Ekonomik hizalama hatası telafi teknikleri, yatak aşırı yüklenmesini ve portal sisteminin erken arızalanmasını önler.

Gantry Hizalama Araçları

Pozisyonlandırma sistemi üreticileri bir portal sistemi oluştururken, genellikle montaj sürecinde kuvvet, hassasiyet ve ömür özelliklerini karşıladıklarından emin olmak için özel hizalama araçları kullanırlar.

Lazer interferometreler, makinelerin mikron ve yay saniyesi hassasiyetinde hizalanmasında sıklıkla kullanılır. Örneğin, Renishaw'ın lazer interferometresi, portal raylarının düzlüğünü, doğruluğunu ve dikliğini hizalamaya yardımcı olur.

Hamar'ın hizalama lazerleri gibi diğer aletler, hareketli kızağa yerleştirilen sensörlerle uzayda hassas referans düzlemleri olarak dönen lazer ışınları kullanır. Ray seviyeleme vidalarını ayarlamak veya rayların altına şim yerleştirmek, rayı veya platformu istenen yöne getirir. Rayların yüksek hassasiyetle seviyelendirilmesi, makinenin doğruluk seviyesine, boyutuna ve konfigürasyonuna bağlı olarak günler veya haftalar sürebilir.

Daha düşük hassasiyet gerektiren hizalama işlemleri için elektronik seviyeleyiciler, kadranlı göstergeler, düz kenarlar ve paralel kirişler gibi çeşitli mekanik bileşenler kullanılır. Bu yöntemlerle teknisyenler, ana rayı bir kadranlı gösterge kullanarak hassas bir montaj yüzeyine veya düz kenara karşı hizalarlar. Bir ray gerekli hassasiyete kadar sıkıldıktan sonra, ikinci yüzer rayın cıvataları bir kadranlı gösterge veya kılavuz kızağı kullanılarak sıkılırken, bir kızak bu ray boyunca yönlendirilir.

Hizalama yönteminden bağımsız olarak, kalan hizalama hatalarının raylar üzerinde kuvvet oluşturmaması sağlanmalıdır; aksi takdirde rayların ömrü kısalabilir veya ciddi bir arıza meydana gelebilir.

Bazen Kartezyen robotlar olarak da adlandırılan portal sistemleri, otomatik transfer hatları için ideal konumlandırma sistemleridir. Bu tür üretim sürecinde, sürekli veya indekslemeli bir konveyör, parçaları bir portal istasyonundan diğerine aktarır. Konveyör hattı boyunca her portal istasyonu, işleme, yapıştırma, montaj, inceleme, baskı veya paketleme gibi üretim işlemlerini gerçekleştirmek için bir parçaya göre bir aleti hareket ettirir. Portal sistemleri, otomatik transfer hatlarında ürünleri konumlandırmak için yaygın olarak kullanılır.

Açıkça görüldüğü üzere, bir transfer hattı operasyonundaki her makinenin güvenilirliği, arıza süresini en aza indirmek için son derece yüksek olmalıdır, çünkü bir makinedeki arıza tüm transfer hattını maliyetli bir şekilde durdurabilir. Ek olarak, portal vinçler kontrolör, amplifikatör, motor, kaplin, aktüatör (bilyalı vida, kayış veya lineer motor gibi), raylar, kızak, taban, durdurucular, enkoder ve kablolar gibi birçok kritik eleman içerir. Tüm portal vinç sisteminin güvenilirliği, tüm bileşenlerin güvenilirliklerinin istatistiksel toplamıdır.

Yüksek sistem güvenilirliği için, her bir bileşenin çalışma sırasında taşıması gereken yükün nominal değerlerini aşmamasını sağlayacak şekilde boyutlandırılması gerekir. Her bir bileşenin boyutlandırılması, bileşen üreticisi tarafından önerildiği gibi, basit bir mühendislik görevi olsa da, doğrusal ray arıza modları biraz daha karmaşıktır. Bunlar, yük taşıma kapasitesi, boyut ve hassasiyetin yanı sıra, uzaydaki kesin yönelimlerine de bağlıdır.

Hizalama sorunları

Hemen hemen tüm lineer ray üreticileri, hizalama hatasının sorunlara yol açtığı konusunda hemfikirdir. Lineer rulmanların erken arızalanmasına katkıda bulunan tüm faktörler arasında, hizalama hatası listenin en üst sıralarında yer almaktadır.

Ray hizalama arızaları şu şekilde sınıflandırılır:fgöllemeRay yüzeyinden malzeme çıkarılması;giymekAşırı sürtünmenin sonuçları;girinti: bilyeler rayları deforme eder; vehasarlı parçalarRay oluklarından düşen bilyeler nedeniyle raylarda oluşan deformasyon.

