Ekonomik yanlış hizalama telafisi teknikleri rulmanın aşırı yüklenmesini ve erken portal arızasını önler

Portal Hizalama Araçları

Konumlandırma sistemi üreticileri bir portal sistemi oluşturduğunda, güç, hassasiyet ve ömür özelliklerini karşıladıklarından emin olmak için genellikle montaj işlemi sırasında özel hizalama araçları kullanırlar.

Lazer interferometreler, makinelerin mikron ve ark saniye düzeyinde hassasiyetle hizalanması için sıklıkla kullanılır. Örneğin, Renishaw'un bir lazer interferometresi, portal raylarının düzlüğünü, düzlüğünü ve kareliğini hizalamaya yardımcı olur.

Hamar'ın hizalama lazerleri gibi diğer araçlar, hareketli kızak üzerine yerleştirilen sensörlerle uzayda hassas referans düzlemleri olarak dönen lazer ışınlarını kullanır. Ray hizalama vidalarının ayarlanması veya rayların altına takoz takılması, rayı veya sahneyi istenen yöne getirir. Rayların yüksek hassasiyete ayarlanması, makinenin doğruluk düzeyine, boyutuna ve konfigürasyonuna bağlı olarak günler veya haftalar sürebilir.

Daha düşük doğrulukta hizalama gereksinimleri için elektronik dengeleyiciler, komparatör göstergeleri, düz kenarlar ve paralel kirişler dahil olmak üzere çeşitli mekanik bileşenler kullanılır. Teknisyenler bunlarla ana rayı bir kadranlı göstergeyle hassas bir montaj yüzeyine veya düz kenara hizalıyor. Bir ray gerekli hassasiyette sıkıldıktan sonra, bir kadranlı gösterge veya bir kılavuz sürgü kullanılarak ikinci yüzer rayın cıvataları sıkılırken bir kızak yönlendirilir.

Hizalama yönteminden bağımsız olarak, artık yanlış hizalamanın, sahne rayları üzerinde kısa ömür veya ciddi bir arızayla sonuçlanabilecek kuvvetler uygulamamasını sağlamalıdır.

Bazen Kartezyen robotlar olarak da adlandırılan portal sistemleri, otomatik transfer hatları için ideal konumlandırma sistemleridir. Bu tip üretim prosesinde, sürekli veya indekslemeli bir konveyör, parçaları bir portal istasyonundan diğerine aktarır. Konveyör hattı boyunca her bir köprü istasyonu, işleme, yapıştırma, montaj, inceleme, baskı veya paketleme gibi imalat işlemlerini gerçekleştirmek için bir parçaya göre bir aleti çalıştırır. Köprüler genellikle ürünleri otomatik transfer hatlarına konumlandırmak için kullanılır.

Açıkçası, bir transfer hattı işleminde her makinenin güvenilirliğinin, aksama süresini en aza indirmek için son derece yüksek olması gerekir, çünkü bir makinedeki aksama, tüm transfer hattının maliyetli bir şekilde durmasına neden olabilir. Ek olarak, köprüler kontrolör, amplifikatör, motor, kaplin, aktüatör (bilyeli vida, kayış veya doğrusal motor gibi), raylar, kızak, taban, durdurucular, kodlayıcı ve kablolar gibi birçok kritik unsuru içerir. Tüm portal sisteminin güvenilirliği, tüm bileşenlerin güvenilirliğinin istatistiksel toplamıdır.

Yüksek sistem güvenilirliği için her bir bileşenin, çalışma sırasındaki yüklemenin nominal değerlerini aşmayacağından emin olacak şekilde boyutlandırılması gerekir. Her bir bileşenin boyutlandırılması, bileşen üreticisinin önerdiği gibi basit bir mühendislik görevi olsa da, lineer ray arıza modları biraz daha karmaşıktır. Yük taşıma kapasitesine, boyutuna ve hassasiyetine ek olarak uzaydaki kesin yönelimlerine de bağlıdırlar.

Yanlış hizalama sorunları

Hemen hemen her lineer ray üreticisi yanlış hizalamanın sorunlara yol açtığı konusunda hemfikirdir. Lineer rulmanların zamanından önce arızalanmasına katkıda bulunan tüm faktörler arasında yanlış hizalama, listenin en başında yer alır.

Aşağıdakileri içeren sınıflandırılmış ray yanlış hizalama arızaları:fgöllenme: ray yüzeyinden malzemenin çıkarılması;giymek: aşırı sürtünmenin sonuçları;girinti: toplar rayları deforme eder; Vehasarlı parçalar: Bilyaların ray oluklarından düşmesi nedeniyle rayların deforme olması.

