Ang Pagkakaiba sa Pagitan ng Stage-on-Granite at Integrated Granite Motion Systems

Ang pagpili ng pinakaangkop na granite-based linear motion platform para sa isang partikular na aplikasyon ay nakasalalay sa maraming salik at baryabol. Mahalagang kilalanin na ang bawat aplikasyon ay may kanya-kanyang natatanging hanay ng mga kinakailangan na dapat maunawaan at unahin upang makamit ang isang epektibong solusyon sa mga tuntunin ng isang motion platform.

Isa sa mga mas laganap na solusyon ay ang paglalagay ng mga hiwalay na yugto ng pagpoposisyon sa isang istrukturang granite. Ang isa pang karaniwang solusyon ay ang pagsasama ng mga bahaging bumubuo sa mga axe ng paggalaw nang direkta sa granite mismo. Ang pagpili sa pagitan ng isang stage-on-granite at isang integrated-granite motion (IGM) platform ay isa sa mga naunang desisyon na dapat gawin sa proseso ng pagpili. May mga malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng parehong uri ng solusyon, at siyempre ang bawat isa ay may kanya-kanyang merito — at mga babala — na kailangang maingat na maunawaan at isaalang-alang.

Upang makapagbigay ng mas mahusay na pananaw sa prosesong ito ng paggawa ng desisyon, sinusuri namin ang mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawang pangunahing disenyo ng linear motion platform — isang tradisyonal na stage-on-granite solution, at isang IGM solution — mula sa parehong teknikal at pinansyal na pananaw sa anyo ng isang mechanical-bearing case study.

Kaligiran

Upang tuklasin ang pagkakatulad at pagkakaiba sa pagitan ng mga sistemang IGM at mga tradisyonal na sistemang stage-on-granite, bumuo kami ng dalawang disenyo ng test-case:

• Mekanikal na tindig, yugto-sa-granite
• Mekanikal na tindig, IGM

Sa parehong kaso, ang bawat sistema ay binubuo ng tatlong axes ng paggalaw. Ang Y axis ay nag-aalok ng 1000 mm ng paggalaw at matatagpuan sa base ng istrukturang granite. Ang X axis, na matatagpuan sa tulay ng assembly na may 400 mm ng paggalaw, ay nagdadala ng patayong Z-axis na may 100 mm ng paggalaw. Ang pagkakaayos na ito ay kinakatawan sa pamamagitan ng mga piktograpiya.

Para sa disenyo ng stage-on-granite, pumili kami ng PRO560LM wide-body stage para sa Y axis dahil sa mas malaking kapasidad nito sa pagdadala ng karga, na karaniwan para sa maraming aplikasyon ng paggalaw gamit ang ganitong kaayusan na "Y/XZ split-bridge". Para sa X axis, pumili kami ng PRO280LM, na karaniwang ginagamit bilang bridge axis sa maraming aplikasyon. Nag-aalok ang PRO280LM ng praktikal na balanse sa pagitan ng footprint nito at ng kakayahang magdala ng Z axis na may kargamento ng customer.

Para sa mga disenyo ng IGM, masusing ginaya namin ang mga pangunahing konsepto ng disenyo at layout ng mga axe sa itaas, na ang pangunahing pagkakaiba ay ang mga axe ng IGM ay direktang itinayo sa istrukturang granite, at samakatuwid ay kulang sa mga base ng makinang bahagi na makikita sa mga disenyong stage-on-granite.

Karaniwan sa parehong disenyo ang Z axis, na pinili bilang isang PRO190SL ball-screw-driven stage. Ito ay isang napakapopular na axis na gagamitin sa patayong oryentasyon sa isang tulay dahil sa malaking kapasidad ng kargamento at medyo siksik na form factor nito.

Inilalarawan ng Figure 2 ang mga partikular na stage-on-granite at IGM system na pinag-aralan.

Teknikal na Paghahambing

Ang mga sistemang IGM ay dinisenyo gamit ang iba't ibang pamamaraan at bahagi na katulad ng mga matatagpuan sa tradisyonal na disenyo ng stage-on-granite. Bilang resulta, maraming teknikal na katangian ang magkakatulad sa pagitan ng mga sistemang IGM at mga sistemang stage-on-granite. Sa kabaligtaran, ang pagsasama ng mga axes of motion nang direkta sa istrukturang granite ay nag-aalok ng ilang natatanging katangian na nagpapaiba sa mga sistemang IGM mula sa mga sistemang stage-on-granite.