Rayların yanlış hizalanmasının yaygın temel nedenleri arasında rayların düzlük, doğruluk, paralellik ve eş düzlemlilik eksikliği yer alır. Bu nedenler, ray aşırı yüklenmesini en aza indiren uygun montaj ve hizalama teknikleriyle en aza indirilebilir veya ortadan kaldırılabilir. Ray arızasının diğer temel nedenleri arasında yetersiz yağlama ve yabancı parçacıkların girişi bulunur; bunlar uygun sızdırmazlık ve periyodik yağlama ile hafifletilebilir. Önemli olmakla birlikte, bu makalenin kapsamı dışındadırlar.

Hizalama temelleri

Portal rayları genellikle, yüksek rijitlik sağlamak için çalışma oluklarına önceden yüklenmiş bilyalı rulmanlar içerir. Yüksek rijitlik ve düşük hareketli kütle, en düşük sistem doğal frekansını tanımladıkları için kritik portal özellikleridir. Yüksek konum bant genişliği için 150 Hz mertebesinde yüksek doğal frekans gereklidir. Yüksek dinamik doğruluk için 40 Hz mertebesinde yüksek konum bant genişliği gereklidir. Yüksek dinamik doğruluk, örneğin birkaç mikronluk konum hatasıyla sabit hız veya birkaç milisaniyeden mikron altı bir yerleşme aralığına kadar düşük yerleşme süresi, sırasıyla yüksek parça kalitesi ve yüksek verimlilik için gereklidir. Bu performans özellikleri, genellikle PCB incelemesi, inkjet baskı ve lazer çizim gibi süreçlerde yüksek ivme ve düzgün hareketin çelişkili etkileri altında gereklidir.

Yüksek portal rijitliğini (yaklaşık 100 N/µm) sağlamak için yataklar önceden yüklenir. Bununla birlikte, dikey (düzlük) veya yatay (doğrusallık) yönde, portalın iki tarafı arasında 10'larca mikron mertebesinde herhangi bir hizalama hatası, yatak yükünü önemli ölçüde artırabilir. Bu da, bilyelerin yatak oluklarından düşmesi veya raylarda derin girintiler oluşması nedeniyle felaketle sonuçlanabilecek arızalara yol açabilir. Daha küçük yatak deformasyonları bile yatak ömrünü önemli ölçüde azaltabilir.

1 ila 3 metre gibi uzun mesafelerde doğrusal rayları onlarca mikron hassasiyetle hizalamak, lazer interferometre ve özel fikstürler gibi pahalı aletler gerektirir. Bu aletler, tipik son kullanıcı veya sistem entegratörü için kolayca bulunamayabilir. Bu aletler olmadan, ray hizalamasındaki bozukluk, düşük sistem güvenilirliğinin, yüksek bakım maliyetlerinin, arıza sürelerinin ve kısa sistem ömrünün temel nedeni olabilir.

Neyse ki, kapsamlı hizalama aletleri gerektirmeyen, ancak ray hizalama hatasının potansiyel olarak sert etkilerini azaltarak yüksek değer sağlayan, sahada kanıtlanmış çeşitli hizalama hatası telafi seçenekleri mevcuttur. Bu hizalama hatası telafi cihazları, portal çerçevesinin ayrılmaz parçaları haline gelir ve çeşitli portal ray montajlarında ve eksen tahrik konfigürasyonlarında yatak aşırı yüklenmelerini önlemek için gerekli serbestlik derecelerini sağlar.

Hizalama hatasının kinematiği

Bir hizalama dengeleyicisinin nasıl çalıştığını anlamak için, dengeleyicinin portal sisteminin bir parçası olarak kinematik özelliklerini anlamak gerekir. Örnek olarak, ekteki 3 boyutlu portal diyagramı dört destek göstermektedir. X kademelerinin tabanları₁(bağlantılı bağlantı 10) ve X₂(link 1) birbirlerine göre eğim, sapma ve yuvarlanma açılarında, ayrıca düzlük ve paralellik açısından abartılı derecede yanlış hizalanmış olarak gösterilmiştir. Sol X'i varsayın.₁Taşıyıcı (9), motorlu ana ünitedir ve Y kademesini (4) destekleyen küresel bir mafsala (j) sahiptir. Karşı taraftaki motorlu sağ X₂(3) numaralı kademe, Y kademesini destekleyen bir küresel mafsal (b) ve bir doğrusal kayar mafsal (c) içerir. Diğer X taşıyıcıları (7 ve 6) avara taşıyıcılardır ve ayrıca bir küresel mafsal ve bir doğrusal kayar mafsal ile Y kademesini desteklerler.

