Ang Pagkakaiba sa pagitan ng Stage-on-Granite at Integrated Granite Motion System

Ang pagpili ng pinaka-angkop na granite-based na linear motion platform para sa isang partikular na aplikasyon ay depende sa isang host ng mga kadahilanan at mga variable.Mahalagang kilalanin na ang bawat aplikasyon ay may sariling natatanging hanay ng mga kinakailangan na dapat maunawaan at bigyang-priyoridad upang ituloy ang isang epektibong solusyon sa mga tuntunin ng isang motion platform.

Ang isa sa mga mas ubiquitous na solusyon ay kinabibilangan ng pag-mount ng mga discrete positioning stages sa isang granite na istraktura.Ang isa pang karaniwang solusyon ay isinasama ang mga bahagi na bumubuo ng mga palakol ng paggalaw nang direkta sa granite mismo.Ang pagpili sa pagitan ng stage-on-granite at integrated-granite motion (IGM) na platform ay isa sa mga naunang desisyong gagawin sa proseso ng pagpili.May mga malinaw na pagkakaiba sa pagitan ng parehong mga uri ng solusyon, at siyempre ang bawat isa ay may sariling mga merito — at mga caveat — na kailangang maingat na maunawaan at isaalang-alang.

Upang mag-alok ng mas mahusay na pananaw sa proseso ng paggawa ng desisyon na ito, sinusuri namin ang mga pagkakaiba sa pagitan ng dalawang pangunahing disenyo ng linear motion platform — isang tradisyunal na solusyon sa stage-on-granite, at isang solusyon sa IGM — mula sa parehong teknikal at pinansyal na pananaw sa anyo ng isang mekanikal- nagdadala ng case study.

Background

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

• Mechanical bearing, stage-on-granite
• Mechanical bearing, IGM

Sa parehong mga kaso, ang bawat sistema ay binubuo ng tatlong axes ng paggalaw.Nag-aalok ang Y axis ng 1000 mm ng paglalakbay at matatagpuan sa base ng istraktura ng granite.Ang X axis, na matatagpuan sa tulay ng pagpupulong na may 400 mm ng paglalakbay, ay nagdadala ng vertical Z-axis na may 100 mm ng paglalakbay.Ang kaayusan na ito ay kinakatawan sa pictographically.

Para sa stage-on-granite na disenyo, pumili kami ng PRO560LM wide-body stage para sa Y axis dahil sa mas malaking kapasidad nitong magdala ng load, karaniwan para sa maraming motion application gamit ang "Y/XZ split-bridge" na kaayusan na ito.Para sa X axis, pumili kami ng PRO280LM, na karaniwang ginagamit bilang bridge axis sa maraming application.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, malapit naming kinopya ang mga pangunahing konsepto ng disenyo at mga layout ng mga axes sa itaas, na ang pangunahing pagkakaiba ay ang mga IGM axes ay direktang itinayo sa istraktura ng granite, at samakatuwid ay kulang ang mga machined-component base na nasa stage-on. -mga disenyo ng granite.

Karaniwan sa parehong mga kaso ng disenyo ay ang Z axis, na pinili upang maging PRO190SL ball-screw-driven stage.Ito ay isang napaka-tanyag na axis upang gamitin sa patayong oryentasyon sa isang tulay dahil sa kanyang mapagbigay na kapasidad ng kargamento at medyo compact form factor.

Ang Figure 2 ay naglalarawan ng partikular na stage-on-granite at IGM system na pinag-aralan.

Teknikal na Paghahambing

Ang mga sistema ng IGM ay idinisenyo gamit ang iba't ibang mga diskarte at mga bahagi na katulad ng mga matatagpuan sa tradisyonal na stage-on-granite na mga disenyo.Bilang resulta, mayroong maraming teknikal na katangian na karaniwan sa pagitan ng mga sistema ng IGM at mga sistemang stage-on-granite.Sa kabaligtaran, ang pagsasama ng mga axes ng paggalaw nang direkta sa istraktura ng granite ay nag-aalok ng ilang natatanging katangian na nag-iiba ng mga sistema ng IGM mula sa mga sistemang stage-on-granite.