Ray yanlış hizalamasının yaygın temel nedenleri arasında düzlük eksikliği, düzlük, paralellik ve doğrusal rayların eş düzlemliliği yer alır. Bu nedenler uygun montaj ve hizalama teknikleriyle en aza indirilebilir veya ortadan kaldırılabilir, bu da rayın aşırı yüklenmesini en aza indirebilir. Doğrusal ray arızasının diğer temel nedenleri arasında yetersiz yağlama ve yabancı parçacıkların girişi yer alır; bunlar uygun sızdırmazlık ve periyodik yağlamayla azaltılabilir. Önemli olmalarına rağmen bu makalenin kapsamı dışındadırlar.

Hizalama temelleri

Portal rayları tipik olarak, yüksek sertlik sağlamak üzere hareketli oluklarında önceden yüklenmiş olan devridaimli bilyalı rulmanlar içerir. Yüksek sertlik ve az hareket eden kütle kritik gantry özellikleridir çünkü bunlar en düşük sistem doğal frekansını tanımlar. Yüksek konum bant genişliği için 150 Hz civarında yüksek doğal frekans gereklidir. Yüksek dinamik doğruluk için 40 Hz düzeyinde yüksek konum bant genişliği gereklidir. Birkaç mikron konum hatasıyla sabit hız veya birkaç milisaniyeden mikron altı yerleştirme penceresine kadar düşük yerleşme süresi gibi yüksek dinamik doğruluk, sırasıyla yüksek parça kalitesi ve yüksek üretim için gereklidir. Bu performans özellikleri genellikle PCB denetimi, mürekkep püskürtmeli yazdırma ve lazerle çizme gibi işlemlerde yüksek hızlanma ve düzgün hareketin çelişkili etkileri altında gereklidir.

100 N/μm seviyesinde yüksek portal sertliği sağlamak için rulmanlar önceden yüklenmiştir. Bununla birlikte, iki portal tarafı arasında dikey (düzlük) veya yatay (düzlük) yönde 10 saniyelik mikron düzeyindeki herhangi bir yanlış hizalama, yatak yükünü önemli ölçüde artırabilir. Bu da bilyaların yatak oluklarından düşmesi veya raylardaki derin girintiler nedeniyle ciddi arızalara yol açabilir. Daha küçük rulman deformasyonları yine de rulman ömrünü önemli ölçüde azaltabilir.

Doğrusal rayları uzun hareket uzunluklarında (1 ila 3 metre arası) 10 saniyelik mikron hassasiyetiyle hizalamak için lazer interferometre ve özel donanımlar gibi pahalı aletler gerekir. Bu araçlar tipik son kullanıcının veya sistem entegratörünün kullanımına hazır olmayabilir. Bu araçlar olmadan ray hizalama bozuklukları düşük sistem güvenilirliğinin, yüksek bakım maliyetlerinin, arıza sürelerinin ve kısa sistem ömrünün temel nedeni olabilir.

Neyse ki, kapsamlı hizalama araçları gerektirmeyen, ancak ray yanlış hizalamasının potansiyel olarak sert etkilerini azaltarak yüksek değer sağlayan, sahada kanıtlanmış çeşitli hizasızlık telafisi seçenekleri mevcuttur. Bu yanlış hizalama dengeleme cihazları, portal çerçevesinin ayrılmaz parçaları haline gelir ve çeşitli portal rayı montajlarında ve eksen tahrik konfigürasyonlarında rulmanların aşırı yüklenmesini önlemek için gerekli serbestlik derecelerini sağlar.

Yanlış hizalama kinematiği

Bir kaçıklık kompansatörünün nasıl çalıştığını anlamak için kompansatörün kinematik özelliklerinin gantry sisteminin bir parçası olarak anlaşılması gerekir. Örnek olarak, eşlik eden 3 boyutlu köprü diyagramında dört destek gösterilmektedir. Aşamaların temelleri X₁(bağlı bağlantı 10) ve X₂(bağlantı 1), düzlük ve paralelliğin yanı sıra birbirlerine göre eğim, sapma ve yuvarlanma açısından abartılı bir şekilde yanlış hizalanmış olarak gösterilmektedir. Soldaki X'i varsayalım₁taşıyıcı (9) motorlu ana ünite olup, Y kademesini (4) destekleyen küresel bir mafsala (j) sahiptir. Ters motorlu sağ X₂Aşama (3), Y aşamasını destekleyen bir küresel bağlantıya (b) ve bir doğrusal kayar bağlantıya (c) sahiptir. Diğer X taşıyıcıları (7 ve 6) avaradır ve ayrıca Y kademesini küresel bir mafsal ve doğrusal bir kızakla destekler.

