किफायती मिसअलाइनमेंट-कंपनसेशन तकनीकें बेयरिंग ओवरलोड और समय से पहले गैन्ट्री की 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 अलाइनमेंट टूल का उपयोग करते हैं ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि वे बल, सटीकता और जीवनकाल संबंधी विशिष्टताओं को पूरा करते हैं।

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

हैमर के अलाइनमेंट लेज़र जैसे अन्य उपकरण, गतिशील स्लाइड पर लगे सेंसरों के साथ अंतरिक्ष में सटीक संदर्भ तल के रूप में घूर्णनशील लेज़र बीम का उपयोग करते हैं। रेल-लेवलिंग स्क्रू को समायोजित करके, या रेल के नीचे शिमिंग करके, रेल या स्टेज को वांछित स्थिति में लाया जा सकता है। रेल को उच्च परिशुद्धता के साथ समतल करने में मशीन के आकार, सटीकता स्तर और विन्यास के आधार पर कई दिन या सप्ताह लग सकते हैं।

कम सटीकता वाले संरेखण के लिए, इलेक्ट्रॉनिक लेवलर, डायल इंडिकेटर, स्ट्रेट एज और पैरेलल बीम सहित विभिन्न यांत्रिक घटकों का उपयोग किया जाता है। इनकी सहायता से, तकनीशियन डायल इंडिकेटर का उपयोग करके मास्टर रेल को सटीक माउंटिंग सतह या स्ट्रेट एज के साथ संरेखित करते हैं। एक रेल को आवश्यक सटीकता तक कसने के बाद, स्लाइड को आगे बढ़ाते हुए डायल इंडिकेटर या गाइडिंग स्लाइड का उपयोग करके दूसरी फ्लोटिंग रेल के बोल्ट कसे जाते हैं।

संरेखण विधि चाहे जो भी हो, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि अवशिष्ट कुसंरेखण स्टेज रेल पर बल न डाले, जिसके परिणामस्वरूप कम जीवनकाल या विनाशकारी विफलता हो सकती है।

गैन्ट्री सिस्टम, जिन्हें कभी-कभी कार्टेशियन रोबोट भी कहा जाता है, स्वचालित स्थानांतरण लाइनों के लिए आदर्श स्थिति निर्धारण प्रणाली हैं। इस प्रकार की विनिर्माण प्रक्रिया में, एक निरंतर या अनुक्रमण कन्वेयर पुर्जों को एक गैन्ट्री स्टेशन से दूसरे गैन्ट्री स्टेशन तक स्थानांतरित करता है। कन्वेयर लाइन के साथ स्थित प्रत्येक गैन्ट्री स्टेशन पुर्जे के संबंध में एक उपकरण का उपयोग करके मशीनिंग, ग्लूइंग, असेंबलिंग, निरीक्षण, प्रिंटिंग या पैकेजिंग जैसे विनिर्माण कार्यों को अंजाम देता है। गैन्ट्री का उपयोग आमतौर पर स्वचालित स्थानांतरण लाइनों पर उत्पादों की स्थिति निर्धारित करने के लिए किया जाता है।

स्पष्ट है कि किसी भी ट्रांसफर लाइन ऑपरेशन में डाउनटाइम को कम करने के लिए प्रत्येक मशीन की विश्वसनीयता अत्यंत उच्च होनी चाहिए, क्योंकि एक मशीन के डाउनटाइम से पूरी ट्रांसफर लाइन रुक सकती है और भारी नुकसान हो सकता है। इसके अलावा, गैन्ट्री में कई महत्वपूर्ण घटक शामिल होते हैं, जैसे कि कंट्रोलर, एम्पलीफायर, मोटर, कपलिंग, एक्चुएटर (जैसे बॉलस्क्रू, बेल्ट या लीनियर मोटर), रेल, स्लाइड, बेस, स्टॉप, एनकोडर और केबल। संपूर्ण गैन्ट्री सिस्टम 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 उस पर पड़ने वाला भार उसके निर्धारित मानों से अधिक न हो। घटक निर्माता द्वारा अनुशंसित प्रत्येक घटक का आकार निर्धारित करना एक सरल इंजीनियरिंग कार्य हो सकता है, लेकिन रैखिक रेल की विफलता के तरीके कुछ अधिक जटिल होते हैं। ये विफलताएँ भार वहन क्षमता, आकार और परिशुद्धता के साथ-साथ अंतरिक्ष में उनकी सटीक स्थिति पर भी निर्भर करती हैं।

