किफायती मिसलिग्न्मेंट-क्षतिपूर्ति तकनीकें बेयरिंग ओवरलोड और समयपूर्व गैन्ट्री विफलता को रोकती हैं

गैन्ट्री संरेखण उपकरण

जब पोजिशनिंग-सिस्टम निर्माता गैन्ट्री सिस्टम का निर्माण करते हैं, तो वे आमतौर पर असेंबली प्रक्रिया के दौरान विशेष संरेखण उपकरणों का उपयोग करते हैं ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि वे बल, परिशुद्धता और जीवन विनिर्देशों को पूरा करते हैं।

मशीनों को माइक्रोन और आर्क सेकंड के क्रम में सटीकता से संरेखित करने के लिए अक्सर लेज़र इंटरफेरोमीटर का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, रेनिशॉ का एक लेज़र इंटरफेरोमीटर गैन्ट्री रेल की समतलता, सीधापन और वर्गाकारता को संरेखित करने में मदद करता है।

अन्य उपकरण, जैसे कि हैमर के अलाइनमेंट लेज़र, अंतरिक्ष में परिशुद्धता संदर्भ तलों के रूप में घूर्णन लेज़र किरणों का उपयोग करते हैं, और सेंसर गतिशील स्लाइड पर स्थित होते हैं। रेल-लेवलिंग स्क्रू को समायोजित करके, या रेल के नीचे शिमिंग करके, रेल या स्टेज को वांछित दिशा में लाया जाता है। मशीन की सटीकता के स्तर, आकार और विन्यास के आधार पर, रेल को उच्च परिशुद्धता से समतल करने में कई दिन या हफ़्ते लग सकते हैं।

कम सटीकता वाले संरेखण की आवश्यकताओं के लिए, विभिन्न यांत्रिक घटकों का उपयोग किया जाता है, जिनमें इलेक्ट्रॉनिक लेवलर, डायल इंडिकेटर, सीधे किनारे और समानांतर बीम शामिल हैं। इनके साथ, तकनीशियन मास्टर रेल को एक सटीक माउंटिंग सतह या सीधे किनारे पर डायल इंडिकेटर के साथ संरेखित करते हैं। एक रेल को उसकी आवश्यक सटीकता तक कसने के बाद, एक स्लाइड को निर्देशित किया जाता है जबकि दूसरी फ्लोटिंग रेल के बोल्ट को डायल इंडिकेटर या गाइडिंग स्लाइड का उपयोग करके कस दिया जाता है।

संरेखण विधि चाहे जो भी हो, यह सुनिश्चित किया जाना चाहिए कि अवशिष्ट असंरेखण से स्टेज रेल पर बल नहीं पड़ेगा, जिसके परिणामस्वरूप अल्प जीवन या विनाशकारी विफलता हो सकती है।

गैन्ट्री प्रणालियाँ, जिन्हें कभी-कभी कार्टेशियन रोबोट भी कहा जाता है, स्वचालित स्थानांतरण लाइनों के लिए आदर्श पोजिशनिंग प्रणालियाँ हैं। इस प्रकार की निर्माण प्रक्रिया में, एक सतत या अनुक्रमण कन्वेयर एक गैन्ट्री स्टेशन से दूसरे गैन्ट्री स्टेशन तक पुर्जों को स्थानांतरित करता है। कन्वेयर लाइन पर स्थित प्रत्येक गैन्ट्री स्टेशन, मशीनिंग, चिपकाने, संयोजन, निरीक्षण, मुद्रण या पैकेजिंग जैसे निर्माण कार्यों को करने के लिए, पुर्जे के संबंध में एक उपकरण का उपयोग करता है। गैन्ट्री का उपयोग आमतौर पर स्वचालित स्थानांतरण लाइनों पर उत्पादों की पोजिशनिंग के लिए किया जाता है।

स्पष्ट रूप से, डाउनटाइम को न्यूनतम रखने के लिए ट्रांसफर-लाइन संचालन में प्रत्येक मशीन की विश्वसनीयता अत्यंत उच्च होनी चाहिए, क्योंकि एक मशीन के डाउनटाइम के कारण पूरी ट्रांसफर लाइन महंगी रूप से ठप हो सकती है। इसके अलावा, गैन्ट्री में कई महत्वपूर्ण तत्व शामिल होते हैं, जैसे नियंत्रक, एम्पलीफायर, मोटर, कपलिंग, एक्चुएटर (जैसे बॉलस्क्रू, बेल्ट या लीनियर मोटर), रेल, स्लाइड, बेस, स्टॉप, एनकोडर और केबल। संपूर्ण गैन्ट्री प्रणाली की विश्वसनीयता सभी घटकों की विश्वसनीयता का सांख्यिकीय योग है।

