그라 나이트 스테이지와 통합 화강암 모션 시스템의 차이

주어진 애플리케이션에 가장 적합한 화강암 기반 선형 모션 플랫폼의 선택은 다양한 요인과 변수에 따라 다릅니다. 모션 플랫폼 측면에서 효과적인 솔루션을 추구하기 위해 이해하고 우선 순위를 정해야하는 고유 한 요구 사항 세트가 있음을 인식하는 것이 중요합니다.

보다 유비쿼터스 솔루션 중 하나는 개별 포지셔닝 단계를 화강암 구조에 장착하는 것입니다. 또 다른 일반적인 솔루션은 운동 축을 화강암 자체로 직접 구성하는 구성 요소를 통합합니다. GRANITE 스테이지와 IGM (Integrated-Granite Motion) 플랫폼을 선택하는 것은 선택 과정에서 이루어진 초기 결정 중 하나입니다. 솔루션 유형 사이에는 분명한 차이가 있으며 물론 각각은 신중하게 이해하고 고려해야하는 고유 한 장점과 경고가 있습니다.

이 의사 결정 프로세스에 대한 더 나은 통찰력을 제공하기 위해, 우리는 기존의 스테이지-그라나이트 솔루션 인 두 가지 기본 선형 모션 플랫폼 설계와 기계적 관점 사례 연구의 형태로 기술 및 재무 관점에서 IGM 솔루션의 차이점을 평가합니다.

배경

IGM 시스템과 기존 단계 온 그라나이트 시스템의 유사점과 차이점을 탐색하기 위해 두 가지 테스트 사례 설계를 생성했습니다.

• 기계적 베어링, 스테이지 온 그라니트
• 기계 베어링, IgM

두 경우 모두 각 시스템은 3 개의 운동 축으로 구성됩니다. Y 축은 1000mm의 여행을 제공하며 화강암 구조의 바닥에 위치하고 있습니다. 400mm의 여행이있는 어셈블리 브리지에 위치한 X 축은 100mm의 이동으로 수직 z 축을 운반합니다. 이 배열은 그림으로 표현됩니다.

스테이지에있는 그라나이트 설계의 경우, 우리는이 "y/xz 스플릿 브리지"배열을 사용하는 많은 모션 애플리케이션에 공통적 인 하중 전달 용량으로 인해 Y 축을위한 Pro560LM 와이드 바디 스테이지를 선택했습니다. X 축의 경우 많은 응용 분야에서 브리지 축으로 일반적으로 사용되는 Pro280LM을 선택했습니다. Pro280LM은 발자국과 고객 페이로드로 Z 축을 운반하는 능력 사이의 실질적인 균형을 제공합니다.

IGM 디자인의 경우, 우리는 위 축의 기본 설계 개념과 레이아웃을 밀접하게 복제했으며, 주요 차이는 IGM 축이 화강암 구조에 직접 구축되므로 단계에 나간 디자인에 존재하는 가공 성분 기반이 부족하다는 것입니다.

두 설계 사례 모두에서 일반적으로 Z 축이 있는데,이 축은 Pro190SL 볼 스크류 구동 단계로 선택되었습니다. 이것은 관대 한 페이로드 용량과 상대적으로 컴팩트 한 폼 팩터로 인해 다리의 수직 방향에서 사용하기에 매우 인기있는 축입니다.

그림 2는 연구 된 특정 단계 및 IGM 시스템을 보여줍니다.

기술 비교

IGM 시스템은 전통적인 스테이지-그라나이트 설계에서 발견되는 것과 유사한 다양한 기술과 구성 요소를 사용하여 설계되었습니다. 결과적으로, IGM 시스템과 스테이지 온 그라나이트 시스템간에 공통적 인 수많은 기술적 특성이 있습니다. 반대로, 운동 축을 화강암 구조에 직접 통합하면 IGM 시스템을 스테이지에있는 그라 나이트 시스템과 구별하는 몇 가지 구별 특성을 제공합니다.

폼 팩터

아마도 가장 명백한 유사성은 기계의 기초 인 화강암으로 시작됩니다. 스테이지 온 그라나이트와 IGM 디자인 사이의 특징과 공차에는 차이가 있지만 화강암베이스, 라이저 및 브리지의 전체 치수는 동일합니다. 이는 주로 공칭 및 한계 여행이 스테이지 온 그라나이트와 IGM 사이에 동일하기 때문입니다.