Salik ng Anyo

Marahil ang pinakahalatang pagkakatulad ay nagsisimula sa pundasyon ng makina — ang granite. Bagama't may mga pagkakaiba sa mga katangian at tolerance sa pagitan ng mga disenyo ng stage-on-granite at IGM, ang pangkalahatang sukat ng granite base, risers at bridge ay magkapareho. Ito ay pangunahin dahil ang nominal at limit travels ay magkapareho sa pagitan ng stage-on-granite at IGM.

Konstruksyon

Ang kakulangan ng mga machined-component axis base sa disenyo ng IGM ay nagbibigay ng ilang mga bentahe kumpara sa mga stage-on-granite na solusyon. Sa partikular, ang pagbawas ng mga bahagi sa structural loop ng IGM ay nakakatulong upang mapataas ang pangkalahatang axis stiffness. Nagbibigay-daan din ito para sa mas maikling distansya sa pagitan ng granite base at ng itaas na ibabaw ng carriage. Sa partikular na case study na ito, ang disenyo ng IGM ay nag-aalok ng 33% na mas mababang taas ng work surface (80 mm kumpara sa 120 mm). Hindi lamang pinapayagan ng mas maliit na working height na ito ang mas compact na disenyo, kundi binabawasan din nito ang mga machine offset mula sa motor at encoder patungo sa workpoint, na nagreresulta sa nabawasang Abbe errors at samakatuwid ay pinahusay na performance sa pagpoposisyon ng workpoint.

Mga Bahagi ng Axis

Kung susuriing mabuti ang disenyo, ang mga solusyon sa stage-on-granite at IGM ay may ilang pangunahing bahagi, tulad ng mga linear motor at position encoder. Ang karaniwang pagpili ng forcer at magnet track ay humahantong sa magkatumbas na kakayahan sa force-output. Gayundin, ang paggamit ng parehong encoder sa parehong disenyo ay nagbibigay ng magkaparehong pinong resolution para sa feedback sa pagpoposisyon. Bilang resulta, ang linear accuracy at repeatability performance ay hindi gaanong naiiba sa pagitan ng mga solusyon sa stage-on-granite at IGM. Ang magkatulad na layout ng bahagi, kabilang ang bearing separation at tolerance, ay humahantong sa maihahambing na performance sa mga tuntunin ng geometric error motions (ibig sabihin, horizontal at vertical straightness, pitch, roll at yaw). Panghuli, ang mga sumusuportang elemento ng parehong disenyo, kabilang ang cable management, electrical limits at hardstops, ay magkapareho sa function, bagama't maaaring medyo magkaiba ang mga ito sa pisikal na anyo.

Mga bearings

Para sa partikular na disenyong ito, isa sa mga pinakakapansin-pansing pagkakaiba ay ang pagpili ng mga linear guide bearings. Bagama't ginagamit ang mga recirculating ball bearings sa parehong stage-on-granite at IGM systems, ginagawang posible ng IGM system na maisama ang mas malaki at mas matigas na bearings sa disenyo nang hindi pinapataas ang axis working height. Dahil ang disenyo ng IGM ay umaasa sa granite bilang base nito, kumpara sa isang hiwalay na machined-component base, posibleng mabawi ang ilan sa mga patayong real estate na kung hindi man ay gagamitin ng isang machined base, at mahalagang punan ang espasyong ito ng mas malalaking bearings habang binabawasan pa rin ang kabuuang taas ng carriage sa itaas ng granite.

Paninigas

Ang paggamit ng mas malalaking bearings sa disenyo ng IGM ay may malaking epekto sa angular stiffness. Sa kaso ng wide-body lower axis (Y), ang solusyon ng IGM ay nag-aalok ng mahigit 40% na mas malaking roll stiffness, 30% na mas malaking pitch stiffness at 20% na mas malaking yaw stiffness kaysa sa katumbas na stage-on-granite design. Katulad nito, ang bridge ng IGM ay nag-aalok ng apat na beses na pagtaas sa roll stiffness, doble ang pitch stiffness at mahigit 30% na mas malaking yaw stiffness kaysa sa katapat nitong stage-on-granite. Ang mas mataas na angular stiffness ay kapaki-pakinabang dahil direktang nakakatulong ito sa pinahusay na dynamic performance, na mahalaga sa pagpapagana ng mas mataas na throughput ng makina.