उच्च प्रणाली विश्वसनीयता के लिए, प्रत्येक घटक का आकार इस प्रकार निर्धारित किया जाना चाहिए कि संचालन के दौरान उसका भार उसके निर्धारित मानों से अधिक न हो। हालाँकि प्रत्येक घटक का आकार निर्धारित करना एक सीधा-सादा इंजीनियरिंग कार्य हो सकता है, जैसा कि घटक निर्माता द्वारा अनुशंसित है, रैखिक-रेल विफलता मोड कुछ अधिक जटिल होते हैं। वे भार वहन क्षमता, आकार और परिशुद्धता के अलावा, अंतरिक्ष में अपने सटीक अभिविन्यास पर भी निर्भर करते हैं।

गलत संरेखण की समस्याएं

लगभग हर रैखिक-रेल निर्माता इस बात से सहमत है कि गलत संरेखण समस्याओं का कारण बनता है। रैखिक बियरिंग्स की समयपूर्व विफलता में योगदान देने वाले सभी कारकों में, गलत संरेखण सूची में सबसे ऊपर है।

यह वर्गीकृत रेल मिसलिग्न्मेंट विफलताएं हैं जिनमें शामिल हैं:fझील: रेल सतह से सामग्री को हटाना;घिसाव: अत्यधिक घर्षण के परिणाम;खरोज: गेंदें रेल को विकृत कर देती हैं; औरक्षतिग्रस्त भागों: रेल के खांचों से गेंदें गिरने के कारण विकृत रेलें।

रेल के गलत संरेखण के सामान्य मूल कारणों में रैखिक रेलों की समतलता, सीधापन, समांतरता और सहसमतलता का अभाव शामिल है। उचित संयोजन और संरेखण तकनीकों द्वारा इन कारणों को कम या समाप्त किया जा सकता है, जिससे रेल अधिभार न्यूनतम हो जाता है। रैखिक-रेल विफलता के अन्य मूल कारणों में अपर्याप्त स्नेहन और बाहरी कणों का प्रवेश शामिल है, जिन्हें उचित सीलिंग और समय-समय पर स्नेहन द्वारा कम किया जा सकता है। महत्वपूर्ण होते हुए भी, ये इस लेख के दायरे से बाहर हैं।

संरेखण मूल बातें

गैन्ट्री रेल में आम तौर पर पुनःपरिसंचारी बॉल बेयरिंग शामिल होते हैं जो उच्च कठोरता प्रदान करने के लिए अपने रनिंग ग्रूव में पहले से लोड किए जाते हैं। उच्च कठोरता और कम गतिशील द्रव्यमान महत्वपूर्ण गैन्ट्री विशेषताएँ हैं, क्योंकि वे न्यूनतम सिस्टम प्राकृतिक आवृत्ति को परिभाषित करते हैं। उच्च स्थिति बैंडविड्थ के लिए 150 हर्ट्ज के क्रम की उच्च प्राकृतिक आवृत्ति आवश्यक है। उच्च गतिशील सटीकता के लिए 40 हर्ट्ज के क्रम की उच्च स्थिति बैंडविड्थ आवश्यक है। उच्च गतिशील सटीकता, जैसे कुछ माइक्रोन की स्थिति त्रुटि के साथ स्थिर वेग, या कम निपटान समय, कुछ मिलीसेकंड से लेकर सबमाइक्रोन निपटान विंडो के क्रम में, क्रमशः उच्च भाग गुणवत्ता और उच्च थ्रूपुट के लिए आवश्यक हैं। ये प्रदर्शन विशेषताएँ आम तौर पर पीसीबी निरीक्षण, इंकजेट प्रिंटिंग और लेजर स्क्राइबिंग जैसी प्रक्रियाओं में उच्च त्वरण और सुचारू गति के परस्पर विरोधी प्रभावों के तहत आवश्यक होती हैं।

उच्च गैन्ट्री कठोरता सुनिश्चित करने के लिए—लगभग 100 N/µm—बियरिंग पहले से लोड की जाती हैं। हालाँकि, दोनों गैन्ट्री पक्षों के बीच लगभग 10 माइक्रोन का कोई भी गलत संरेखण, चाहे ऊर्ध्वाधर (समतलता) हो या क्षैतिज (सीधापन), बेयरिंग भार में नाटकीय रूप से वृद्धि कर सकता है। इसके परिणामस्वरूप, बेयरिंग के खांचों से बॉल्स के बाहर गिरने या रेल में गहरे गड्ढों के कारण विनाशकारी विफलता हो सकती है। बेयरिंग में थोड़ी सी भी विकृति बेयरिंग के जीवनकाल को काफी कम कर सकती है।