संरेखण संबंधी समस्याएं

लगभग सभी लीनियर-रेल निर्माता इस बात से सहमत हैं कि संरेखण में गड़बड़ी से समस्याएं उत्पन्न होती हैं। लीनियर बेयरिंग की समय से पहले विफलता के लिए जिम्मेदार सभी कारकों में, संरेखण में गड़बड़ी प्रमुख कारणों में से एक है।

इसमें रेल की पटरी के गलत संरेखण से संबंधित वे विफलताएं शामिल हैं जिन्हें वर्गीकृत किया गया है:fझीलरेल की सतह से सामग्री हटाना;घिसावअत्यधिक घर्षण के परिणाम;खरोजगेंदें रेल को विकृत कर देती हैं; औरक्षतिग्रस्त भागरेल की खांचों से गेंदों के गिरने के कारण पटरियों का विरूपण।

रेल पटरियों के गलत संरेखण के सामान्य मूल कारणों में समतलता, सीधापन, समानांतरता और समतलीयता की कमी शामिल है। उचित संयोजन और संरेखण तकनीकों द्वारा इन कारणों को कम या समाप्त किया जा सकता है, जिससे रेल पर भार भी कम होता है। अन्य मूल कारणों में अपर्याप्त स्नेहन और बाहरी कणों का प्रवेश शामिल है, जिन्हें उचित सीलिंग और नियमित स्नेहन द्वारा कम किया जा सकता है। हालांकि ये महत्वपूर्ण हैं, लेकिन इस लेख के दायरे से बाहर हैं।

संरेखण की मूल बातें

गैन्ट्री रेल में आमतौर पर रीसर्कुलेटिंग बॉल बेयरिंग लगे होते हैं, जो उच्च कठोरता प्रदान करने के लिए पहले से ही उनके रनिंग ग्रूव्स में लोड किए जाते हैं। उच्च कठोरता और कम गतिमान द्रव्यमान गैन्ट्री की महत्वपूर्ण विशेषताएं हैं, क्योंकि ये न्यूनतम सिस्टम प्राकृतिक आवृत्ति निर्धारित करती हैं। उच्च स्थिति बैंडविड्थ के लिए लगभग 150 हर्ट्ज़ की उच्च प्राकृतिक आवृत्ति आवश्यक है। उच्च गतिशील सटीकता के लिए लगभग 40 हर्ट्ज़ की उच्च स्थिति बैंडविड्थ आवश्यक है। उच्च गतिशील सटीकता, जैसे कि कुछ माइक्रोन की स्थिति त्रुटि के साथ स्थिर वेग, या कम सेटलिंग समय, जो कुछ मिलीसेकंड से लेकर सबमाइक्रोन सेटलिंग विंडो तक होता है, क्रमशः उच्च पार्ट गुणवत्ता और उच्च थ्रूपुट के लिए आवश्यक है। पीसीबी निरीक्षण, इंकजेट प्रिंटिंग और लेजर स्क्राइबिंग जैसी प्रक्रियाओं में उच्च त्वरण और सुचारू गति के परस्पर विरोधी प्रभावों के तहत आमतौर पर इन प्रदर्शन विशेषताओं की आवश्यकता होती है।

गैन्ट्री की उच्च कठोरता (लगभग 100 N/µm) सुनिश्चित करने के लिए, बेयरिंग को पहले से लोड किया जाता है। हालांकि, ऊर्ध्वाधर (समतलता) या क्षैतिज (सीधापन) दिशा में गैन्ट्री के दोनों किनारों के बीच कुछ माइक्रोन के स्तर का भी विचलन बेयरिंग पर भार को काफी बढ़ा सकता है। इसके परिणामस्वरूप, बेयरिंग ग्रूव से बॉल के बाहर गिरने या रेल में गहरे गड्ढे बनने से गंभीर खराबी आ सकती है। बेयरिंग में मामूली विकृति भी उसके जीवनकाल को काफी कम कर सकती है।