Form Factor

Marahil ang pinaka-halatang pagkakatulad ay nagsisimula sa pundasyon ng makina - ang granite.Bagama't may mga pagkakaiba sa mga feature at tolerance sa pagitan ng stage-on-granite at IGM na mga disenyo, ang kabuuang sukat ng granite base, risers at bridge ay katumbas.Pangunahin ito dahil ang nominal at limitasyon na mga paglalakbay ay magkapareho sa pagitan ng stage-on-granite at IGM.

Konstruksyon

Ang kakulangan ng machined-component axis base sa disenyo ng IGM ay nagbibigay ng ilang partikular na pakinabang kaysa sa mga solusyon sa stage-on-granite.Sa partikular, ang pagbabawas ng mga bahagi sa structural loop ng IGM ay nakakatulong upang mapataas ang pangkalahatang axis stiffness.Nagbibigay din ito ng mas maikling distansya sa pagitan ng granite base at sa tuktok na ibabaw ng karwahe.Sa partikular na case study, ang disenyo ng IGM ay nag-aalok ng 33% na mas mababang taas ng work surface (80 mm kumpara sa 120 mm).Ang mas maliit na working height na ito ay nagbibigay-daan para sa isang mas compact na disenyo, ngunit binabawasan din nito ang mga offset ng makina mula sa motor at encoder patungo sa workpoint, na nagreresulta sa mga nabawasang error sa Abbe at samakatuwid ay pinahusay ang pagganap ng pagpoposisyon ng workpoint.

Mga Bahagi ng Axis

Sa mas malalim na pagtingin sa disenyo, ang mga solusyon sa stage-on-granite at IGM ay nagbabahagi ng ilang mahahalagang bahagi, tulad ng mga linear na motor at mga position encoder.Ang pagpili ng karaniwang forcer at magnet track ay humahantong sa katumbas na mga kakayahan ng force-output.Gayundin, ang paggamit ng parehong mga encoder sa parehong mga disenyo ay nagbibigay ng magkaparehong mahusay na resolusyon para sa feedback sa pagpoposisyon.Bilang resulta, ang linear accuracy at repeatability na pagganap ay hindi makabuluhang naiiba sa pagitan ng stage-on-granite at IGM na mga solusyon.Ang magkakatulad na layout ng bahagi, kabilang ang paghihiwalay ng bearing at pagpapaubaya, ay humahantong sa maihahambing na pagganap sa mga tuntunin ng geometric error na galaw (ibig sabihin, pahalang at patayong tuwid, pitch, roll at yaw).Sa wakas, ang parehong mga elemento ng pagsuporta sa disenyo, kabilang ang pamamahala ng cable, mga limitasyon ng kuryente at hardstops, ay sa panimula ay magkapareho sa pag-andar, bagama't maaaring mag-iba ang mga ito sa pisikal na hitsura.

Bearings

Para sa partikular na disenyong ito, ang isa sa mga pinaka-kapansin-pansing pagkakaiba ay ang pagpili ng mga linear guide bearings.Bagama't ang recirculating ball bearings ay ginagamit sa parehong stage-on-granite at IGM system, ginagawang posible ng IGM system na isama ang mas malaki, mas matigas na bearings sa disenyo nang hindi tinataasan 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 vertical real estate na kung hindi man ay mauubos ng machined base, at mahalagang punan ang espasyong ito ng mas malaking bearings habang binabawasan pa rin ang pangkalahatang taas ng karwahe sa itaas ng granite.