Kapasidad ng Pagkarga

Ang mas malalaking bearings ng IGM solution ay nagbibigay-daan para sa mas mataas na kapasidad ng payload kaysa sa isang stage-on-granite solution. Bagama't ang base-axis ng PRO560LM ng stage-on-granite solution ay may kapasidad ng pagkarga na 150 kg, ang katumbas na IGM solution ay kayang maglaman ng 300 kg na payload. Gayundin, ang PRO280LM bridge axis ng stage-on-granite ay sumusuporta sa 150 kg, samantalang ang bridge axis ng IGM solution ay kayang magdala ng hanggang 200 kg.

Gumagalaw na Masa

Bagama't ang mas malalaking bearings sa mechanical-bearing IGM axes ay nag-aalok ng mas mahusay na angular performance at mas malaking kapasidad sa pagdadala ng karga, mayroon din itong mas malalaki at mas mabibigat na trak. Bukod pa rito, ang mga IGM carriage ay dinisenyo upang ang ilang mga makinang katangian na kinakailangan sa isang stage-on-granite axis (ngunit hindi kinakailangan ng isang IGM axis) ay inaalis upang mapataas ang stiffness ng bahagi at gawing simple ang paggawa. Ang mga salik na ito ay nangangahulugan na ang IGM axis ay may mas malaking moving mass kaysa sa isang katumbas na stage-on-granite axis. Ang isang hindi maikakailang downside ay ang maximum acceleration ng IGM ay mas mababa, sa pag-aakalang ang output ng puwersa ng motor ay hindi nagbabago. Gayunpaman, sa ilang mga sitwasyon, ang isang mas malaking moving mass ay maaaring maging kapaki-pakinabang mula sa pananaw na ang mas malaking inertia nito ay maaaring magbigay ng mas malaking resistensya sa mga kaguluhan, na maaaring maiugnay sa pagtaas ng in-position stability.

Dinamika ng Istruktura

Ang mas mataas na stiffness ng bearing at mas matibay na carriage ng IGM system ay nagbibigay ng karagdagang mga benepisyo na makikita pagkatapos gamitin ang isang finite-element analysis (FEA) software package upang magsagawa ng modal analysis. Sa pag-aaral na ito, sinuri namin ang unang resonance ng gumagalaw na carriage dahil sa epekto nito sa servo bandwidth. Ang PRO560LM carriage ay nakakaranas ng resonance sa 400 Hz, habang ang katumbas na IGM carriage ay nakakaranas ng parehong mode sa 430 Hz. Inilalarawan ng Figure 3 ang resultang ito.

Ang mas mataas na resonance ng solusyong IGM, kung ikukumpara sa tradisyonal na stage-on-granite, ay maaaring maiugnay sa bahagi sa mas matigas na disenyo ng carriage at bearing. Ang mas mataas na carriage resonance ay ginagawang posible ang pagkakaroon ng mas malaking servo bandwidth at samakatuwid ay pinahusay na dynamic performance.

Kapaligiran sa Operasyon

Halos palaging kinakailangan ang axis sealability kapag may mga kontaminante, ito man ay nabuo sa pamamagitan ng proseso ng gumagamit o kung hindi man ay nasa kapaligiran ng makina. Ang mga stage-on-granite solution ay partikular na angkop sa mga sitwasyong ito dahil sa likas na saradong katangian ng axis. Ang mga PRO-series linear stage, halimbawa, ay may mga hardcover at side seal na nagpoprotekta sa mga panloob na bahagi ng stage mula sa kontaminasyon sa makatwirang lawak. Ang mga stage na ito ay maaari ring i-configure gamit ang mga opsyonal na tabletop wiper upang walisin ang mga debris mula sa pang-itaas na hardcover habang tumatawid ang stage. Sa kabilang banda, ang mga IGM motion platform ay likas na bukas sa kalikasan, kung saan nakalantad ang mga bearings, motor at encoder. Bagama't hindi isang isyu sa mas malinis na kapaligiran, maaari itong maging problematiko kapag may kontaminasyon. Posibleng matugunan ang isyung ito sa pamamagitan ng pagsasama ng isang espesyal na bellows-style way-cover sa isang disenyo ng IGM axis upang magbigay ng proteksyon mula sa mga debris. Ngunit kung hindi maipapatupad nang tama, ang bellows ay maaaring negatibong makaimpluwensya sa paggalaw ng axis sa pamamagitan ng pagbibigay ng mga panlabas na puwersa sa carriage habang gumagalaw ito sa buong saklaw ng paglalakbay nito.

