דיוק דינמי גבוה, כגון מהירות קבועה עם שגיאת מיקום של כמה מיקרונים, או זמן שיקוע נמוך, בסדר גודל של מספר מילי-שניות לחלון שיקוע תת-מיקרון, נדרשים לאיכות חלק גבוהה ותפוקה גבוהה, בהתאמה. מאפייני ביצועים אלו נדרשים בדרך כלל תחת השפעות סותרות של האצה גבוהה ותנועה חלקה בתהליכים כגון בדיקת PCB, הדפסת הזרקת דיו וכרטוט לייזר.

כדי להבטיח קשיחות גבוהה של גבונים - בסדר גודל של 100 N/µm - מיסבים טעונים מראש. עם זאת, כל חוסר יישור בין שני צדדי השער בסדר גודל של 10 שניות של מיקרון, או בכיוון אנכי (שטוח) או אופקי (ישר), עלול להגביר באופן דרמטי את עומס המיסב. זה, בתורו, עלול להוביל לכשל קטסטרופלי עקב כדורים הנושרים מתוך חריצי המיסבים או חריצים עמוקים במסילות. עיוותים קטנים יותר של מיסבים עשויים עדיין להפחית את חיי המיסבים באופן משמעותי.

כדי ליישר מסילות ליניאריות עם דיוק של 10 שניות של מיקרון על פני אורכי נסיעה ארוכים (בסדר של 1 עד 3 מטר) יש צורך בכלים יקרים כגון אינטרפרומטר לייזר ומתקנים מיוחדים. ייתכן שכלים אלה לא יהיו זמינים למשתמש הקצה הטיפוסי או אינטגרטור המערכת. ללא כלים אלה, חוסר יישור מסילה עשוי להיות הגורם העיקרי לאמינות מערכת נמוכה, עלויות תחזוקה גבוהות, זמן השבתה וחיי מערכת קצרים.

למרבה המזל, ישנן אפשרויות שונות לפיצוי חוסר יישור שהוכחו בשטח, שאולי אינן דורשות כלי יישור נרחבים, אך עם זאת מספקות ערך גבוה על ידי צמצום ההשפעות הקשות שעלולות להיות של חוסר יישור מסילה. התקני פיצוי חוסר יישור אלה הופכים לחלקים אינטגרליים של מסגרת הדלת ומספקים את דרגות החופש הדרושות למניעת עומסי מיסבים בהרכבות שונות של מסילות גב ותצורות הנעה בציר.

קינמטיקה של חוסר התאמה

כדי להבין כיצד פועל מפצה חוסר יישור, יש להבין את המאפיינים הקינמטיים של המפצה כחלק ממערכת הגאנטרי שלו. כדוגמה, דיאגרמת הגאנטרי התלת-ממדית הנלווית מציגה ארבעה תומכים. הבסיסים של שלבים X₁(קישור מחובר 10) ו-X₂(קישור 1) מוצגים בצורה שגויה בצורה מוגזמת בגובה הגובה, בפיה ובגלגול זה ביחס לזה, כמו גם בשטיחות ובמקבילות. נניח את ה-X השמאלי₁הכרכרה (9) היא המאסטר הממונע, ויש לה מפרק כדורי (j) התומך בשלב Y (4). ההפך ממונע X₂לשלב (3) יש מפרק כדורי אחד (ב) ומפרק החלקה ליניארי אחד (c) התומכים בשלב Y. שאר קרונות ה-X (7 ו-6) הם בטלנים וגם תומכים בשלב ה-Y על ידי מפרק כדורי ומגלשה ליניארית.

לאחר מכן סופרים את המספר הכולל של דרגות החופש והפחתת המספר הכולל של האילוצים, התוצאה היא דרגת חופש אחת. המשמעות היא שרק ציר ה-X הראשי יכול לנוע באופן עצמאי וכל שאר הקישורים יבואו בעקבותיו. במקרה זה, אם מנוע עצמאי אחר מניע את ה-X השני, עלול להיגרם עומס יתר על המסילות. זוהי תצורה לא רצויה עבור שלבי Y ארוכים, ולכן, המהנדסים חייבים לבצע שינויים מתקנים כדי לאפשר לשלב ה-X השני לנוע באופן עצמאי משלב ה-X הראשון.