paninigas

Ang paggamit ng mas malalaking bearings sa disenyo ng IGM ay may malalim na epekto sa angular stiffness.Sa kaso ng wide-body lower axis (Y), nag-aalok ang IGM solution ng higit sa 40% na mas mataas na roll stiffness, 30% na mas mataas na pitch stiffness at 20% na mas mataas na yaw stiffness kaysa sa isang kaukulang stage-on-granite na disenyo.Katulad nito, ang tulay ng IGM ay nag-aalok ng apat na beses na pagtaas sa higpit ng roll, doble ang higpit ng pitch at higit sa 30% na mas mataas na yaw na katigasan kaysa sa katapat nitong stage-on-granite.Ang mas mataas na angular stiffness ay kapaki-pakinabang dahil direkta itong nag-aambag sa pinahusay na dynamic na pagganap, na susi sa pagpapagana ng mas mataas na throughput ng makina.

Load Capacity

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

Paglilipat ng Misa

Habang ang mas malalaking bearings sa mechanical-bearing IGM axes ay nag-aalok ng mas mahusay na angular performance attributes at mas malaking load-carrying capacity, ang mga ito ay may kasama rin na mas malaki, mas mabibigat na trak.Bukod pa rito, ang mga karwahe ng IGM ay idinisenyo upang ang ilang partikular na machined feature na kinakailangan sa isang stage-on-granite axis (ngunit hindi kinakailangan ng isang IGM axis) ay inalis upang mapataas ang higpit ng bahagi at gawing simple ang pagmamanupaktura.Ang mga salik na ito ay nangangahulugan na ang IGM axis ay may mas malaking gumagalaw na masa kaysa sa isang katumbas na stage-on-granite axis.Ang isang hindi mapag-aalinlanganang downside ay ang pinakamataas na 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 gumagalaw na masa ay maaaring maging kapaki-pakinabang mula sa pananaw na ang mas malaking pagkawalang-galaw nito ay maaaring magbigay ng higit na pagtutol sa mga kaguluhan, na maaaring maiugnay sa tumaas na katatagan sa posisyon.

Structural Dynamics

Ang mas mataas na higpit ng tindig ng IGM system at mas mahigpit na karwahe ay nagbibigay ng mga karagdagang benepisyo na makikita pagkatapos gumamit ng software package ng finite-element analysis (FEA) para magsagawa ng modal analysis.Sa pag-aaral na ito, sinuri namin ang unang resonance ng gumagalaw na karwahe dahil sa epekto nito sa servo bandwidth.Ang PRO560LM carriage ay nakakaranas ng resonance sa 400 Hz, habang ang kaukulang IGM carriage ay nakakaranas ng parehong mode sa 430 Hz.Ang Figure 3 ay naglalarawan ng resultang ito.

Ang mas mataas na resonance ng IGM solution, kung ihahambing sa tradisyonal na stage-on-granite, ay maaaring maiugnay sa bahagi sa mas matibay na disenyo ng karwahe at tindig.Ang mas mataas na carriage resonance ay ginagawang posible na magkaroon ng mas malaking servo bandwidth at samakatuwid ay pinahusay ang dynamic na pagganap.

Operating Environment

Ang axis sealability ay halos palaging sapilitan kapag may mga contaminant, nabuo man sa pamamagitan ng proseso ng user o kung hindi man ay umiiral sa kapaligiran ng makina.Ang mga stage-on-granite na solusyon ay partikular na angkop sa mga sitwasyong ito dahil sa likas na saradong katangian ng axis.Ang mga linear na yugto ng PRO-series, halimbawa, ay nilagyan ng mga hardcover at side seal na nagpoprotekta sa mga bahagi ng panloob na yugto mula sa kontaminasyon hanggang sa makatwirang lawak.Ang mga yugtong ito ay maaari ding i-configure gamit ang mga opsyonal na tabletop na wiper upang walisin ang mga labi sa itaas na hardcover habang tumatawid ang entablado.Sa kabilang banda, ang mga platform ng paggalaw ng IGM ay likas na bukas sa kalikasan, na nakalabas ang mga bearings, motor at encoder.Bagama't hindi isyu sa mas malinis na kapaligiran, maaari itong maging problema kapag may kontaminasyon.Posibleng matugunan ang isyung ito sa pamamagitan ng pagsasama ng isang espesyal na bellow-style na way-cover sa isang disenyo ng axis ng IGM upang magbigay ng proteksyon mula sa mga labi.Ngunit kung hindi maipatupad nang tama, ang mga bellow ay maaaring negatibong maimpluwensyahan ang paggalaw ng axis sa pamamagitan ng pagbibigay ng mga panlabas na puwersa sa karwahe habang ito ay gumagalaw sa buong saklaw ng paglalakbay.

