Ekonomik hizalama hatası telafi teknikleri, rulman aşırı yüklenmesini ve erken gantry arızasını önler

Gantry Hizalama Araçları

Konumlandırma sistemi üreticileri bir gantry sistemi inşa ederken, kuvvet, hassasiyet ve kullanım ömrü özelliklerini karşıladığından emin olmak için genellikle montaj sürecinde özel hizalama araçları kullanırlar.

Lazer interferometreler, makinelerin mikron ve ark saniyeleri mertebesinde hassasiyetle hizalanması için sıklıkla kullanılır. Örneğin, Renishaw'dan bir lazer interferometre, gantry raylarının düzlüğünü, doğruluğunu ve kareliğini hizalamaya yardımcı olur.

Hamar'ın hizalama lazerleri gibi diğer araçlar, hareket eden kızak üzerine yerleştirilmiş sensörlerle uzayda hassas referans düzlemleri olarak dönen lazer ışınlarını kullanır. Ray seviyeleme vidalarını ayarlamak veya rayların altına takoz yerleştirmek, rayı veya sahneyi istenen yönelime getirir. Rayların yüksek hassasiyete seviyelenmesi, bir makinenin doğruluk seviyesine, boyutuna ve yapılandırmasına bağlı olarak günler veya haftalar sürebilir.

Daha düşük doğruluktaki hizalama gereksinimleri için elektronik seviyeleyiciler, kadran göstergeleri, düz kenarlar ve paralel kirişler dahil olmak üzere çeşitli mekanik bileşenler kullanılır. Teknisyenler bunlarla ana rayı bir kadran göstergesiyle hassas bir montaj yüzeyine veya düz kenara hizalar. Bir ray gereken hassasiyete sıkıldıktan sonra, ikinci yüzer rayın cıvataları bir kadran göstergesi veya bir kılavuz kızak kullanılarak sıkılırken bir kızak yönlendirilir.

Hizalama yöntemi ne olursa olsun, kalan hizalama hatalarının sahne raylarına kuvvet uygulayarak kısa ömürlü veya felaketle sonuçlanabilecek bir arızaya neden olmaması sağlanmalıdır.

Bazen Kartezyen robotlar olarak da adlandırılan gantry sistemleri, otomatik transfer hatları için ideal konumlandırma sistemleridir. Bu tür üretim sürecinde, sürekli veya dizinleme konveyörü parçaları bir gantry istasyonundan diğerine aktarır. Konveyör hattı boyunca her gantry istasyonu, işleme, yapıştırma, montaj, inceleme, baskı veya paketleme gibi üretim işlemlerini gerçekleştirmek için bir parçaya göre bir aracı manipüle eder. Gantryler genellikle otomatik transfer hatlarında ürünleri konumlandırmak için kullanılır.

Açıkçası, bir transfer hattı operasyonundaki her makinenin güvenilirliği, duruş süresini en aza indirmek için son derece yüksek olmalıdır, çünkü bir makinedeki duruş, tüm transfer hattını maliyetli bir şekilde durdurabilir. Ek olarak, gantryler, kontrolör, amplifikatör, motor, kaplin, aktüatör (bir bilyalı vida, kayış veya doğrusal motor gibi), raylar, kızak, taban, durdurucular, kodlayıcı ve kablolar gibi birçok kritik öğeyi içerir. Tüm gantry sisteminin güvenilirliği, tüm bileşenlerin güvenilirliklerinin istatistiksel toplamıdır.

Yüksek sistem güvenilirliği için, her bileşenin çalışma sırasındaki yüklemesinin nominal değerlerini aşmayacağından emin olmak için boyutlandırılması gerekir. Bileşen üreticisinin önerdiği gibi, her bileşenin boyutlandırılması basit bir mühendislik görevi olabilirken, doğrusal ray arıza modları biraz daha karmaşıktır. Yük taşıma kapasitesine, boyuta ve hassasiyete ek olarak, uzaydaki hassas yönelimlerine de bağlıdırlar.

Hizalama sorunları

Hemen hemen her lineer ray üreticisi, hizalama hatasının sorunlara yol açtığı konusunda hemfikirdir. Lineer yatakların erken bozulmasına katkıda bulunan tüm faktörler arasında, hizalama hatası listenin en başında yer alır.

Aşağıdakileri içeren sınıflandırılmış ray hizalama hataları vardır:fgöllenme: ray yüzeyinden malzemenin çıkarılması;giymek: aşırı sürtünmenin sonuçları;girinti: toplar rayları deforme eder; vehasarlı parçalar: ray oluklarından düşen bilyeler nedeniyle rayların deforme olması.

