경제적인 오정렬 보상 기술로 베어링 과부하 및 조기 갠트리 고장을 방지합니다.

갠트리 정렬 도구

포지셔닝 시스템 제조업체는 갠트리 시스템을 구축할 때 일반적으로 조립 프로세스 중에 특수 정렬 도구를 사용하여 힘, 정밀도 및 수명 사양을 충족하는지 확인합니다.

레이저 간섭계는 미크론 및 아크초 단위의 정밀도로 기계를 정렬하는 데 자주 사용됩니다. 예를 들어, Renishaw의 레이저 간섭계는 갠트리 레일의 평탄도, 직진도 및 직각도를 정렬하는 데 도움이 됩니다.

Hamar의 정렬 레이저와 같은 다른 도구는 움직이는 슬라이드에 센서가 배치된 공간의 정밀 기준 평면으로 회전 레이저 빔을 사용합니다. 레일 레벨링 나사를 조정하거나 레일 아래에 끼우면 레일이나 스테이지가 원하는 방향으로 이동됩니다. 레일을 고정밀도로 레벨링하는 작업은 기계의 정확도 수준, 크기 및 구성에 따라 며칠 또는 몇 주가 걸릴 수 있습니다.

정확도가 낮은 정렬 요구 사항의 경우 전자 레벨러, 다이얼 표시기, 직선 모서리 및 평행 빔을 포함한 다양한 기계 구성 요소가 사용됩니다. 이를 통해 기술자는 마스터 레일을 정밀 장착 표면이나 직선 모서리에 맞춰 다이얼 표시기와 정렬합니다. 하나의 레일을 필요한 정밀도로 조인 후 다이얼 표시기나 가이드 슬라이드를 사용하여 두 번째 플로팅 레일의 볼트를 조이는 동안 슬라이드가 가이드됩니다.

정렬 방법에 관계없이 잔여 정렬 불량이 스테이지 레일에 힘을 가하지 않도록 해야 하며, 이로 인해 수명이 단축되거나 심각한 고장이 발생할 수 있습니다.

때때로 직교 로봇이라고도 불리는 갠트리 시스템은 자동 이송 라인을 위한 이상적인 위치 지정 시스템입니다. 이러한 유형의 제조 공정에서는 연속 또는 인덱싱 컨베이어가 부품을 한 갠트리 스테이션에서 다른 스테이션으로 전달합니다. 컨베이어 라인을 따라 있는 각 갠트리 스테이션은 가공, 접착, 조립, 검사, 인쇄 또는 포장과 같은 제조 작업을 수행하기 위해 부품과 관련된 도구를 조작합니다. 갠트리는 일반적으로 자동 전송 라인에 제품을 배치하는 데 사용됩니다.

한 기계의 가동 중지 시간으로 인해 전체 운송 라인이 비용이 많이 드는 중지될 수 있으므로 운송 라인 작업에서 각 기계의 신뢰성은 가동 중지 시간을 최소화하기 위해 극도로 높아야 합니다. 또한 갠트리에는 컨트롤러, 증폭기, 모터, 커플링, 액추에이터(예: 볼스크류, 벨트 또는 선형 모터), 레일, 슬라이드, 베이스, 정지 장치, 인코더 및 케이블과 같은 많은 중요한 요소가 포함됩니다. 전체 갠트리 시스템의 신뢰성은 모든 구성 요소의 신뢰성을 통계적으로 합한 것입니다.

높은 시스템 신뢰성을 위해 각 구성 요소는 작동 중 부하가 정격 값을 초과하지 않도록 크기를 조정해야 합니다. 각 구성 요소의 크기를 조정하는 것은 구성 요소 제조업체에서 권장하는 대로 간단한 엔지니어링 작업일 수 있지만 선형 레일 오류 모드는 다소 더 복잡합니다. 하중 전달 능력, 크기 및 정밀도 외에도 공간에서의 정확한 방향에 따라 달라집니다.

정렬 불량 문제

거의 모든 선형 레일 제조업체는 정렬 불량으로 인해 문제가 발생한다는 데 동의합니다. 선형 베어링의 조기 파손에 기여하는 모든 요인 중에서 정렬 불량이 목록의 맨 위에 위치합니다.

다음을 포함하는 레일 정렬 불량으로 분류됩니다.f호수: 레일 표면에서 재료 제거;입다: 과도한 마찰의 결과;톱니 모양: 볼이 레일을 변형시킵니다. 그리고손상된 부품: 레일 홈에서 볼이 떨어져 레일이 변형되었습니다.

