Ekonomik hizalama hatası telafi teknikleri, yatak aşırı yüklenmesini ve erken portal arızasını önler

Gantry Hizalama Araçları

Konumlandırma sistemi üreticileri bir portal sistemi inşa ederken, kuvvet, hassasiyet ve kullanım ömrü özelliklerini karşıladığından emin olmak için montaj sürecinde genellikle özel hizalama araçları kullanırlar.

Lazer interferometreler, tezgahların mikron ve ark saniye mertebesinde hassasiyetle hizalanması için sıklıkla kullanılır. Örneğin, Renishaw'ın bir lazer interferometresi, gantry raylarının düzlüğünü, doğrusallığını ve kareliğini hizalamaya yardımcı olur.

Hamar marka hizalama lazerleri gibi diğer araçlar, hareketli kızak üzerine yerleştirilmiş sensörlerle birlikte uzayda hassas referans düzlemleri olarak dönen lazer ışınlarını kullanır. Ray seviyeleme vidalarının ayarlanması veya rayların altına takoz yerleştirilmesi, rayı veya tablayı istenen yöne getirir. Rayların yüksek hassasiyetle seviyelenmesi, makinenin doğruluk seviyesine, boyutuna ve konfigürasyonuna bağlı olarak günler veya haftalar sürebilir.

Daha düşük hassasiyetli hizalama gereksinimleri için elektronik seviye göstergeleri, kadran göstergeleri, düz kenarlar ve paralel kirişler dahil olmak üzere çeşitli mekanik bileşenler kullanılır. Teknisyenler, ana rayı kadran göstergesiyle hassas bir montaj yüzeyine veya düz kenara hizalar. Bir ray gereken hassasiyete sıkıldıktan sonra, ikinci hareketli rayın cıvataları kadran göstergesi veya kılavuz kızak kullanılarak sıkılırken, bir kızak kılavuzlanır.

Hizalama yöntemi ne olursa olsun, kalan hizalama hatalarının sahne raylarına kuvvet uygulamayacağından emin olunmalıdır; aksi takdirde kısa ömürlü veya felaketle sonuçlanabilecek bir arıza meydana gelebilir.

Bazen Kartezyen robotlar olarak da adlandırılan gantry sistemleri, otomatik transfer hatları için ideal konumlandırma sistemleridir. Bu tür bir üretim sürecinde, sürekli veya indeksli bir konveyör, parçaları bir gantry istasyonundan diğerine aktarır. Konveyör hattı boyunca uzanan her gantry istasyonu, işleme, yapıştırma, montaj, muayene, baskı veya paketleme gibi üretim işlemlerini gerçekleştirmek için bir aleti bir parçaya göre yönlendirir. Gantry'ler genellikle otomatik transfer hatlarında ürünleri konumlandırmak için kullanılır.

Açıkçası, 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. Ayrıca, gantry'ler; kontrolör, amplifikatör, motor, kaplin, aktüatör (bilyalı vida, kayış veya doğrusal motor gibi), raylar, kızak, taban, durdurucular, kodlayıcı ve kablolar gibi birçok kritik unsur içerir. Tüm gantry sisteminin güvenilirliği, tüm bileşenlerin güvenilirliklerinin istatistiksel toplamıdır.

Yüksek sistem güvenilirliği için, her bir bileşenin çalışma sırasındaki yükünün nominal değerlerini aşmamasını sağlayacak şekilde boyutlandırılması gerekir. Bileşen üreticisinin önerdiği gibi, her bir bileşenin boyutlandırılması basit bir mühendislik görevi olsa da, doğrusal ray arıza modları biraz daha karmaşıktır. Yük taşıma kapasitesi, boyut ve hassasiyetin yanı sıra, uzaydaki hassas konumlarına da bağlıdırlar.

Hizalama sorunları

Hemen hemen her lineer ray üreticisi, hizalama hatasının sorunlara yol açtığı konusunda hemfikirdir. Lineer yatakların erken arızalanmasına neden olan tüm faktörler arasında, hizalama hatası listenin en başında yer alır.

Aşağıdakileri içeren sınıflandırılmış ray hizalama hataları vardır:fgöllenme: ray yüzeyinden malzemenin çıkarılması;giymek: aşırı sürtünmenin sonuçları;girinti: toplar rayları deforme eder; vehasarlı parçalar: ray oluklarından düşen bilyeler nedeniyle rayların deforme olması.