건설

IGM 설계에서 가공 성분 축베이스의 부족은 스테이지에있는 그라 나이트 솔루션에 비해 특정 이점을 제공합니다. 특히, IGM의 구조 루프에서 구성 요소의 감소는 전체 축 강성을 증가시키는 데 도움이됩니다. 또한 화강암베이스와 캐리지의 상부 표면 사이에 더 짧은 거리를 허용합니다. 이 특정 사례 연구에서 IGM 설계는 33% 낮은 작업 표면 높이 (120mm에 비해 80mm)를 제공합니다. 이 작은 작업 높이는보다 컴팩트 한 설계를 가능하게 할뿐만 아니라 모터 및 인코더에서 작업 점으로 기계 오프셋을 줄여 ABBE 오류가 줄어들어 작업 지점 포지셔닝 성능을 향상시킵니다.

축 구성 요소

디자인을 더 깊이 살펴보면 스테이지 온 그라나이트 및 IGM 솔루션은 선형 모터 및 위치 인코더와 같은 몇 가지 주요 구성 요소를 공유합니다. 일반적인 포스 및 자석 트랙 선택은 동등한 힘 출력 기능으로 이어집니다. 마찬가지로, 두 디자인 모두에서 동일한 인코더를 사용하면 피드백을 포지셔닝하기위한 동일한 분해능을 제공합니다. 결과적으로, 선형 정확도와 반복 성능은 스테이지 온 그라이트와 IGM 솔루션간에 크게 다르지 않습니다. 베어링 분리 및 허용 범위를 포함한 유사한 구성 요소 레이아웃은 기하학적 오류 동작 (예 : 수평 및 수직 스트레이트 니스, 피치, 롤 및 요) 측면에서 비슷한 성능으로 이어집니다. 마지막으로, 케이블 관리, 전기 한계 및 하드 스톱을 포함한 디자인의 지원 요소는 근본적으로 기능이 동일하지만 물리적 인 외관은 다소 다를 수 있습니다.

문장

이 특정 디자인의 경우 가장 주목할만한 차이점 중 하나는 선형 가이드 베어링의 선택입니다. 재순환 볼 베어링은 스테이지 온 그라나이트 및 IGM 시스템 모두에서 사용되지만 IGM 시스템은 축 작업 높이를 증가시키지 않으면 서 더 크고 더 딱딱한 베어링을 설계에 통합 할 수 있습니다. IGM 디자인은 별도의 가공 성분베이스와 달리 화강암에 의존하기 때문에 가공 된베이스에 의해 소비되는 수직 부동산 중 일부를 회수 할 수 있으며,이 공간을 더 큰 베어링으로 ​​채우면서 화강암 위의 전체 캐리지 높이를 감소시킬 수 있습니다.

단단함

IGM 설계에 더 큰 베어링을 사용하면 각도 강성에 큰 영향을 미칩니다. 와이드 바디 하부 축 (Y)의 경우, IGM 솔루션은 해당 스테이지에있는 스테이지 디자인보다 40% 이상의 더 큰 롤 강성, 30% 더 큰 피치 강성 및 20% 더 큰 요 강성을 제공합니다. 마찬가지로, IGM의 브리지는 롤 강성의 4 배 증가, 피치 강성의 두 배 및 스테이지에있는 그라나이트 대응 물보다 30% 이상의 요 강성을 제공합니다. 높은 각도 강성은 개선 된 동적 성능에 직접 기여하기 때문에 유리하며, 이는 더 높은 기계 처리량을 가능하게하는 데 중요합니다.

로드 용량

IGM 솔루션의 더 큰 베어링은 스테이지에있는 그라 나이트 솔루션보다 상당히 높은 페이로드 용량을 허용합니다. 스테이지-온 그라나이트 용액의 Pro560LM 기본 축은 150kg의 부하 용량을 가지지 만 해당 IGM 용액은 300kg 페이로드를 수용 할 수 있습니다. 마찬가지로, 스테이지 온 그라나이트의 Pro280LM Bridge 축은 150kg을 지원하는 반면, IGM 솔루션의 브리지 축은 최대 200kg을 운반 할 수 있습니다.

움직이는 질량

기계적 함유 IGM 축의 더 큰 베어링은 더 나은 각도 성능 속성과 더 큰 하중 전달 용량을 제공하지만 더 크고 무거운 트럭과 함께 제공됩니다. 또한, IGM 캐리지는 파트 강성을 증가시키고 제조를 단순화하기 위해 스테이지-에 그라 나이트 축에 필요한 특정 가공 된 기능 (IGM 축에 필요하지 않음)이 제거되도록 설계되었습니다. 이러한 요인은 IGM 축이 해당 중인성 축보다 더 큰 이동 질량을 갖는다는 것을 의미합니다. 논란의 여지가없는 단점은 모터 힘 출력이 변하지 않는다고 가정 할 때 IGM의 최대 가속도가 낮다는 것입니다. 그러나, 특정 상황에서, 더 큰 움직이는 질량은 관성이 큰 관성이 교란에 더 큰 저항성을 제공 할 수 있다는 관점에서 유리할 수 있으며, 이는 성분의 향상 안정성과 상관 될 수있다.