लगभग 1 से 3 मीटर की लंबी दूरी तक रैखिक रेलों को कुछ माइक्रोन की सटीकता से संरेखित करने के लिए लेजर इंटरफेरोमीटर और विशेष फिक्स्चर जैसे महंगे उपकरणों की आवश्यकता होती है। ये उपकरण आम तौर पर अंतिम उपयोगकर्ता या सिस्टम इंटीग्रेटर के लिए आसानी से उपलब्ध नहीं होते हैं। इन उपकरणों के बिना, रेलों का गलत संरेखण कम सिस्टम विश्वसनीयता, उच्च रखरखाव लागत, डाउनटाइम और कम सिस्टम जीवनकाल का मूल कारण हो सकता है।

सौभाग्य से, कई ऐसे सिद्ध मिसअलाइनमेंट क्षतिपूर्ति विकल्प मौजूद हैं जिनके लिए व्यापक अलाइनमेंट उपकरणों की आवश्यकता नहीं होती, फिर भी रेल मिसअलाइनमेंट के संभावित गंभीर प्रभावों को कम करके ये काफी उपयोगी साबित होते 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।

गलत संरेखण की गतिकी

मिसअलाइनमेंट कम्पेनसेटर कैसे काम करता है, यह समझने के लिए, इसके गैन्ट्री सिस्टम के हिस्से के रूप में कम्पेनसेटर की काइनेमेटिक विशेषताओं को समझना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, साथ में दिया गया 3D गैन्ट्री आरेख चार सपोर्ट दिखाता है। स्टेज X के आधार₁(कनेक्टेड लिंक 10) और X₂(लिंक 1) पिच, यॉ और रोल के साथ-साथ समतलता और समानांतरता में भी एक दूसरे के सापेक्ष अत्यधिक गलत संरेखित दिखाए गए हैं। मान लीजिए बायां X₁कैरिज (9) मोटरयुक्त मास्टर है, और इसमें एक गोलाकार जोड़ (j) है जो Y स्टेज (4) को सहारा देता है। विपरीत मोटरयुक्त दायाँ X₂स्टेज (3) में एक गोलाकार जोड़ (b) और एक रेखीय स्लाइड जोड़ (c) है जो Y स्टेज को सहारा देते हैं। अन्य X कैरिज (7 और 6) निष्क्रिय हैं और एक गोलाकार जोड़ और एक रेखीय स्लाइड द्वारा Y स्टेज को सहारा देते हैं।

स्वतंत्रता की कुल डिग्री की गणना करने और उसमें से बाधाओं की कुल संख्या घटाने पर, परिणाम 1 डिग्री स्वतंत्रता प्राप्त होता है। इसका अर्थ है कि केवल मुख्य X अक्ष ही स्वतंत्र रूप से गति कर सकता है और अन्य सभी लिंक उसका अनुसरण करेंगे। इस स्थिति में, यदि कोई अन्य स्वतंत्र मोटर दूसरे X अक्ष को चलाती है, तो रेल पर अत्यधिक भार पड़ सकता है। यह लंबी Y स्टेज के लिए अवांछनीय स्थिति है, इसलिए इंजीनियरों को सुधारात्मक परिवर्तन करने होंगे ताकि दूसरी X स्टेज पहली X स्टेज से स्वतंत्र रूप से गति कर सके।

सिस्टम में एक और स्वतंत्रता की डिग्री जोड़ना, जैसे कि X स्लेव के लिए, जोड़ों में से किसी एक में एक और स्वतंत्रता की डिग्री जोड़ना है। इस तरह के कॉन्फ़िगरेशन में एक सामान्य समाधान यह है कि एक आइडलर स्लाइड को Z दिशा में स्वतंत्रता की डिग्री दी जाए, उदाहरण के लिए, गोलाकार जोड़ों d और स्लाइड जोड़ e के बीच।