लंबी दूरी (लगभग 1 से 3 मीटर) पर रैखिक रेल को 10 माइक्रोन की सटीकता के साथ संरेखित करने के लिए लेज़र इंटरफेरोमीटर और विशेष उपकरणों जैसे महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है। ये उपकरण सामान्य अंतिम उपयोगकर्ता या सिस्टम इंटीग्रेटर के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं हो सकते हैं। इन उपकरणों के बिना, रेल का गलत संरेखण कम सिस्टम विश्वसनीयता, उच्च रखरखाव लागत, डाउनटाइम और कम सिस्टम जीवन का मूल कारण हो सकता है।

सौभाग्य से, क्षेत्र-सिद्ध मिसअलाइनमेंट क्षतिपूर्ति के कई विकल्प उपलब्ध हैं जिनके लिए व्यापक संरेखण उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती, फिर भी ये रेल मिसअलाइनमेंट के संभावित कठोर प्रभावों को कम करके उच्च मूल्य प्रदान करते हैं। ये मिसअलाइनमेंट क्षतिपूर्ति उपकरण गैन्ट्री फ्रेम के अभिन्न अंग बन जाते हैं और विभिन्न गैन्ट्री रेल माउंटिंग और एक्सिस-ड्राइव कॉन्फ़िगरेशन में बेयरिंग ओवरलोड को रोकने के लिए आवश्यक स्वतंत्रता प्रदान करते हैं।

मिसलिग्न्मेंट की गतिकी

मिसअलाइनमेंट कम्पेसाटर कैसे काम करता है, यह समझने के लिए, कम्पेसाटर की गतिज विशेषताओं को उसके गैन्ट्री सिस्टम के एक भाग के रूप में समझना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, संलग्न 3D गैन्ट्री आरेख चार सपोर्ट दिखाता है। स्टेज X के आधार₁(जुड़ा लिंक 10) और X₂(लिंक 1) को एक-दूसरे के सापेक्ष पिच, यॉ और रोल के साथ-साथ समतलता और समांतरता में अतिशयोक्तिपूर्ण रूप से बेमेल दिखाया गया है। मान लीजिए कि बायाँ X है₁गाड़ी (9) मोटर चालित मास्टर है, और इसमें एक गोलाकार जोड़ (j) है जो Y स्टेज (4) को सहारा देता है। विपरीत मोटर चालित दायाँ X₂स्टेज (3) में एक गोलाकार जोड़ (b) और एक रैखिक स्लाइड जोड़ (c) है जो Y स्टेज को सहारा देते हैं। अन्य X कैरिज (7 और 6) आइडलर हैं और एक गोलाकार जोड़ और एक रैखिक स्लाइड द्वारा Y स्टेज को सहारा देते हैं।

फिर स्वतंत्रता की कुल कोटि की गणना करके और बाधाओं की कुल संख्या घटाने पर, परिणाम 1 स्वतंत्रता की कोटि प्राप्त होता है। इसका अर्थ है कि केवल मास्टर X अक्ष ही स्वतंत्र रूप से गति कर सकता है और अन्य सभी कड़ियाँ उसका अनुसरण करेंगी। इस स्थिति में, यदि कोई अन्य स्वतंत्र मोटर दूसरे X को चलाती है, तो रेल पर अत्यधिक भार पड़ सकता है। यह लंबे Y चरणों के लिए एक अवांछनीय विन्यास है और इसलिए, इंजीनियरों को दूसरे X चरण को पहले X चरण से स्वतंत्र रूप से गति करने देने के लिए सुधारात्मक परिवर्तन करने होंगे।

सिस्टम में स्वतंत्रता की एक और डिग्री जोड़ने का मतलब है, जैसे कि X स्लेव के लिए, किसी एक जोड़ में स्वतंत्रता की एक और डिग्री जोड़ना। ऐसे विन्यासों में एक सामान्य समाधान यह है कि एक आइडलर स्लाइड को Z दिशा में स्वतंत्रता की एक डिग्री मिलती है, उदाहरण के लिए, गोलाकार जोड़ d और स्लाइड जोड़ e के बीच।

परिणामस्वरूप, Y चरण के लिए जोड़ों b, j, और i पर एक गतिज माउंट प्राप्त होगा, जो चरण 4 तल के त्रि-आयामी अभिविन्यास को बिना किसी बाधा के समायोजित कर सकेगा। हालाँकि, चरण 4 को केवल तीन कोनों पर अवलंबित होने से बचाने के लिए, सामान्यतः जोड़ d और स्लाइड e के बीच Z दिशा में कुछ अनुपालन जोड़कर भार को कुछ हद तक कम किया जाता है। कुछ मामलों में, लिंक 4 का लचीलापन पर्याप्त हो सकता है; अन्य मामलों में, एक अनुपालनशील बेलेविल वॉशर का उपयोग किया जा सकता है।