Ray hizalamasının yaygın temel nedenleri arasında doğrusal rayların düzlük, doğruluk, paralellik ve eşdüzlemselliğinin eksikliği yer alır. Bu nedenler, ray aşırı yüklenmesini en aza indiren uygun montaj ve hizalama teknikleriyle en aza indirilebilir veya ortadan kaldırılabilir. Doğrusal ray arızasının diğer temel nedenleri arasında yetersiz yağlama ve yabancı parçacıkların girmesi yer alır; bu, uygun sızdırmazlık ve periyodik yağlama ile azaltılabilir. Önemli olsalar da, bu makalenin kapsamı dışındadırlar.

Hizalama temelleri

Gantry rayları genellikle yüksek sertlik sağlamak için çalışma oluklarına önceden yüklenmiş, devridaim yapan bilyalı rulmanlar içerir. Yüksek sertlik ve düşük hareketli kütle, en düşük sistem doğal frekansını tanımladıkları için kritik gantry özellikleridir. Yüksek konum bant genişliği için 150 Hz mertebesinde yüksek doğal frekans gereklidir. Yüksek dinamik doğruluk için 40 Hz mertebesinde yüksek konum bant genişliği gereklidir. Birkaç mikronluk konum hatasıyla sabit hız veya birkaç milisaniyeden bir alt mikronluk çökme penceresine kadar düşük çökme süresi gibi yüksek dinamik doğruluk, sırasıyla yüksek parça kalitesi ve yüksek verim için gereklidir. Bu performans özellikleri genellikle PCB denetimi, mürekkep püskürtmeli baskı ve lazer çizme gibi süreçlerde yüksek ivmelenme ve düzgün hareketin çelişen etkileri altında gereklidir.

Yüksek gantry sertliğini sağlamak için (100 N/µm mertebesinde) yataklar önceden yüklenir. Ancak, dikey (düzlük) veya yatay (doğruluk) yönelimde iki gantry tarafı arasında 10 mikron mertebesinde herhangi bir hizalama hatası, yatak yükünü önemli ölçüde artırabilir. Bu da, bilyelerin yatak oluklarından düşmesi veya raylarda derin girintiler nedeniyle felaket niteliğinde bir arızaya yol açabilir. Daha küçük yatak deformasyonları bile yatak ömrünü önemli ölçüde azaltabilir.

Uzun seyahat uzunluklarında (1 ila 3 metre mertebesinde) 10'larca mikron hassasiyetle doğrusal rayları hizalamak, lazer interferometre ve özel fikstürler gibi pahalı araçlar gerektirir. Bu araçlar tipik bir son kullanıcı veya sistem entegratörü için kolayca bulunamayabilir. Bu araçlar olmadan, ray hizalamasının bozulması düşük sistem güvenilirliğinin, yüksek bakım maliyetlerinin, duruş süresinin ve kısa sistem ömrünün temel nedeni olabilir.

Neyse ki, kapsamlı hizalama araçları gerektirmeyen, ancak ray hizalamasının potansiyel olarak sert etkilerini azaltarak yüksek değer sağlayan çeşitli sahada kanıtlanmış hizalama hatası telafi seçenekleri vardır. Bu hizalama hatası telafi cihazları, gantry çerçevesinin ayrılmaz parçaları haline gelir ve çeşitli gantry ray montajlarında ve eksen tahrik yapılandırmalarında yatak aşırı yüklerini önlemek için gerekli serbestlik derecelerini sağlar.

Yanlış hizalamanın kinematiği

Bir hizalama hatası kompanzatörünün nasıl çalıştığını anlamak için, kompanzatörün gantry sisteminin bir parçası olarak kinematik özelliklerini anlamak gerekir. Örnek olarak, eşlik eden 3B gantry diyagramı dört desteği göstermektedir. Aşamaların tabanları X₁(bağlantılı bağlantı 10) ve X₂(bağlantı 1) birbirlerine göre eğim, sapma ve yuvarlanmada ve düzlük ve paralellikte abartılı bir şekilde hizalanmamış olarak gösterilir. Sol X'i varsayın₁taşıyıcı (9) motorlu ana taşıyıcıdır ve Y aşamasını (4) destekleyen küresel bir mafsala (j) sahiptir. Karşıdaki motorlu sağ X₂aşama (3), Y aşamasını destekleyen bir küresel mafsal (b) ve bir doğrusal kızak mafsalına (c) sahiptir. Diğer X taşıyıcılar (7 ve 6) boşta duran taşıyıcılardır ve ayrıca Y aşamasını küresel bir mafsal ve doğrusal bir kızakla destekler.