Pagpapanatili

Ang kakayahang magamit ay isang pagkakaiba sa pagitan ng mga stage-on-granite at IGM motion platform. Ang mga linear-motor axes ay kilala sa kanilang katatagan, ngunit kung minsan ay kinakailangan ang pagsasagawa ng pagpapanatili. Ang ilang mga operasyon sa pagpapanatili ay medyo simple at maaaring maisagawa nang hindi inaalis o binabaklas ang axis na pinag-uusapan, ngunit kung minsan ay kinakailangan ang mas masusing pagtanggal. Kapag ang motion platform ay binubuo ng mga hiwalay na yugto na nakakabit sa granite, ang pagseserbisyo ay isang medyo simpleng gawain. Una, i-dismount ang stage mula sa granite, pagkatapos ay isagawa ang kinakailangang gawaing pagpapanatili at muling i-mount ito. O, palitan lamang ito ng bagong stage.

Ang mga solusyon sa IGM ay maaaring maging mas mahirap kung minsan kapag nagsasagawa ng maintenance. Bagama't ang pagpapalit ng isang magnet track ng linear motor ay napakasimple sa kasong ito, ang mas kumplikadong maintenance at pagkukumpuni ay kadalasang kinabibilangan ng ganap na pag-disassemble ng marami o lahat ng mga bahagi na bumubuo sa axis, na mas matagal kapag ang mga bahagi ay direktang nakakabit sa granite. Mas mahirap ding i-realign ang mga granite-based axes sa isa't isa pagkatapos magsagawa ng maintenance — isang gawain na mas diretso sa mga hiwalay na yugto.

Talahanayan 1. Isang buod ng mga pangunahing teknikal na pagkakaiba sa pagitan ng mga solusyong mechanical-bearing stage-on-granite at IGM.

Paghahambing sa Ekonomiya

Bagama't ang ganap na halaga ng anumang sistema ng paggalaw ay mag-iiba batay sa ilang mga salik kabilang ang haba ng paglalakbay, katumpakan ng axis, kapasidad ng pagkarga at mga dynamic na kakayahan, ang relatibong paghahambing ng mga katulad na sistema ng paggalaw ng IGM at stage-on-granite na isinagawa sa pag-aaral na ito ay nagmumungkahi na ang mga solusyon ng IGM ay may kakayahang mag-alok ng katamtaman hanggang mataas na katumpakan na paggalaw sa katamtamang mas mababang gastos kaysa sa mga katapat nitong stage-on-granite.

Ang aming pag-aaral sa ekonomiya ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi ng gastos: mga bahagi ng makina (kabilang ang parehong mga ginawang bahagi at biniling bahagi), ang pag-assemble ng granite, at paggawa at mga overhead.

Mga Bahagi ng Makina

Ang isang solusyon ng IGM ay nag-aalok ng kapansin-pansing pagtitipid kumpara sa isang solusyong stage-on-granite sa mga tuntunin ng mga bahagi ng makina. Ito ay pangunahing dahil sa kakulangan ng IGM ng mga masalimuot na makinang stage base sa mga Y at X axes, na nagdaragdag ng pagiging kumplikado at gastos sa mga solusyong stage-on-granite. Dagdag pa rito, ang pagtitipid sa gastos ay maaaring maiugnay sa relatibong pagpapasimple ng iba pang mga makinang bahagi sa solusyon ng IGM, tulad ng mga gumagalaw na carriage, na maaaring magkaroon ng mas simpleng mga tampok at medyo mas maluwag na mga tolerance kapag idinisenyo para gamitin sa isang sistema ng IGM.