Pagpapanatili

Ang serviceability ay isang pagkakaiba sa pagitan ng stage-on-granite at IGM motion platform.Ang mga linear-motor axes ay kilala para sa kanilang tibay, ngunit kung minsan ay kinakailangan na magsagawa ng pagpapanatili.Ang ilang partikular na operasyon sa pagpapanatili ay medyo simple at maaaring magawa nang hindi inaalis o dini-disassemble ang axis na pinag-uusapan, ngunit kung minsan ay nangangailangan ng mas masusing pagtanggal.Kapag ang motion platform ay binubuo ng mga discrete stages na naka-mount sa granite, ang servicing ay isang makatuwirang gawain.Una, i-dismount ang entablado mula sa granite, pagkatapos ay gawin ang kinakailangang gawain sa pagpapanatili at muling i-mount ito.O, palitan lang ito ng bagong yugto.

Ang mga solusyon sa IGM ay maaaring maging mas mahirap minsan kapag nagsasagawa ng pagpapanatili.Bagama't ang pagpapalit ng isang magnet track ng linear na motor ay napakasimple sa kasong ito, ang mas kumplikadong pagpapanatili at pag-aayos ay kadalasang kinasasangkutan ng ganap na pag-disassembling ng marami o lahat ng mga bahagi na binubuo ng axis, na mas matagal kapag ang mga bahagi ay direktang naka-mount sa granite.Mas mahirap ding i-realign ang granite-based axes sa isa't isa pagkatapos magsagawa ng maintenance — isang gawain na mas diretso sa mga discrete stages.

Talahanayan 1. Isang buod ng mga pangunahing teknikal na pagkakaiba sa pagitan ng mechanical-bearing stage-on-granite at mga solusyon sa 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 mga kamag-anak na paghahambing ng analogous na IGM at mga stage-on-granite motion system na isinagawa sa pag-aaral na ito ay nagmumungkahi na ang mga solusyon sa IGM ay may kakayahang mag-alok ng medium-to high-precision na paggalaw sa katamtamang mas mababang gastos kaysa sa kanilang mga stage-on-granite na katapat.

Ang aming pang-ekonomiyang pag-aaral ay binubuo ng tatlong pangunahing bahagi ng gastos: mga bahagi ng makina (kabilang ang parehong mga manufactured na bahagi at biniling bahagi), ang granite assembly, at labor at overhead.

Parte ng makina

Ang isang solusyon sa IGM ay nag-aalok ng kapansin-pansing pagtitipid sa isang yugto-sa-granite na solusyon sa mga tuntunin ng mga bahagi ng makina.Pangunahing ito ay dahil sa kakulangan ng IGM ng masalimuot na machined stage base sa Y at X axes, na nagdaragdag ng pagiging kumplikado at gastos sa mga solusyon sa stage-on-granite.Dagdag pa, ang pagtitipid sa gastos ay maaaring maiugnay sa relatibong pagpapasimple ng iba pang mga machined na bahagi sa solusyon ng IGM, tulad ng mga gumagalaw na karwahe, na maaaring magkaroon ng mas simpleng mga tampok at medyo mas nakakarelaks na pagpapahintulot kapag idinisenyo para sa paggamit sa isang IGM system.