레일 정렬 불량의 일반적인 근본 원인에는 선형 레일의 평탄성 부족, 직진성, 평행성 및 동일 평면성이 포함됩니다. 이러한 원인은 적절한 조립 및 정렬 기술을 통해 최소화하거나 제거할 수 있으며 결과적으로 레일 과부하를 최소화할 수 있습니다. 선형 레일 고장의 다른 근본 원인으로는 윤활 부족과 이물질 침입이 있는데, 이는 적절한 밀봉과 주기적인 윤활을 통해 완화할 수 있습니다. 중요하기는 하지만 이 기사의 범위를 벗어납니다.

정렬 기본 사항

갠트리 레일에는 일반적으로 높은 강성을 제공하기 위해 작동 홈에 사전 로드되는 재순환 볼 베어링이 포함되어 있습니다. 높은 강성과 낮은 이동 질량은 가장 낮은 시스템 고유 진동수를 정의하므로 중요한 갠트리 특성입니다. 높은 위치 대역폭을 위해서는 150Hz 정도의 높은 고유 주파수가 필요합니다. 높은 동적 정확도를 위해서는 40Hz 정도의 높은 위치 대역폭이 필요합니다. 높은 부품 품질과 높은 처리량을 위해서는 각각 수 미크론의 위치 오류가 있는 일정한 속도 또는 서브미크론 정착 창까지 수 밀리초 정도의 낮은 정착 시간과 같은 높은 동적 정확도가 필요합니다. 이러한 성능 특성은 일반적으로 PCB 검사, 잉크젯 인쇄 및 레이저 스크라이빙과 같은 프로세스에서 높은 가속도와 부드러운 동작의 상충되는 효과에서 필요합니다.

100N/μm 정도의 높은 갠트리 강성을 보장하기 위해 베어링에 사전 로드가 적용됩니다. 그러나 수직(평탄도) 또는 수평(직선) 방향에서 수십 미크론 정도의 두 갠트리 측면 사이의 정렬 불량으로 인해 베어링 하중이 크게 증가할 수 있습니다. 결과적으로 베어링 홈에서 볼이 떨어지거나 레일에 깊은 자국이 생겨 치명적인 고장이 발생할 수 있습니다. 베어링 변형이 작더라도 베어링 수명이 크게 줄어들 수 있습니다.

긴 이동 길이(약 1~3미터)에서 10미크론 정밀도로 선형 레일을 정렬하려면 레이저 간섭계 및 특수 고정 장치와 같은 고가의 도구가 필요합니다. 이러한 도구는 일반적인 최종 사용자나 시스템 통합자가 쉽게 사용하지 못할 수도 있습니다. 이러한 도구가 없으면 레일 정렬 불량이 낮은 시스템 신뢰성, 높은 유지 관리 비용, 가동 중지 시간 및 짧은 시스템 수명의 근본 원인이 될 수 있습니다.

다행스럽게도 광범위한 정렬 도구가 필요하지 않으면서도 레일 정렬 불량으로 인해 잠재적으로 심각한 영향을 줄여 높은 가치를 제공하는 현장에서 입증된 다양한 정렬 불량 보상 옵션이 있습니다. 이러한 오정렬 보상 장치는 갠트리 프레임의 필수 부분이 되며 다양한 갠트리 레일 장착 및 축 구동 구성에서 베어링 과부하를 방지하는 데 필요한 자유도를 제공합니다.

정렬 불량의 운동학

오정렬 보정기가 어떻게 작동하는지 이해하려면 보정기의 운동학적 특성을 갠트리 시스템의 일부로 이해해야 합니다. 예를 들어, 함께 제공되는 3D 갠트리 다이어그램에는 4개의 지지대가 나와 있습니다. X 단계의 기초₁(연결된 링크 10) 및 X₂(링크 1)은 평면도와 평행도뿐만 아니라 서로에 대한 피치, 요, 롤이 과장되게 정렬되지 않은 것으로 표시됩니다. 왼쪽 X를 가정₁캐리지(9)는 전동 마스터이며 Y 스테이지(4)를 지지하는 구형 조인트(j)가 있습니다. 반대쪽 전동 오른쪽 X₂스테이지(3)에는 Y 스테이지를 지지하는 구형 조인트(b) 1개와 선형 슬라이드 조인트(c) 1개가 있습니다. 다른 X 캐리지(7 및 6)는 아이들러이며 구형 조인트와 선형 슬라이드를 통해 Y 스테이지를 지지합니다.

