E como isso pode ser evitado…

Os pórticos diferem de outros tipos de sistemas multieixos (como robôs cartesianos e mesas XY) por utilizarem dois eixos base (X) em paralelo, com um eixo perpendicular (Y) conectando-os. Embora esse arranjo de dois eixos X proporcione uma área ampla e estável e permita que os sistemas de pórticos ofereçam alta capacidade de carga, longos percursos e boa rigidez, ele também pode levar a um fenômeno comumente conhecido como "empilhamento".

Sempre que dois eixos lineares são montados e conectados em paralelo, existe o risco de que os eixos não se movam em perfeita sincronização. Em outras palavras, durante o movimento, um dos eixos X pode "ficar para trás" do outro, e o eixo dianteiro tentará puxar o parceiro atrasado. Quando isso acontece, o eixo de conexão (Y) pode ficar enviesado — não mais perpendicular aos dois eixos X. A condição em que os eixos X e Y perdem a ortogonalidade é chamada de "racking" (empilhamento), e pode resultar em travamento à medida que o sistema se move na direção X, bem como em forças potencialmente danosas nos eixos X e Y.

O acúmulo de material em sistemas de pórtico pode ser causado por uma variedade de fatores de projeto e montagem, mas um dos fatores mais influentes é o método de acionamento dos eixos X. Com dois eixos X em paralelo, os projetistas têm a opção de acionar cada eixo X independentemente ou acionar um eixo e tratar o outro como um eixo "escravo" ou seguidor.

Em aplicações de baixa velocidade com uma distância relativamente pequena entre os dois eixos X (curso curto do eixo Y), pode ser aceitável acionar apenas um eixo X e permitir que o segundo eixo X seja um seguidor, sem mecanismo de acionamento. Neste projeto, uma preocupação fundamental é a rigidez da conexão entre os eixos — em outras palavras, a rigidez do eixo Y.

Como o eixo acionado está efetivamente "puxando" o eixo não acionado, se a conexão entre eles sofrer flexão, torção ou outro comportamento não rígido, qualquer diferença de atrito ou carga entre os dois eixos X pode levar imediatamente à deformação e ao emperramento. E quanto maior o eixo Y, menos rígido ele será. É por isso que o arranjo "acionado-seguidor" é geralmente recomendado para aplicações onde a distância entre os eixos X é inferior a um metro.

A solução de acionamento mais sofisticada consiste em utilizar um motor separado em cada eixo, com os motores sincronizados em um arranjo mestre-escravo por meio do controlador. Nesse arranjo, no entanto, os erros de deslocamento dos acionamentos mecânicos precisam ser perfeitamente (ou quase perfeitamente) combinados — caso contrário, pequenos desvios na distância percorrida por cada eixo por rotação do motor podem causar travamentos e travamentos.

Para aplicações de pórtico de alta velocidade e precisão, os mecanismos de acionamento escolhidos são normalmente fusos de esferas e acionamentos de cremalheira e pinhão. Ambas as tecnologias podem ser combinadas seletivamente para fornecer erro linear semelhante em cada eixo, evitando parte do acúmulo de erros que pode ocorrer em conjuntos de acionamento não combinados. Como os acionamentos por correia e corrente apresentam erros de passo difíceis de combinar e compensar, eles geralmente não são recomendados para sistemas de pórtico quando os eixos X são acionados de forma independente. Por outro lado, motores lineares são uma excelente escolha para eixos paralelos em sistemas de pórtico, pois não apresentam erro mecânico e podem fornecer longos percursos e altas velocidades.

Outra solução — um meio-termo entre as duas opções descritas acima — é usar um motor para acionar os dois eixos X. Isso pode ser feito conectando a saída do eixo acionado pelo motor à entrada do segundo eixo por meio de um acoplamento de distância (também conhecido como eixo de conexão). Essa configuração elimina o segundo motor (e a sincronização necessária).

No entanto, a rigidez torcional do acoplamento de distância é importante. Se o torque transferido entre os eixos fizer com que o acoplamento sofra "enrolamento", ainda poderão ocorrer deformações e travamentos. Essa configuração costuma ser uma boa opção quando a distância entre os eixos X está entre um e três metros, com requisitos de carga e velocidade moderados.

Outro fator que pode causar o acúmulo de material em sistemas de pórtico é a falta de precisão de montagem e o paralelismo entre os dois eixos X. Sempre que duas guias lineares são montadas e operadas em paralelo, elas exigem uma certa tolerância em paralelismo, planicidade e retilinidade para evitar a sobrecarga dos rolamentos em uma ou ambas as guias. Em sistemas de pórtico, onde os eixos X tendem a ser muito espaçados (devido ao longo curso no eixo Y), a montagem e o paralelismo dos eixos X tornam-se ainda mais críticos, com erros angulares sendo amplificados em longas distâncias.

Diferentes tecnologias de guia exigem níveis variados de precisão para paralelismo, planicidade e retidão. Em aplicações de pórtico, a melhor tecnologia de guia linear para eixos X paralelos é normalmente aquela que oferece a maior "perdão" em erros de montagem e alinhamento, ao mesmo tempo em que fornece a capacidade de carga e a rigidez necessárias.

Guias de trilho perfiladas com esferas ou rolos recirculantes normalmente oferecem a maior capacidade de carga e rigidez entre todas as tecnologias de guias lineares, mas, quando usadas em configuração paralela, exigem tolerâncias de altura de montagem e paralelismo muito precisas para evitar emperramento. Alguns fabricantes oferecem versões "autoalinháveis" de rolamentos de esferas recirculantes que conseguem compensar algum desalinhamento, embora a rigidez e a capacidade de carga possam ser reduzidas.

Por outro lado, rodas-guia que rodam sobre trilhos de precisão exigem menos precisão na montagem e no alinhamento do que guias de trilhos perfilados. Elas podem até ser montadas em superfícies moderadamente imprecisas sem causar problemas de funcionamento, como trepidação e travamento, mesmo quando dois trilhos são usados ​​em paralelo.

Embora o alinhamento possa ser feito com ferramentas simples, como relógios comparadores e fios, os longos comprimentos envolvidos nos sistemas de pórtico muitas vezes tornam esse processo impraticável. Além disso, o alinhamento de múltiplos eixos paralelos e perpendiculares aumenta exponencialmente a complexidade, o tempo e a mão de obra necessários.

É por isso que um interferômetro a laser geralmente é a melhor ferramenta para garantir retidão, planura e ortogonalidade entre os eixos do pórtico.