Daha sonra toplam serbestlik derecesi sayısını sayarak ve toplam kısıtlama sayısını çıkararak, sonuç 1 serbestlik derecesidir. Bu, yalnızca ana X ekseninin bağımsız olarak hareket edebileceği ve diğer tüm bağlantıların onu takip edeceği anlamına gelir. Bu durumda, başka bir bağımsız motor diğer X'i tahrik ederse, raylarda aşırı yük oluşabilir. Bu, uzun Y aşamaları için istenmeyen bir yapılandırmadır ve bu nedenle, mühendisler ikinci X aşamasının ilk X aşamasından bağımsız olarak hareket etmesine izin vermek için düzeltici değişiklikler yapmalıdır.

Sisteme başka bir serbestlik derecesi eklemek, örneğin X kölesi için, eklemlerden birine başka bir serbestlik derecesi eklemek anlamına gelir. Bu tür yapılandırmalarda yaygın bir düzeltme, bir boşta kızağın Z yönünde, örneğin küresel eklemler d ile kızak eklemi e arasında bir serbestlik derecesine sahip olmasını sağlar.

Sonuç, b, j ve i eklemlerindeki Y aşaması için herhangi bir kısıtlama olmaksızın aşama 4 düzleminin 3B yönelimini barındıran kinematik bir montaj olacaktır. Ancak, aşama 4'ün yalnızca üç köşe noktasında desteklenmesini önlemek için, genel uygulama, yükün bir kısmını almak için d eklemi ile kızak e arasında Z yönünde biraz esneklik eklemektir. Bazı durumlarda bağlantı 4'ün esnekliği yeterli olabilir; diğer durumlarda, uyumlu bir Belleville rondelası kullanılabilir.

Kompanzatör tasarımları

Entegre hizalama hatası kompanzatörleri 2D gantry yapılandırmaları için tasarlanmıştır. Tasarım, Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir esnekliği çevreleyen iki plakayı içerir.

İki hizalama hatası telafi edici tasarımını inceleyelim. Biri, 3 boyutlu bir gantry yapılandırması için doğrusal bir kaydırıcı eklemi olan bileşik bir döner eklemdir. İkincisi, 2 boyutlu bir gantry yapılandırması için doğrusal bir eğilme eklemi olan entegre bir döner eklemdir. 2 boyutlu versiyonda, gantry raylarının X olduğunu varsayalım₁ve X₂eş düzlemlidir.

Bileşik bağlantı tasarımı.Bir kutu üretim sürecinde bir gantry uygulamasını düşünün. Gantry, dört kızak üzerinde sağlam bir kaynak çerçevesini destekleyen iki kayış tahrikli aşama kullanır. Bir servo motor, her bir gantry aşamasını bir ana-köle yapılandırmasında çalıştırır. Bir kayış, her aşamanın bir kızağını çalıştırır ve diğer kızak bir boştadır.

Son kullanıcı tarafından monte edilen aşamalar, aşamanın yatağında erken arıza yaşadı. Sorun, iki gantry doğrusal aşamasının dört kızağına dört doğrusal kızak üzerine monte edilmiş dört adet kolayca bulunabilen standart küresel mafsal eklenerek düzeltildi. Yapılandırmayı daha önce tartışılan gantry ile eşleştirmek için, bir kızak bir kilitleme plakasıyla "topraklandı". Yeniden tasarım sorunu tamamen çözdü.

Ancak böyle bir kompanzatörün kullanılmasının dezavantajı, Z kademesinde değişiklik gerektirebilecek önemli bir yükseklik artışıdır.

Entegre-eklem tasarımı.Entegre bir hizalama hatası kompanzatörü 2D gantry yapılandırmalarında kullanılabilir. Tasarım iki plaka içerir. Bir plakada gantry X kızağına montaj delikleri vardır ve diğer plakada çapraz eksen Y aşamasının tabanına montaj delikleri vardır. Ortadaki bir yatak iki plakayı birbirine bağlar.

Ek olarak, bir plaka Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir bükülme içerir. Tüm eklemler için aynı bileşeni kullanmak için, bükülme doğrusal serbestlik derecesini "topraklamak" ve iki plaka arasındaki yalnızca dönme hareket özgürlüğünü korumak için iki cıvata kullanılabilir. Bükülme, yorulma sınırının altındaki maksimum sapmada çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

Son olarak, 2D gantry konfigürasyonlarında eğilmenin Y ekseni etrafında bir eğilme momenti ile yüklenmesini önlemek için, dört adet tespit cıvatası moment yüklerini alır.

Bu tasarımın avantajları arasında entegre bileşenler, düşük profil, kompakt boyut ve mevcut gantry aşamalarına 15 dakikadan kısa sürede kolay montaj imkanı yer alıyor.