Taloudelliset linjausvirheiden kompensointitekniikat estävät laakerin ylikuormituksen ja portaalin ennenaikaisen vikaantumisen

Gantry-kohdistustyökalut

Kun paikannusjärjestelmien valmistajat rakentavat portaalijärjestelmän, he käyttävät yleensä erityisiä kohdistustyökaluja kokoonpanoprosessin aikana varmistaakseen, että järjestelmä täyttää voima-, tarkkuus- ja käyttöikävaatimukset.

Laserinterferometrejä käytetään usein koneiden linjaukseen mikronien ja kaarisekuntien tarkkuudella. Esimerkiksi Renishawin laserinterferometri auttaa linjaamaan portaalikiskojen tasaisuutta, suoruutta ja suorakulmaisuutta.

Muut työkalut, kuten Hamarin kohdistuslaserit, käyttävät pyöriviä lasersäteitä tarkkoina referenssitasoina avaruudessa, ja anturit on sijoitettu liikkuvalle liukukiskolle. Kiskojen tasausruuvien säätäminen tai kiskojen alle asetettavat säätölevyt suuntaavat kiskon tai alustan haluttuun asentoon. Kiskojen tasaaminen suurella tarkkuudella voi kestää päiviä tai viikkoja koneen tarkkuustasosta, koosta ja kokoonpanosta riippuen.

Alhaisemman tarkkuuden kohdistusvaatimuksiin käytetään erilaisia ​​mekaanisia komponentteja, kuten elektronisia tasauslaitteita, mittakelloja, suoria reunoja ja rinnakkaispalkkeja. Näiden avulla teknikot kohdistavat pääkiskon mittakellon avulla tarkkuusasennuspintaa tai viivainta vasten. Kun toinen kisko on kiristetty vaadittuun tarkkuuteen, liukukiskoa ohjataan sitä pitkin, samalla kun toisen kelluvan kiskon pultit kiristetään mittakellon tai ohjausliukukiskon avulla.

Kohdistusmenetelmästä riippumatta on varmistettava, että jäljelle jäävä kohdistusvirhe ei kohdista lavakiskoihin voimia, jotka voivat johtaa lyhyeen käyttöikään tai katastrofaaliseen vikaantumiseen.

Gantry-järjestelmät, joita joskus kutsutaan karteesisiksi roboteiksi, ovat ihanteellisia paikannusjärjestelmiä automatisoiduille siirtolinjoille. Tällaisessa valmistusprosessissa jatkuva tai indeksoiva kuljetin siirtää osia yhdeltä gantry-asemalta toiselle. Jokainen kuljetinlinjan gantry-asema käsittelee työkalua osan suhteen suorittaakseen valmistustoimintoja, kuten koneistusta, liimausta, kokoonpanoa, tarkastusta, tulostusta tai pakkausta. Gantry-järjestelmiä käytetään yleisesti tuotteiden paikantamiseen automatisoiduilla siirtolinjoilla.

On selvää, että jokaisen siirtolinjan koneen luotettavuuden on oltava erittäin korkea seisokkiaikojen minimoimiseksi, koska yhden koneen seisokkiaika voi pysäyttää koko siirtolinjan kalliisti. Lisäksi portaalit sisältävät monia kriittisiä elementtejä, kuten ohjaimen, vahvistimen, moottorin, kytkimen, toimilaitteen (kuten kuularuuvin, hihnan tai lineaarimoottorin), kiskot, liukukiskon, jalustan, pysäyttimet, kooderin ja kaapelit. Koko portaalijärjestelmän luotettavuus on kaikkien komponenttien luotettavuuden tilastollinen summa.

Järjestelmän korkean luotettavuuden varmistamiseksi jokainen komponentti on mitoitettava siten, että sen kuormitus käytön aikana ei ylitä nimellisarvojaan. Vaikka kunkin komponentin mitoitus voi olla suoraviivainen suunnittelutehtävä komponenttivalmistajan suositusten mukaisesti, lineaarikiskovauriot ovat jonkin verran monimutkaisempia. Ne riippuvat kuormankantokyvyn, koon ja tarkkuuden lisäksi niiden tarkasta sijainnista avaruudessa.

Väärän linjauksen ongelmat

Lähes jokainen lineaarikiskovalmistaja on yhtä mieltä siitä, että virheellinen linjaus johtaa ongelmiin. Kaikista lineaarilaakereiden ennenaikaiseen vikaantumiseen vaikuttavista tekijöistä virheellinen linjaus on listan kärjessä.

Se luokitellaan kiskon linjausvirheiksi, joihin kuuluvat:flakkaus: materiaalin poistaminen kiskon pinnalta;käyttääliiallisen kitkan seuraukset;sisennys: pallot muokkaavat kiskoja; javaurioituneet osat: kiskojen urista putoavien kuulan aiheuttamat vääntyneet kiskot.