Granite Assemblies

Bagama't ang granite base-riser-bridge assemblies sa parehong IGM at stage-on-granite system ay mukhang may katulad na form factor at hitsura, ang IGM granite assembly ay bahagyang mas mahal.Ito ay dahil ang granite sa solusyon ng IGM ay pumapalit sa mga machined stage base sa stage-on-granite solution, na nangangailangan ng granite na magkaroon ng mas mahigpit na tolerance sa mga kritikal na rehiyon, at kahit na karagdagang mga tampok, tulad ng mga extruded cut at/ o sinulid na mga insert na bakal, halimbawa.Gayunpaman, sa aming pag-aaral ng kaso, ang idinagdag na pagiging kumplikado ng istraktura ng granite ay higit pa sa offset ng pagpapasimple sa mga bahagi ng makina.

Paggawa at Overhead

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

Kapag pinagsama-sama na ang lahat ng mga salik ng gastos na ito, ang partikular na solusyong IGM na may dala ng makina na sinuri sa pag-aaral na ito ay humigit-kumulang 15% na mas mura kaysa sa mekanikal na tindig, yugto-sa-granite na solusyon.

Siyempre, ang mga resulta ng pagsusuri sa ekonomiya ay nakasalalay hindi lamang sa mga katangian tulad ng haba ng paglalakbay, katumpakan at kapasidad ng pagkarga, kundi pati na rin sa mga kadahilanan tulad ng pagpili ng supplier ng granite.Bukod pa rito, masinop na isaalang-alang ang mga gastos sa pagpapadala at logistik na nauugnay sa pagkuha ng istraktura ng granite.Lalo na nakakatulong para sa napakalaking mga 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 panghuling pagpupulong ng system ay makakatulong upang mabawasan din ang mga gastos.

Dapat ding tandaan na ang pagsusuri na ito ay hindi isinasaalang-alang ang mga gastos pagkatapos ng pagpapatupad.Halimbawa, ipagpalagay na ito ay magiging kinakailangan upang 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 maserbisyuhan sa pamamagitan lamang ng pag-alis at pag-aayos/pagpapalit ng apektadong axis.Dahil sa mas modular na stage-style na disenyo, magagawa ito nang madali at bilis, sa kabila ng mas mataas na halaga ng paunang sistema.Bagama't ang mga sistema ng IGM sa pangkalahatan ay maaaring makuha sa mas mababang halaga kaysa sa kanilang mga stage-on-granite na katapat, maaari silang maging mas mahirap na i-disassemble at serbisyo dahil sa pinagsama-samang katangian ng konstruksiyon.

Konklusyon

Malinaw na ang bawat uri ng disenyo ng motion platform — stage-on-granite at IGM — ay maaaring mag-alok ng mga natatanging benepisyo.Gayunpaman, hindi palaging halata kung alin ang pinakamainam na pagpipilian para sa isang partikular na aplikasyon ng paggalaw.Samakatuwid, lubos na kapaki-pakinabang na makipagsosyo sa isang may karanasang tagapagtustos ng motion at automation system, gaya ng Aerotech, na nag-aalok ng isang partikular na nakatutok sa aplikasyon, consultative na diskarte upang galugarin at magbigay ng mahalagang insight sa mga alternatibong solusyon sa mapaghamong motion control at automation na mga aplikasyon.Ang pag-unawa hindi lamang sa pagkakaiba sa pagitan ng dalawang uri ng mga solusyon sa automation na ito, kundi pati na rin ang mga pangunahing aspeto ng mga problemang kailangan nilang lutasin, ay ang pinagbabatayan na susi sa tagumpay sa pagpili ng isang sistema ng paggalaw na tumutugon sa parehong mga teknikal at pinansyal na layunin ng proyekto.

Mula sa AEROTECH.