Ray hizalama bozukluklarının yaygın temel nedenleri arasında, doğrusal rayların düzgünlüğü, doğruluğu, paralelliği ve eşdüzlemselliği eksikliği yer alır. Bu nedenler, uygun montaj ve hizalama teknikleriyle en aza indirilebilir veya ortadan kaldırılabilir; bu da ray aşırı yükünü en aza indirir. Doğrusal ray arızalarının diğer temel nedenleri arasında yetersiz yağlama ve yabancı partiküllerin girmesi yer alır; bu da uygun sızdırmazlık ve periyodik yağlama ile azaltılabilir. Önemli olmakla birlikte, bu makalenin kapsamı dışındadırlar.

Hizalama temelleri

Gantry rayları, genellikle yüksek rijitlik sağlamak için çalışma oluklarına önceden yüklenmiş, devridaimli bilyalı rulmanlar içerir. Yüksek rijitlik ve düşük hareketli kütle, en düşük sistem doğal frekansını tanımladıkları için kritik gantry 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 parça kalitesi ve yüksek verim için sırasıyla birkaç mikronluk konum hatasıyla sabit hız veya birkaç milisaniyeden bir alt mikronluk çökme penceresine kadar düşük çökme süresi gibi yüksek dinamik doğruluk gereklidir. Bu performans özellikleri, genellikle PCB incelemesi, mürekkep püskürtmeli baskı ve lazer kazıma gibi süreçlerde yüksek ivme ve akıcı hareketin çelişen etkileri altında gereklidir.

Yüksek gantry rijitliğini (100 N/µm mertebesinde) sağlamak için yataklara önceden yük bindirilir. Ancak, iki gantry kenarı arasında dikey (düzlük) veya yatay (doğruluk) yönde 10 mikron mertebesinde herhangi bir hizalama hatası, yatak yükünü önemli ölçüde artırabilir. Bu da, bilyelerin yatak oluklarından düşmesi veya raylarda derin girintiler oluşması nedeniyle feci bir hasara yol açabilir. Daha küçük yatak deformasyonları bile yatak ömrünü önemli ölçüde azaltabilir.

Uzun mesafelerde (1 ila 3 metre) doğrusal rayları 10 mikron hassasiyetle hizalamak, lazer interferometre ve özel aparatlar gibi pahalı araçlar gerektirir. Bu araçlar, tipik bir son kullanıcı veya sistem entegratörü için kolayca bulunamayabilir. Bu araçlar olmadan, ray hizalama hataları düşük sistem güvenilirliğinin, yüksek bakım maliyetlerinin, arıza sürelerinin ve kısa sistem ömrünün temel nedeni olabilir.

Neyse ki, kapsamlı hizalama araçları gerektirmeyen, ancak ray hizalamasının potansiyel olarak zorlu etkilerini azaltarak yüksek değer sağlayan, sahada kanıtlanmış çeşitli hizalama hatası telafi seçenekleri mevcuttur. Bu hizalama hatası telafi cihazları, gantry çerçevesinin ayrılmaz bir parçası haline gelir ve çeşitli gantry ray montajlarında ve eksen tahrikli konfigürasyonlarda yatak aşırı yüklerini önlemek için gerekli serbestlik derecelerini sağlar.

Yanlış hizalamanın kinematiği

Bir hizalama hatası kompanzatörünün nasıl çalıştığını anlamak için, kompanzatörün gantry sisteminin bir parçası olarak kinematik özelliklerini anlamak gerekir. Örnek olarak, eşlik eden 3B gantry diyagramı dört desteği göstermektedir. X aşamalarının tabanları₁(bağlantılı bağlantı 10) ve X₂(bağlantı 1) eğim, sapma ve yuvarlanma açılarında birbirlerine göre ve ayrıca düzlük ve paralellik açılarında abartılı bir şekilde hizalanmamış olarak gösterilmektedir. Sol X'in₁Taşıyıcı (9), motorlu ana taşıyıcıdır ve Y aşamasını (4) destekleyen küresel bir mafsala (j) sahiptir. Karşıdaki motorlu sağ X₂(3) aşaması, Y aşamasını destekleyen bir küresel mafsal (b) ve bir doğrusal kızak mafsalına (c) sahiptir. Diğer X taşıyıcıları (7 ve 6) ise boşta hareket eden taşıyıcılardır ve Y aşamasını bir küresel mafsal ve bir doğrusal kızakla desteklerler.