Yleisiä kiskon virheasennon perimmäisiä syitä ovat lineaaristen kiskojen epätasaisuus, suoruus, yhdensuuntaisuus ja samatasoisuus. Näitä syitä voidaan minimoida tai poistaa asianmukaisilla kokoonpano- ja kohdistustekniikoilla, jotka puolestaan ​​minimoivat kiskon ylikuormituksen. Muita lineaaristen kiskojen vikaantumisen perimmäisiä syitä ovat riittämätön voitelu ja vieraiden hiukkasten pääsy sisään, joita voidaan lieventää asianmukaisella tiivistyksellä ja säännöllisellä voitelulla. Vaikka ne ovat tärkeitä, ne eivät kuulu tämän artikkelin piiriin.

Linjauksen perusteet

Gantry-kiskot sisältävät tyypillisesti kiertäviä kuulalaakereita, jotka on esikuormitettu juoksuurteisiinsa suuren jäykkyyden aikaansaamiseksi. Suuri jäykkyys ja pieni liikkuva massa ovat kriittisiä gantry-ominaisuuksia, koska ne määrittelevät järjestelmän alhaisimman ominaistaajuuden. Korkea ominaistaajuus, luokkaa 150 Hz, vaaditaan suurelle kaistanleveydelle. Suuri kaistanleveys, luokkaa 40 Hz, vaaditaan suurelle dynaamiselle tarkkuudelle. Korkea dynaaminen tarkkuus, kuten vakionopeus muutaman mikronin paikkavirheellä tai lyhyt asettumisaika, muutamasta millisekunnista alle mikronin asettumisikkunaan, vaaditaan vastaavasti korkean osan laadun ja suuren läpimenon saavuttamiseksi. Näitä suorituskykyominaisuuksia vaaditaan tyypillisesti ristiriitaisissa olosuhteissa, joissa suuri kiihtyvyys ja tasainen liike vaikuttavat toisiinsa prosesseissa, kuten piirilevyjen tarkastuksessa, mustesuihkutulostuksessa ja laserpiirroksessa.

Laakerit esikuormitetaan, jotta varmistetaan laakerin korkea jäykkyys – luokkaa 100 N/µm. Kuitenkin mikä tahansa kymmenien mikronien luokkaa oleva virhe laakerin kahden sivun välillä, joko pystysuorassa (tasomaisuus) tai vaakasuorassa (suoruus), voi lisätä laakerin kuormitusta dramaattisesti. Tämä puolestaan ​​voi johtaa katastrofaaliseen vikaantumiseen, koska kuulat putoavat laakerin urista tai kiskoihin muodostuu syviä painaumia. Pienemmät laakerin muodonmuutokset voivat silti lyhentää laakerin käyttöikää merkittävästi.

Lineaarikiskojen kohdistaminen 10 mikronin tarkkuudella pitkillä matkoilla (luokkaa 1–3 metriä) vaatii kalliita työkaluja, kuten laserinterferometrin ja erikoislaitteita. Näitä työkaluja ei välttämättä ole helposti saatavilla tyypilliselle loppukäyttäjälle tai järjestelmäintegraattorille. Ilman näitä työkaluja kiskojen virheellinen kohdistus voi olla järjestelmän alhaisen luotettavuuden, korkeiden ylläpitokustannusten, seisokkiaikojen ja lyhyen käyttöiän perimmäinen syy.

Onneksi on olemassa useita kentällä testattuja virheiden kompensointivaihtoehtoja, jotka eivät välttämättä vaadi laajoja kohdistustyökaluja, mutta tarjoavat silti korkean arvon vähentämällä kiskon virheiden mahdollisesti ankaria vaikutuksia. Näistä virheiden kompensointilaitteista tulee olennainen osa portaalin runkoa, ja ne tarjoavat tarvittavat vapausasteet laakereiden ylikuormituksen estämiseksi erilaisissa portaalin kiskojen kiinnityksissä ja akselikäyttökokoonpanoissa.

Virheen kinematiikka

Ymmärtääkseen, miten linjausvirheiden kompensaattori toimii, on ymmärrettävä kompensaattorin kinemaattiset ominaisuudet osana sen portaalijärjestelmää. Esimerkkinä oheinen 3D-portaalikaavio näyttää neljä tukea. Vaiheiden X perusta₁(yhdistetty linkki 10) ja X₂(linkki 1) on esitetty liioitellusti vinossa kallistuksen, kallistuksen ja rullauksen suhteen toisiinsa nähden sekä tasaisuuden ja yhdensuuntaisuuden suhteen. Oletetaan, että vasen X₁Vaunu (9) on moottoroitu päälaite, ja siinä on pallonivel (j), joka tukee Y-vaihetta (4). Vastakkainen moottoroitu oikea X₂Vaiheessa (3) on yksi pallonivel (b) ja yksi lineaarinen liukunivel (c), jotka tukevat Y-vaihetta. Muut X-vaunut (7 ja 6) ovat välipyöriä ja tukevat myös Y-vaihetta pallonivelen ja lineaarisen liukukiskon avulla.