Mga Asembleya ng Granite

Bagama't ang mga granite base-riser-bridge assemblies sa parehong IGM at stage-on-granite systems ay tila may magkatulad na anyo at hitsura, ang IGM granite assembly ay medyo mas mahal. Ito ay dahil ang granite sa IGM solution ay pumalit sa mga machined stage bases sa stage-on-granite solution, na nangangailangan ng granite na magkaroon ng mas mahigpit na tolerance sa mga kritikal na rehiyon, at maging ng mga karagdagang tampok, tulad ng mga extruded cut at/o threaded steel inserts, halimbawa. Gayunpaman, sa aming case study, ang dagdag na kumplikado ng istruktura ng granite ay higit pa sa nababalanse ng pagpapasimple sa mga bahagi ng makina.

Paggawa at Pangkalahatang Gastos

Dahil sa maraming pagkakatulad sa pag-assemble at pagsubok ng parehong IGM at stage-on-granite system, walang makabuluhang pagkakaiba sa mga gastos sa paggawa at mga overhead.

Kapag pinagsama-sama ang lahat ng mga salik na ito sa gastos, ang partikular na solusyon sa mechanical-bearing IGM na sinuri sa pag-aaral na ito ay humigit-kumulang 15% na mas mura kaysa sa solusyon sa mechanical-bearing, stage-on-granite.

Siyempre, ang mga resulta ng pagsusuring pang-ekonomiya ay nakasalalay hindi lamang sa mga katangian tulad ng haba ng paglalakbay, katumpakan at kapasidad ng pagkarga, kundi pati na rin sa mga salik tulad ng pagpili ng supplier ng granite. Bukod pa rito, mainam na isaalang-alang ang mga gastos sa pagpapadala at logistik na nauugnay sa pagkuha ng isang istrukturang granite. Lalo na nakakatulong para sa napakalaking sistema ng granite, bagama't totoo para sa lahat ng laki, ang pagpili ng isang kwalipikadong supplier ng granite na mas malapit sa lokasyon ng pangwakas na pag-assemble ng sistema ay makakatulong din upang mabawasan ang mga gastos.

Dapat ding tandaan na hindi isinasaalang-alang ng pagsusuring ito ang mga gastos pagkatapos ng implementasyon. Halimbawa, ipagpalagay na kinakailangan na serbisyuhan ang sistema ng paggalaw sa pamamagitan ng pag-aayos o pagpapalit ng isang axis ng paggalaw. Ang isang stage-on-granite system ay maaaring serbisyuhan sa pamamagitan lamang ng pag-alis at pag-aayos/pagpapalit ng apektadong axis. Dahil sa mas modular na disenyo na parang stage, magagawa ito nang may relatibong kadalian at bilis, sa kabila ng mas mataas na paunang gastos sa sistema. Bagama't ang mga IGM system sa pangkalahatan ay maaaring makuha sa mas mababang gastos kaysa sa kanilang mga katapat na stage-on-granite, maaari itong maging mas mahirap na i-disassemble at serbisyuhan dahil sa pinagsamang katangian ng konstruksyon.

Konklusyon

Malinaw na ang bawat uri ng disenyo ng motion platform — stage-on-granite at IGM — ay maaaring mag-alok ng magkakaibang benepisyo. Gayunpaman, hindi laging malinaw kung alin ang pinaka-mainam na pagpipilian para sa isang partikular na aplikasyon ng paggalaw. Samakatuwid, lubhang kapaki-pakinabang ang pakikipagsosyo sa isang bihasang supplier ng mga sistema ng paggalaw at automation, tulad ng Aerotech, na nag-aalok ng isang natatanging nakatuon sa aplikasyon, konsultatibong diskarte upang galugarin at magbigay ng mahalagang pananaw sa mga alternatibong solusyon sa mapaghamong mga aplikasyon ng pagkontrol sa paggalaw at automation. Ang pag-unawa hindi lamang sa pagkakaiba sa pagitan ng dalawang uri ng solusyon sa automation na ito, kundi pati na rin sa mga pangunahing aspeto ng mga problemang kailangan nilang lutasin, ang pangunahing susi sa tagumpay sa pagpili ng isang sistema ng paggalaw na tumutugon sa parehong teknikal at pinansyal na mga layunin ng proyekto.

Mula sa AEROTECH.