Ja miten sen voi välttää…

Gantry-järjestelmät eroavat muuntyyppisistä moniakselisista järjestelmistä (kuten karteesisista roboteista ja XY-pöydistä) siten, että niissä käytetään kahta rinnakkaista perusakselia (X), joita yhdistää kohtisuora (Y)-akseli. Vaikka tämä kaksois-X-akselijärjestely tarjoaa laajan ja vakaan tilan ja mahdollistaa gantry-järjestelmille suuren kuormituskapasiteetin, pitkät liikeradat ja hyvän jäykkyyden, se voi myös johtaa ilmiöön, jota yleisesti kutsutaan hyllystöiksi.

Aina kun kaksi lineaariakselia on asennettu ja kytketty rinnakkain, on olemassa riski, että akselit eivät liiku täydellisessä synkronoinnissa. Toisin sanoen liikkeen aikana toinen X-akseleista voi "jäädä jälkeen" toisesta, ja johtava akseli yrittää vetää jäljessä olevaa kumppaniaan mukanaan. Kun näin tapahtuu, yhdistävä (Y) akseli voi vääristyä – se ei ole enää kohtisuorassa kahteen X-akseliin nähden. Tilannetta, jossa X- ja Y-akselit menettävät ortogonaalisuuden, kutsutaan rackingiksi, ja se voi johtaa sidontaan järjestelmän liikkuessa X-suunnassa sekä mahdollisesti vahingollisiin voimiin sekä X- että Y-akseleissa.

Gantry-järjestelmien hyllystöjen juuttumista voi aiheuttaa useita suunnittelu- ja kokoonpanotekijöitä, mutta yksi vaikutusvaltaisimmista tekijöistä on X-akseleiden käyttötapa. Kun kaksi X-akselia on kytketty rinnakkain, suunnittelijat voivat joko käyttää kumpaakin X-akselia erikseen tai käyttää toista akselia ja käsitellä toista "orjana" tai seuraajana.

Hitaissa sovelluksissa, joissa kahden X-akselin välinen etäisyys on suhteellisen pieni (lyhyt Y-akselin isku), voi olla hyväksyttävää käyttää vain yhtä X-akselia ja antaa toisen X-akselin toimia seuraajana ilman käyttömekanismia. Tässä rakenteessa keskeinen huolenaihe on akseleiden välisen liitoksen jäykkyys – toisin sanoen Y-akselin jäykkyys.

Koska vetävä akseli käytännössä "vetää mukanaan" ei-vetävää akselia, jos niiden välinen liitos taipuu, kiertyy tai käyttäytyy muuten epäjäykästi, mikä tahansa kitka- tai kuormitusero kahden X-akselin välillä voi välittömästi johtaa hamstraukseen ja juuttumiseen. Ja mitä pidempi Y-akseli on, sitä vähemmän jäykkä se on. Tästä syystä "vetävää seuraajaa" -järjestelyä suositellaan yleensä sovelluksiin, joissa X-akseleiden välinen etäisyys on alle metrin.

Kehittyneempi käyttöratkaisu on käyttää erillistä moottoria kullakin akselilla, jolloin moottorit synkronoidaan isäntä-orja-järjestelyssä ohjaimen kautta. Tässä järjestelyssä mekaanisten käyttöjen liikevirheiden on kuitenkin oltava täydellisesti (tai lähes täydellisesti) sovitettuja – muuten pienet poikkeamat kunkin akselin moottorin kierrosta kohti kulkemassa matkassa voivat aiheuttaa jumiutumista ja juuttumista.

Suurissa ja tarkkoissa portaalisovelluksissa ensisijaisia ​​käyttömekanismeja ovat kuularuuvit ja hammastankokäytöt. Molempia tekniikoita voidaan valikoivasti sovittaa yhteen, jotta saadaan aikaan samanlainen lineaarinen virhe jokaisella akselilla, jolloin vältetään virheiden kasautuminen, jota voi esiintyä erillisissä käyttökokoonpanoissa. Koska hihna- ja ketjukäytöissä on nousuvirheitä, joita on vaikea sovittaa ja kompensoida, niitä ei yleensä suositella portaalijärjestelmiin, kun X-akseleita käytetään erikseen. Toisaalta lineaarimoottorit ovat erinomainen valinta portaalijärjestelmien rinnakkaisakseleille, koska niissä ei ole mekaanista virhettä ja ne voivat tarjota pitkiä liikematkoja ja suuria nopeuksia.