הוספת דרגת חופש נוספת למערכת, כמו למשל לעבד X, פירושה הוספת דרגת חופש נוספת לאחד המפרקים. תיקון נפוץ בתצורות כאלה מאפשר למגלשה סרק אחת דרגת חופש בכיוון Z, למשל, בין מפרקים כדוריים d למפרק החלקה e.

התוצאה תהיה הרכבה קינמטית לשלב ה-Y במפרקים b, j ו-i, שתתאים לכיוון התלת-ממדי של מישור שלב 4 ללא כל אילוצים. עם זאת, כדי למנוע תמיכה של שלב 4 רק בשלוש נקודות פינות, נוהג מקובל הוא להוסיף התאמה מסוימת בכיוון Z בין מפרק d לשקופית e כדי לקחת חלק מהעומס. במקרים מסוימים הגמישות של קישור 4 עשויה להיות מספקת; במקרים אחרים, ניתן להשתמש במכונת כביסה תואמת Belleville.

עיצובי מפצים

מפצי חוסר יישור משולבים מיועדים לתצורות של דלתות 2D. העיצוב כולל שתי לוחות המקיפים כיפוף המספק דרגת חופש ליניארית בכיוון Y.

הבה נסקור שני עיצובים של מפצה על חוסר יישור. האחד הוא מפרק סיבובי מורכב עם מפרק סליידר ליניארי, לתצורת גב תלת מימדית. השני הוא מפרק סיבובי משולב עם מפרק כיפוף ליניארי לתצורת 2D גאנטרי. בגרסת הדו-ממד, נניח שמסילות הגג X₁ו-X₂הם דו מישוריים.

עיצוב חיבורים מורכבים.שקול יישום משק בית בתהליך ייצור פחיות. השער משתמש בשני שלבים מונעי חגורה התומכים במסגרת ריתוך חזקה על ארבע מגלשות. מנוע סרוו מניע כל שלב של גאנטרי בתצורת מאסטר-עבד. רצועה מניעה מגלשה אחת מכל שלב, והמגלשה השנייה היא סרק.

השלבים, שהורכבו על ידי משתמש הקצה, חוו כשל בטרם עת במיסב הבמה. הבעיה תוקנה על ידי הוספת ארבעה מפרקים כדוריים סטנדרטיים זמינים שמורכבים על ארבע שקופיות ליניאריות לארבעת השקופיות של שני השלבים הליניאריים של הגאנטרי. כדי להתאים את הקונפיגורציה למשקוף שנדון קודם לכן, שקופית אחת הייתה "מקורקעת" עם לוח נעילה. העיצוב מחדש פתר את הבעיה לחלוטין.

החיסרון בשימוש במפצה שכזה, לעומת זאת, הוא עלייה משמעותית בגובה, אשר עשויה לדרוש שינויים בשלב Z.

עיצוב מפרקים משולבים.ניתן להשתמש במפצה משולב של חוסר יישור בתצורות 2D של דלתות. העיצוב כולל שתי צלחות. לצלחת אחת יש חורי הרכבה למגלשת X ולצלחת השנייה יש חורי הרכבה לבסיס שלב ה-Y בציר הרוחב. מיסב במרכז מחבר את שתי הלוחות.

בנוסף, פלטה אחת כוללת כיפוף המספק דרגת חופש ליניארית בכיוון Y. כדי להשתמש באותו רכיב עבור כל המפרקים, ניתן להשתמש בשני ברגים כדי "לקרקע" את דרגת החופש הליניארית לכיפוף ולשמור רק על חופש התנועה הסיבובי בין שתי הלוחות. הכפיפה מתוכננת לפעול בהטיה מרבית מתחת לגבול העייפות.

לבסוף, כדי למנוע, במקרה של תצורות דלתות 2D, להעמיס את הכפיפה ברגע כיפוף סביב ציר ה-Y, ארבעה ברגי שמירה תופסים את רגע העומס.

היתרונות של עיצוב זה כוללים רכיבים משולבים, פרופיל נמוך, גודל קומפקטי וקלות הרכבה לשלבי גב הקיימים תוך פחות מ-15 דקות.