Toplam serbestlik derecesi sayısını hesaplayıp toplam kısıtlama sayısını çıkardığımızda sonuç 1 serbestlik derecesi olur. Bu, yalnızca ana X ekseninin bağımsız olarak hareket edebileceği ve diğer tüm bağlantıların onu takip edeceği anlamına gelir. Bu durumda, diğer X eksenini başka bir bağımsız motor çalıştırırsa, raylar üzerinde aşırı bir yük oluşabilir. Bu, uzun Y kademeleri için istenmeyen bir konfigürasyondur ve bu nedenle mühendisler, ikinci X kademesinin birinci X kademesinden bağımsız olarak hareket etmesini sağlamak için düzeltici değişiklikler yapmalıdır.

Sisteme, örneğin X eksenindeki yardımcı eklem için, başka bir serbestlik derecesi eklemek, eklemlerden birine başka bir serbestlik derecesi eklemek anlamına gelir. Bu tür konfigürasyonlarda yaygın bir çözüm, örneğin küresel eklemler d ve kayar eklem e arasında, bir avara kızağının Z yönünde bir serbestlik derecesine sahip olmasına izin vermektir.

Sonuç olarak, b, j ve i eklemlerinde Y kademesi için, 4. kademe düzleminin 3 boyutlu yönelimini herhangi bir kısıtlama olmaksızın karşılayan kinematik bir bağlantı elde edilecektir. Bununla birlikte, 4. kademenin yalnızca üç köşe noktasında desteklenmesini önlemek için, yaygın uygulama, yükün bir kısmını karşılamak üzere d eklemi ile e kızağı arasında Z yönünde bir miktar esneklik eklemektir. Bazı durumlarda 4. bağlantının esnekliği yeterli olabilir; diğer durumlarda ise esnek bir Belleville rondelası kullanılabilir.

Kompensatör tasarımları

Entegre hizalama dengeleyicileri, 2 boyutlu portal konfigürasyonları için tasarlanmıştır. Tasarım, Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir bükülmeyi çevreleyen iki plakadan oluşmaktadır.

İki hizalama hatası dengeleyici tasarımını inceleyelim. Birincisi, 3 boyutlu bir portal konfigürasyonu için doğrusal kayar mafsallı bileşik döner mafsaldır. İkincisi, 2 boyutlu bir portal konfigürasyonu için doğrusal esnek mafsallı entegre döner mafsaldır. 2 boyutlu versiyonda, portal raylarının X olduğunu varsayalım.₁ve X₂Aynı düzlemdedirler.

Bileşik bağlantı tasarımı.Konserve üretim sürecinde kullanılan bir portal sistemini ele alalım. Portal sistemi, dört kızağa sahip sağlam bir kaynaklı çerçeveyi destekleyen, kayış tahrikli iki kademeden oluşmaktadır. Her bir portal kademesi, ana-köle konfigürasyonunda bir servo motor tarafından tahrik edilir. Her kademenin bir kızağı kayışla tahrik edilirken, diğer kızak boşta hareket eden bir kızaktır.

Son kullanıcı tarafından monte edilen platformlarda, platformun yataklarında erken arıza meydana geldi. Sorun, iki portal doğrusal platformunun dört kızağına, dört doğrusal kızağa monte edilmiş, kolayca temin edilebilen dört adet standart küresel mafsal eklenerek giderildi. Daha önce ele alınan portal ile konfigürasyonu eşleştirmek için, kızaklardan biri kilitleme plakası ile "topraklandı". Yeniden tasarım, sorunu tamamen çözdü.

Ancak, bu tür bir kompansatörün kullanılmasının dezavantajı, yükseklikte önemli bir artışa neden olması ve bunun da Z ekseninde değişiklikler gerektirebilmesidir.

Entegre bağlantı tasarımı.İki boyutlu portal konfigürasyonlarında entegre bir hizalama dengeleyici kullanılabilir. Tasarım iki plakadan oluşmaktadır. Bir plakanın portal X kızağına montaj delikleri, diğer plakanın ise çapraz eksen Y tablasının tabanına montaj delikleri bulunmaktadır. Ortadaki bir rulman iki plakayı birbirine bağlar.

Ek olarak, plakalardan birinde Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir bükülme elemanı bulunur. Tüm bağlantılar için aynı bileşeni kullanmak için, bükülme elemanının doğrusal serbestlik derecesini "sabitlemek" ve iki plaka arasında yalnızca dönme hareket serbestliğini korumak için iki cıvata kullanılabilir. Bükülme elemanı, yorulma sınırının altında maksimum sapmada çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

Son olarak, 2 boyutlu portal konfigürasyonlarında, Y ekseni etrafında bir eğilme momenti oluşmasını önlemek için dört adet sabitleme cıvatası moment yüklerini karşılar.

Bu tasarımın avantajları arasında entegre bileşenler, düşük profil, kompakt boyut ve mevcut portal platformlarına 15 dakikadan kısa sürede kolay montaj imkanı yer almaktadır.