Daha sonra toplam serbestlik derecesi sayısı sayılıp toplam kısıtlama sayısından çıkarıldığında sonuç 1 serbestlik derecesidir. Bu, yalnızca ana X ekseninin bağımsız olarak hareket edebileceği ve diğer tüm bağlantıların onu takip edeceği anlamına gelir. Bu durumda diğer X'i başka bir bağımsız motor tahrik ederse raylara aşırı yük binebilir. Bu, uzun Y aşamaları için istenmeyen bir konfigürasyondur ve bu nedenle mühendislerin, ikinci X aşamasının ilk X aşamasından bağımsız hareket etmesini sağlamak için düzeltici değişiklikler yapması gerekir.

X kölesi için olduğu gibi sisteme başka bir serbestlik derecesi eklemek, eklemlerden birine başka bir serbestlik derecesi eklemek anlamına gelir. Bu tür konfigürasyonlardaki ortak bir sabitleme, bir rölanti kızağının Z yönünde, örneğin küresel eklemler d ve kayar eklem e arasında bir serbestlik derecesine sahip olmasını sağlar.

Sonuç, Y aşaması için b, j ve i eklemlerinde kinematik bir montaj olacak ve aşama 4 düzleminin 3 boyutlu yönelimine herhangi bir kısıtlama olmaksızın uyum sağlayacaktır. Ancak, 4. aşamanın yalnızca üç köşe noktasında desteklenmesini önlemek için yaygın uygulama, yükün bir kısmını almak üzere d eklemi ile e kızağı arasına Z yönünde bir miktar uyum eklemektir. Bazı durumlarda bağlantı 4'ün esnekliği yeterli olabilir; diğer durumlarda uyumlu bir Belleville yıkayıcı kullanılabilir.

Kompansatör tasarımları

Entegre yanlış hizalama dengeleyicileri 2D portal konfigürasyonları için tasarlanmıştır. Tasarım, Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir bükülmeyi çevreleyen iki plaka içerir.

İki yanlış hizalama dengeleyici tasarımını inceleyelim. Bunlardan biri, 3D portal konfigürasyonu için doğrusal kayar mafsallı bileşik döner mafsaldır. İkincisi ise 2D portal konfigürasyonu için doğrusal esnek bağlantıya sahip entegre bir döner bağlantıdır. 2D versiyonda, portal raylarının X olduğunu varsayalım.₁ve X₂eş düzlemlidir.

Bileşik eklem tasarımı.Kutu üretim sürecinde bir portal uygulamasını düşünün. Portal, dört kızak üzerinde sağlam bir kaynaklı montaj çerçevesini destekleyen iki kayış tahrikli aşamayı kullanır. Bir servo motor, her bir portal aşamasını master-slave konfigürasyonunda çalıştırır. Bir kayış, her aşamadaki bir sürgüyü tahrik eder ve diğer sürgü bir rölantidir.

Son kullanıcı tarafından monte edilen sahnelerde, sahne yataklarında vaktinden önce arıza meydana geldi. Sorun, iki kızak doğrusal aşamasının dört kızağına dört doğrusal kızak üzerine monte edilmiş dört hazır standart küresel eklemin eklenmesiyle düzeltildi. Konfigürasyonu daha önce tartışılan portalla eşleştirmek için slaytlardan biri kilitleme plakasıyla "topraklandı". Yeniden tasarım sorunu tamamen çözdü.

Bununla birlikte, böyle bir kompanzatörün kullanılmasının dezavantajı, Z kademesinde değişiklik gerektirebilecek yükseklikte önemli bir artış olmasıdır.

Entegre eklem tasarımı.2D portal konfigürasyonlarında entegre bir hizasızlık dengeleyici kullanılabilir. Tasarım iki plakadan oluşuyor. Bir plakanın portal X kızağına montaj delikleri vardır ve diğer plakanın çapraz eksen Y tablasının tabanına montaj delikleri vardır. Merkezdeki bir yatak iki plakayı birbirine bağlar.

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

Son olarak, 2D gantry konfigürasyonlarında Y ekseni etrafında bir bükülme momentinde bükülmenin yüklenmesini önlemek için, dört tespit cıvatası moment yüklerini karşılar.

Bu tasarımın avantajları arasında entegre bileşenler, düşük profil, kompakt boyut ve mevcut portal aşamalarına 15 dakikadan kısa sürede montaj kolaylığı yer alır.