Toplam serbestlik derecesi sayılıp toplam kısıt sayısı çıkarıldığında, sonuç 1 serbestlik derecesidir. Bu, yalnızca ana X ekseninin bağımsız hareket edebileceği ve diğer tüm bağlantıların onu takip edeceği anlamına gelir. Bu durumda, diğer X eksenini başka bir bağımsız motor çalıştırırsa, raylarda aşırı yük oluşabilir. Bu, uzun Y kademeleri için istenmeyen bir konfigürasyondur ve bu nedenle mühendislerin, ikinci X kademesinin ilk X kademesinden bağımsız hareket etmesini sağlamak için düzeltici değişiklikler yapması gerekir.

Sisteme, örneğin X kölesi için, bir serbestlik derecesi daha eklemek, eklemlerden birine bir serbestlik derecesi daha eklemek anlamına gelir. Bu tür konfigürasyonlarda yaygın bir çözüm, bir boşta kızağın Z yönünde, örneğin küresel eklemler d ile kızak eklemi e arasında bir serbestlik derecesine sahip olmasını sağlar.

Sonuç, b, j ve i eklemlerindeki Y katı için, herhangi bir kısıtlama olmaksızın 4. kademe düzleminin 3B yönelimini karşılayan kinematik bir montaj olacaktır. Ancak, 4. kademenin yalnızca üç köşe noktasında desteklenmesini önlemek için, yükün bir kısmını almak üzere d eklemi ile kızak e arasına Z yönünde bir miktar esneklik eklemek yaygın bir uygulamadır. Bazı durumlarda 4. bağlantının esnekliği yeterli olabilir; diğer durumlarda ise esnek bir Belleville rondelası kullanılabilir.

Kompanzatör tasarımları

Entegre hizalama hatası kompanzatörleri, 2 boyutlu gantry konfigürasyonları için tasarlanmıştır. Tasarım, Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir esnemeyi çevreleyen iki plakadan oluşur.

İki hizalama hatası telafi edici tasarımını inceleyelim. Biri, 3 boyutlu bir portal konfigürasyonu için doğrusal bir kayar mafsallı bileşik bir döner mafsaldır. İkincisi ise, 2 boyutlu bir portal konfigürasyonu için doğrusal bir eğilme mafsallı entegre bir döner mafsaldır. 2 boyutlu versiyonda, portal raylarının X olduğunu varsayalım.₁ve X₂eş düzlemlidir.

Bileşik bağlantı tasarımı.Bir kutu üretim sürecinde bir portal uygulamasını ele alalım. Portal, dört kızak üzerinde sağlam bir kaynak çerçevesini destekleyen iki kayış tahrikli kademe kullanır. Her bir portal kademesini bir servo motor, ana-köle konfigürasyonunda çalıştırır. Her kademenin bir kızağını bir kayış tahrik eder ve diğer kızak ise bir boşta hareket ettirir.

Son kullanıcı tarafından monte edilen platformlar, platform yatağında erken bir arıza yaşadı. Sorun, iki gantry lineer platformun dört kızağına, dört lineer kızak üzerine monte edilmiş dört adet standart küresel mafsal eklenerek giderildi. Konfigürasyonun daha önce bahsedilen gantry ile uyumlu olması için, kızaklardan biri kilitleme plakasıyla "topraklandı". Yeniden tasarım, sorunu tamamen çözdü.

Ancak böyle bir kompanzatörün kullanılmasının dezavantajı, Z kademesinde değişiklik gerektirebilecek önemli bir yükseklik artışıdır.

Entegre-eklem tasarımı.2 boyutlu portal konfigürasyonlarında entegre bir hizalama hatası kompanzatörü kullanılabilir. Tasarım iki plakadan oluşur. Bir plakada portal X kızağına, diğerinde ise çapraz eksen Y tablasının tabanına montaj delikleri bulunur. Merkezdeki bir yatak, iki plakayı birbirine bağlar.

Ek olarak, bir plaka, Y yönünde doğrusal bir serbestlik derecesi sağlayan bir bükülme elemanı içerir. Tüm eklemler için aynı bileşeni kullanmak amacıyla, bükülme elemanının doğrusal serbestlik derecesini "topraklamak" ve iki plaka arasında yalnızca dönme hareket serbestliğini korumak için iki cıvata kullanılabilir. Bükülme elemanı, yorulma sınırının altındaki maksimum sapmada çalışacak şekilde tasarlanmıştır.

Son olarak, 2D gantry konfigürasyonlarında, eğilme momentinin Y ekseni etrafında yüklenmesini önlemek için, dört adet tespit cıvatası moment yüklerini alır.

Bu tasarımın avantajları arasında entegre bileşenler, düşük profil, kompakt boyut ve mevcut gantry aşamalarına 15 dakikadan kısa sürede kolayca monte edilebilmesi yer alıyor.