इसके परिणामस्वरूप, जोड़ b, j और i पर Y स्टेज के लिए एक काइनेमैटिक माउंट बनेगा, जो स्टेज 4 के तल के 3D ओरिएंटेशन को बिना किसी बाधा के समायोजित कर लेगा। हालांकि, स्टेज 4 को केवल तीन कोनों पर सहारा देने से बचने के लिए, आमतौर पर जोड़ d और स्लाइड e के बीच Z दिशा में कुछ लचीलापन जोड़ा जाता है ताकि कुछ भार वहन किया जा सके। कुछ मामलों में लिंक 4 का लचीलापन पर्याप्त हो सकता है; अन्य मामलों में, एक लचीला बेलेविल वॉशर का उपयोग किया जा सकता है।

क्षतिपूर्तिकर्ता डिजाइन

एकीकृत मिसएलाइनमेंट कम्पेनसेटर 2D गैन्ट्री कॉन्फ़िगरेशन के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। इस डिज़ाइन में दो प्लेटें शामिल हैं जो एक फ्लेक्सर को घेरे हुए हैं, जो Y दिशा में रैखिक स्वतंत्रता प्रदान करता है।

आइए दो मिसअलाइनमेंट-कंपनसेटर डिज़ाइनों की समीक्षा करें। पहला 3D गैन्ट्री कॉन्फ़िगरेशन के लिए लीनियर स्लाइडर जॉइंट के साथ मिश्रित रिवोल्यूट जॉइंट है। दूसरा 2D गैन्ट्री कॉन्फ़िगरेशन के लिए लीनियर फ्लेक्सर जॉइंट के साथ एकीकृत रिवोल्यूट जॉइंट है। 2D संस्करण में, मान लें कि गैन्ट्री रेल X₁और X₂समतलीय हैं।

मिश्रित-जोड़ों का डिज़ाइन।कैन निर्माण प्रक्रिया में गैन्ट्री के अनुप्रयोग पर विचार करें। गैन्ट्री में दो बेल्ट-चालित चरण होते हैं जो चार स्लाइडों पर एक मजबूत वेल्डमेंट फ्रेम को सहारा देते हैं। एक सर्वोमोटर मास्टर-स्लेव कॉन्फ़िगरेशन में प्रत्येक गैन्ट्री चरण को संचालित करता है। एक बेल्ट प्रत्येक चरण की एक स्लाइड को संचालित करती है, और दूसरी स्लाइड निष्क्रिय रहती है।

अंतिम उपयोगकर्ता द्वारा असेंबल किए गए स्टेज के बेयरिंग में समय से पहले खराबी आ गई। इस समस्या को दो गैन्ट्री लीनियर स्टेज की चार स्लाइडों में आसानी से उपलब्ध चार मानक गोलाकार जॉइंट लगाकर ठीक किया गया। पहले चर्चा की गई गैन्ट्री के कॉन्फ़िगरेशन से मेल खाने के लिए, एक स्लाइड को लॉकिंग प्लेट से "ग्राउंडेड" किया गया। इस रीडिज़ाइन से समस्या पूरी तरह हल हो गई।

हालांकि, इस तरह के कम्पेनसेटर का उपयोग करने का नुकसान यह है कि इससे ऊंचाई में काफी वृद्धि हो जाती है, जिसके लिए जेड स्टेज में बदलाव की आवश्यकता हो सकती है।

एकीकृत-जोड़ डिजाइन।2D गैन्ट्री कॉन्फ़िगरेशन में एक एकीकृत मिसएलाइनमेंट कम्पेनसेटर का उपयोग किया जा सकता है। इस डिज़ाइन में दो प्लेटें शामिल हैं। एक प्लेट में गैन्ट्री X स्लाइड के लिए माउंटिंग होल हैं और दूसरी प्लेट में क्रॉस-एक्सिस Y स्टेज के बेस के लिए माउंटिंग होल हैं। केंद्र में स्थित एक बेयरिंग दोनों प्लेटों को जोड़ती है।

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

अंत में, 2डी गैन्ट्री कॉन्फ़िगरेशन के मामले में, वाई अक्ष के चारों ओर बेंडिंग मोमेंट में फ्लेक्सर को लोड होने से रोकने के लिए, चार रिटेनिंग बोल्ट मोमेंट लोड को वहन करते हैं।

इस डिजाइन के फायदों में एकीकृत घटक, कम प्रोफ़ाइल, कॉम्पैक्ट आकार और मौजूदा गैन्ट्री स्टेज पर 15 मिनट से भी कम समय में आसानी से असेंबली शामिल होना शामिल है।