कम्पेसाटर डिज़ाइन

एकीकृत मिसअलाइनमेंट कम्पेसाटर 2D गैन्ट्री विन्यास के लिए अभिप्रेत हैं। इस डिज़ाइन में एक फ्लेक्सचर के चारों ओर दो प्लेटें शामिल हैं जो Y दिशा में रैखिक स्वतंत्रता प्रदान करती हैं।

आइए दो मिसअलाइनमेंट-कम्पेसाटर डिज़ाइनों की समीक्षा करें। एक, 3D गैन्ट्री विन्यास के लिए, एक रैखिक स्लाइडर जोड़ वाला एक मिश्रित रिवोल्यूट जोड़ है। दूसरा, 2D गैन्ट्री विन्यास के लिए, एक रैखिक फ्लेक्सचर जोड़ वाला एक एकीकृत रिवोल्यूट जोड़ है। 2D संस्करण में, मान लें कि गैन्ट्री रेल X₁और एक्स₂सहसमतलीय हैं।

मिश्रित-जोड़ों का डिज़ाइन.कैन निर्माण प्रक्रिया में गैन्ट्री अनुप्रयोग पर विचार करें। गैन्ट्री में दो बेल्ट-चालित चरण होते हैं जो चार स्लाइडों पर एक मज़बूत वेल्डमेंट फ़्रेम को सहारा देते हैं। एक सर्वोमोटर प्रत्येक गैन्ट्री चरण को मास्टर-स्लेव विन्यास में चलाता है। एक बेल्ट प्रत्येक चरण की एक स्लाइड को चलाता है, और दूसरी स्लाइड एक आइडलर है।

अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा असेंबल किए गए स्टेजों में स्टेज की बेयरिंग में समय से पहले ही खराबी आ गई। इस समस्या का समाधान दो गैन्ट्री रैखिक स्टेजों की चार स्लाइडों में चार रैखिक स्लाइडों पर लगे चार आसानी से उपलब्ध मानक गोलाकार जोड़ों को जोड़कर किया गया। पहले चर्चा की गई गैन्ट्री के विन्यास से मेल खाने के लिए, एक स्लाइड को एक लॉकिंग प्लेट से "ग्राउंडेड" किया गया। इस पुनर्रचना ने समस्या का पूरी तरह से समाधान कर दिया।

हालांकि, ऐसे कम्पेसाटर का उपयोग करने का नुकसान यह है कि इससे ऊंचाई में काफी वृद्धि हो जाती है, जिसके लिए Z चरण में परिवर्तन की आवश्यकता हो सकती है।

एकीकृत-जोड़ों डिजाइन.एक एकीकृत मिसअलाइनमेंट कम्पेसाटर का उपयोग 2D गैन्ट्री विन्यास में किया जा सकता है। इस डिज़ाइन में दो प्लेटें शामिल हैं। एक प्लेट में गैन्ट्री X स्लाइड के लिए माउंटिंग छेद हैं और दूसरी प्लेट में क्रॉस-एक्सिस Y स्टेज के आधार के लिए माउंटिंग छेद हैं। केंद्र में एक बेयरिंग दोनों प्लेटों को जोड़ता है।

इसके अलावा, एक प्लेट में एक फ्लेक्सचर होता है जो Y दिशा में रैखिक स्वतंत्रता प्रदान करता है। सभी जोड़ों के लिए एक ही घटक का उपयोग करने के लिए, फ्लेक्सचर की रैखिक स्वतंत्रता को "ग्राउंड" करने के लिए दो बोल्ट का उपयोग किया जा सकता है और दोनों प्लेटों के बीच केवल घूर्णी गति की स्वतंत्रता बनाए रखी जा सकती है। फ्लेक्सचर को थकान सीमा से नीचे अधिकतम विक्षेपण पर संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

अंततः, 2D गैन्ट्री विन्यास के मामले में, वाई अक्ष के चारों ओर झुकने वाले क्षण में फ्लेक्सचर को लोड करने से रोकने के लिए, चार रिटेनिंग बोल्ट क्षण भार को उठाते हैं।

इस डिजाइन के लाभों में एकीकृत घटक, निम्न प्रोफ़ाइल, कॉम्पैक्ट आकार, तथा 15 मिनट से भी कम समय में मौजूदा गैन्ट्री चरणों में संयोजन की आसानी शामिल है।