Toinen ratkaisu – eräänlainen kompromissi edellä kuvattujen kahden vaihtoehdon välillä – on käyttää yhtä moottoria molempien X-akseleiden käyttämiseen. Tämä voidaan tehdä kytkemällä moottorikäyttöisen akselin lähtö toisen akselin tuloon etäisyyskytkimen (jota kutsutaan myös yhdysakseliksi) kautta. Tämä kokoonpano poistaa toisen moottorin (ja siihen liittyvän tarvittavan synkronoinnin).

Etäisyyskytkimen vääntöjäykkyys on kuitenkin tärkeä. Jos akselien välillä siirtyvä vääntömomentti aiheuttaa kytkimen "kiertymisen", voi silti esiintyä jumiutumista ja jumiutumista. Tämä kokoonpano on usein hyvä vaihtoehto, kun X-akseleiden välinen etäisyys on yhdestä kolmeen metriä ja kuormitus- ja nopeusvaatimukset ovat kohtuulliset.

Toinen tekijä, joka voi aiheuttaa telineiden jumiutumista portaalijärjestelmissä, on kahden X-akselin välisen kiinnitystarkkuuden ja yhdensuuntaisuuden puute. Aina kun kaksi lineaarijohdetta asennetaan ja niitä käytetään rinnakkain, ne vaativat tietyn toleranssin yhdensuuntaisuudessa, tasaisuudessa ja suoruudessa, jotta vältetään toisen tai molempien ohjainten laakerien ylikuormitus. Portaalijärjestelmissä, joissa X-akselit ovat yleensä kaukana toisistaan ​​(Y-akselin pitkän liikeradan vuoksi), X-akseleiden kiinnityksestä ja yhdensuuntaisuudesta tulee entistä kriittisempää, ja kulmavirheet korostuvat pitkillä etäisyyksillä.

Eri ohjaintekniikat vaativat erilaisia ​​tarkkuustasoja yhdensuuntaisuuden, tasaisuuden ja suoruuden suhteen. Gantry-sovelluksissa paras lineaariohjaintekniikka yhdensuuntaisille X-akseleille on tyypillisesti se, joka tarjoaa eniten anteeksiantavuutta asennus- ja kohdistusvirheille ja tarjoaa silti vaaditun kuormituskapasiteetin ja jäykkyyden.

Kiertokuula- tai rullaprofiilikiskot tarjoavat tyypillisesti kaikista lineaarijohdetekniikoista suurimman kantavuuden ja jäykkyyden, mutta rinnakkaiskokoonpanossa käytettäessä ne vaativat erittäin tarkat asennuskorkeuden ja yhdensuuntaisuustoleranssit jumiutumisen välttämiseksi. Jotkut valmistajat tarjoavat "itseaseutuvia" versioita kiertävistä kuulalaakereista, jotka pystyvät kompensoimaan jonkin verran kohdistusvirheitä, vaikka jäykkyys ja kantavuus voivat heikentyä.

Toisaalta tarkkuuskiskoilla kulkevat ohjauspyörät vaativat vähemmän tarkkuutta asennuksessa ja kohdistuksessa kuin profiloidut kisko-ohjaimet. Ne voidaan asentaa jopa kohtalaisen epätarkoille pinnoille aiheuttamatta kulkuongelmia, kuten tärinää ja jumiutumista, vaikka kahta kiskoa käytettäisiin rinnakkain.

Vaikka kohdistus voidaan tehdä yksinkertaisilla työkaluilla, kuten mittakelloilla ja langoilla, gantry-järjestelmien pitkät langat tekevät siitä usein epäkäytännöllistä. Lisäksi useiden yhdensuuntaisten ja kohtisuorien akselien kohdistus lisää monimutkaisuutta ja vaadittavaa aikaa ja työtä eksponentiaalisesti.

Tästä syystä laserinterferometri on usein paras työkalu suoruuden, tasaisuuden ja ortogonaalisuuden varmistamiseksi gantry-akselien välillä.