Laskemalla vapausasteiden kokonaismäärän ja vähentämällä rajoitteiden kokonaismäärän, saadaan 1 vapausaste. Tämä tarkoittaa, että vain pää-X-akseli voi liikkua itsenäisesti ja kaikki muut lenkit seuraavat perässä. Tässä tapauksessa, jos toinen itsenäinen moottori käyttää toista X-akselia, kiskoihin voi kohdistua liiallinen kuormitus. Tämä on ei-toivottu kokoonpano pitkille Y-vaiheille, ja siksi insinöörien on tehtävä korjaavia muutoksia, jotta toinen X-vaihe voi liikkua itsenäisesti ensimmäisestä X-vaiheesta.

Järjestelmään lisättävä vapausaste, kuten X-orjalle, tarkoittaa toisen vapausasteen lisäämistä yhteen nivelistä. Yleinen ratkaisu tällaisissa kokoonpanoissa antaa yhden välirullan liukusäätimen saada vapausasteen Z-suunnassa, esimerkiksi pallonivelten d ja liukusäätimen e välillä.

Tuloksena on Y-vaiheen kinemaattinen kiinnitys nivelissä b, j ja i, joka mukautuu vaiheen 4 tason 3D-suuntaukseen ilman rajoituksia. Jotta vaiheen 4 tukea ei kuitenkaan tarvittaisi vain kolmesta kulmapisteestä, on yleinen käytäntö lisätä jonkin verran joustavuutta Z-suunnassa nivelen d ja liukukiskon e väliin osan kuorman ottamiseksi. Joissakin tapauksissa lenkin 4 joustavuus voi olla riittävä; toisissa tapauksissa voidaan käyttää joustavaa Belleville-aluslevyä.

Kompensaattorien mallit

Integroidut linjausvirheiden kompensaattorit on tarkoitettu 2D-portaalikokoonpanoihin. Rakenne sisältää kaksi levyä, jotka ympäröivät taipumaa, joka tarjoaa lineaarisen vapausasteen Y-suunnassa.

Tarkastellaan kahta linjausvirheiden kompensointiratkaisua. Toinen on yhdistetty pyörivä nivel lineaarisella liukuliitoksella 3D-portaalikokoonpanoa varten. Toinen on integroitu pyörivä nivel lineaarisella taivutusliitoksella 2D-portaalikokoonpanoa varten. 2D-versiossa oletetaan, että portaalikiskot X₁ja X₂ovat samassa tasossa.

Yhdistelmäliitosten suunnittelu.Tarkastellaan tölkkien valmistusprosessissa olevaa gantry-sovellusta. Gantryssa on kaksi hihnakäyttöistä vaihetta, jotka kannattavat tukevaa hitsattua runkoa neljällä liukukiskolla. Servomoottori käyttää kutakin portaalivaihetta isäntä-orja-kokoonpanossa. Hihna käyttää kunkin vaiheen yhtä liukukiskoa, ja toinen liukukisko on välirulla.

Loppukäyttäjän kokoamat vaiheet kokivat ennenaikaisen vikaantumisen vaiheen laakerissa. Ongelma korjattiin lisäämällä neljä helposti saatavilla olevaa, neljään lineaariliukukiskoon asennettua vakiomuotoista palloniveltä kahden gantry-lineaarivaiheen neljään liukukiskoon. Jotta kokoonpano vastaisi aiemmin käsiteltyä gantrya, toinen liukukisko "maadoitettiin" lukituslevyllä. Uudelleensuunnittelu ratkaisi ongelman kokonaan.

Tällaisen kompensaattorin käytön haittana on kuitenkin huomattava korkeuden kasvu, joka voi vaatia muutoksia Z-vaiheeseen.

Integroitujen nivelten suunnittelu.Integroitua linjausvirheen kompensaattoria voidaan käyttää 2D-kantolaitekokoonpanoissa. Rakenne sisältää kaksi levyä. Toisessa levyssä on kiinnitysreiät kantolaitteen X-liukukiskoon ja toisessa levyssä on kiinnitysreiät poikkiakselin Y-pöydän pohjaan. Keskellä oleva laakeri yhdistää nämä kaksi levyä.

Lisäksi yhdessä levyssä on taivutus, joka tarjoaa lineaarisen vapausasteen Y-suunnassa. Jotta samaa komponenttia voidaan käyttää kaikissa liitoksissa, voidaan käyttää kahta pulttia taivutuksen lineaarisen vapausasteen "maadoittamiseksi" ja säilyttää vain pyörimisliikevapaus kahden levyn välillä. Taivutus on suunniteltu toimimaan suurimmalla taipumalla väsymisrajan alapuolella.

Lopuksi, jotta 2D-portaalikokoonpanoissa estettäisiin taivutuksen kuormittaminen taivutusmomentilla Y-akselin ympäri, neljä kiinnityspulttia ottaa vastaan ​​momenttikuormat.

Tämän rakenteen etuja ovat integroidut komponentit, matala profiili, kompakti koko ja helppo kokoonpano olemassa oleviin portaalivaiheisiin alle 15 minuutissa.