그런 다음 총 자유도 수를 세고 총 구속조건 수를 빼면 결과는 1 자유도입니다. 즉, 마스터 X축만 독립적으로 이동할 수 있고 다른 모든 링크는 따라갑니다. 이 경우 다른 독립 모터가 다른 X를 구동하면 레일에 과도한 부하가 발생할 수 있습니다. 이는 긴 Y 스테이지에 바람직하지 않은 구성이므로 엔지니어는 두 번째 X 스테이지가 첫 번째 X 스테이지와 독립적으로 이동할 수 있도록 수정 변경을 수행해야 합니다.

X 슬레이브와 같이 시스템에 또 다른 자유도를 추가한다는 것은 관절 중 하나에 또 다른 자유도를 추가하는 것을 의미합니다. 이러한 구성의 일반적인 수정을 통해 하나의 아이들러 슬라이드가 Z 방향(예: 구형 조인트 d와 슬라이드 조인트 e 사이)에서 자유도를 가질 수 있습니다.

결과적으로 조인트 b, j, i의 Y 스테이지에 대한 운동학적 마운트가 생성되어 어떠한 제약 없이 스테이지 4 평면의 3D 방향을 수용합니다. 그러나 단 세 개의 모서리 지점에서만 4단계의 지지를 방지하기 위해 조인트 d와 슬라이드 e 사이에 Z 방향으로 약간의 컴플라이언스를 추가하여 하중의 일부를 받는 것이 일반적인 관행입니다. 어떤 경우에는 링크 4의 유연성이 충분할 수도 있습니다. 다른 경우에는 규격을 준수하는 Belleville 와셔를 사용할 수 있습니다.

보상기 설계

통합된 오정렬 보정기는 2D 갠트리 구성을 위한 것입니다. 이 설계에는 Y 방향으로 선형 자유도를 제공하는 플렉셔를 둘러싸는 두 개의 플레이트가 포함되어 있습니다.

두 가지 오정렬 보상기 설계를 검토해 보겠습니다. 하나는 3D 갠트리 구성을 위한 선형 슬라이더 조인트가 있는 복합 회전 조인트입니다. 두 번째는 2D 갠트리 구성을 위한 선형 굴곡 조인트가 있는 통합 회전 조인트입니다. 2D 버전에서는 갠트리 레일 X₁그리고 X₂동일 평면상에 있습니다.

복합 조인트 디자인.캔 제조 공정에서 갠트리 애플리케이션을 고려해보세요. 갠트리는 4개의 슬라이드에서 견고한 용접 프레임을 지원하는 2개의 벨트 구동 스테이지를 사용합니다. 서보모터는 마스터-슬레이브 구성으로 각 갠트리 스테이지를 구동합니다. 벨트는 각 단계의 한 슬라이드를 구동하고 다른 슬라이드는 아이들러입니다.

최종 사용자가 조립한 스테이지는 스테이지 베어링에서 조기 고장을 경험했습니다. 이 문제는 4개의 선형 슬라이드에 장착된 쉽게 사용할 수 있는 4개의 표준 구형 조인트를 2개의 갠트리 선형 스테이지의 4개 슬라이드에 추가하여 해결되었습니다. 이전에 논의한 갠트리 구성과 일치시키기 위해 하나의 슬라이드를 잠금 플레이트로 "접지"했습니다. 재설계로 문제가 완전히 해결되었습니다.

그러나 이러한 보상기를 사용하는 경우의 단점은 높이가 상당히 증가하여 Z 단계의 변경이 필요할 수 있다는 것입니다.

통합 조인트 디자인.통합된 오정렬 보정 장치는 2D 갠트리 구성에 사용될 수 있습니다. 디자인에는 두 개의 플레이트가 포함됩니다. 한 플레이트에는 갠트리 X 슬라이드에 대한 장착 구멍이 있고 다른 플레이트에는 교차축 Y 스테이지 베이스에 대한 장착 구멍이 있습니다. 중앙의 베어링이 두 플레이트를 연결합니다.

또한 하나의 플레이트에는 Y 방향으로 선형 자유도를 제공하는 플렉셔가 포함되어 있습니다. 모든 조인트에 동일한 구성 요소를 사용하려면 두 개의 볼트를 사용하여 굴곡 선형 자유도를 "접지"하고 두 플레이트 사이의 회전 운동 자유도만 유지할 수 있습니다. 굴곡은 피로 한계 이하의 최대 처짐에서 작동하도록 설계되었습니다.

마지막으로 2D 갠트리 구성의 경우 Y축에 대한 굽힘 모멘트로 굴곡부에 하중이 가해지는 것을 방지하기 위해 4개의 고정 볼트가 모멘트 하중을 받습니다.

이 디자인의 장점에는 통합 구성요소, 낮은 프로파일, 컴팩트한 크기, 15분 이내에 기존 갠트리 스테이지에 대한 조립 용이성 등이 있습니다.