구조적 역학

IGM 시스템의 더 높은 베어링 강성 및보다 강력한 캐리지는 유한 요소 분석 (FEA) 소프트웨어 패키지를 사용하여 모달 분석을 수행 한 후 명백한 추가 이점을 제공합니다. 이 연구에서 우리는 서보 대역폭에 미치는 영향으로 인해 움직이는 캐리지의 첫 번째 공명을 조사했습니다. Pro560LM 캐리지는 400Hz에서 공명을 만난 반면, 해당 IGM 캐리지는 430Hz에서 동일한 모드를 경험합니다. 그림 3 은이 결과를 보여줍니다.

전통적인 스테이지에 비교할 때 IgM 용액의 높은 공명은 부분적으로 더 딱딱한 운송 및 베어링 디자인에 기인 할 수 있습니다. 캐리지 공명이 높을수록 서보 대역폭이 더 높아서 동적 성능을 향상시킬 수 있습니다.

운영 환경

Axis Sealability는 사용자의 프로세스를 통해 발생하거나 기계의 환경에 존재하는지 여부에 관계없이 오염 물질이 존재할 때 거의 항상 의무적입니다. 무대에있는 솔루션은 이러한 상황에서 특히 축의 본질적으로 폐쇄 된 특성으로 인해 특히 적합합니다. 예를 들어, 프로 시리즈 선형 단계에는 내부 단계 구성 요소를 오염으로부터 합리적으로 보호하는 하드 커버 및 측면 씰이 장착되어 있습니다. 이 단계는 또한 무대가 가로 질러 상단 하드 커버에서 잔해물을 쓸어 내기 위해 옵션 탁상 와이퍼로 구성 될 수 있습니다. 반면, IGM 모션 플랫폼은 본질적으로 자연에서 열려 있으며 베어링, 모터 및 인코더가 노출됩니다. 깨끗한 환경에서는 문제가되지 않지만 오염이있을 때 문제가 될 수 있습니다. 특별한 벨로우즈 스타일의 길 코버를 IGM 축 설계에 통합하여 잔해로부터 보호 하여이 문제를 해결할 수 있습니다. 그러나 올바르게 구현되지 않으면 벨로우즈는 전 세계의 이동 범위를 통과 할 때 마차에 외부 힘을 전해함으로써 축의 움직임에 부정적인 영향을 줄 수 있습니다.

유지

서비스 가능성은 스테이지 온 그라나이트 및 IGM 모션 플랫폼의 차별화 요소입니다. 선형 운동 축은 견고성으로 잘 알려져 있지만 때로는 유지 보수를 수행해야합니다. 특정 유지 보수 작업은 비교적 간단하며 문제의 축을 제거하거나 분해하지 않고 달성 할 수 있지만 때로는 더 철저한 분해가 필요합니다. 모션 플랫폼이 화강암에 장착 된 개별 단계로 구성되면 서비스는 상당히 간단한 작업입니다. 먼저 화강암에서 무대를 분리 한 다음 필요한 유지 보수 작업을 수행하고 다시 마운트하십시오. 또는 단순히 새로운 단계로 교체하십시오.

IGM 솔루션은 유지 보수를 수행 할 때 때때로 더 어려울 수 있습니다. 이 경우 선형 모터의 단일 자석 트랙을 교체하는 것은 매우 간단하지만, 더 복잡한 유지 보수와 수리에는 종종 축을 포함하는 많은 구성 요소 또는 모든 구성 요소가 완전히 분해되어 구성 요소가 화강암에 직접 장착 될 때 더 많은 시간이 걸립니다. 또한 유지 보수를 수행 한 후 화강암 기반 축을 서로 정렬하는 것이 더 어렵습니다. 이는 개별 단계에서 훨씬 더 간단한 작업입니다.

표 1. 기계적 베어링 스테이지-온 그라나이트와 IGM 솔루션 사이의 기본 기술적 차이 요약.

경제 비교

모든 모션 시스템의 절대 비용은 이동 길이, 축 정밀도, 하중 용량 및 동적 기능을 포함한 여러 요인에 따라 달라 지지만, 본 연구에서 수행 된 유사한 IGM 및 스테이지-온 그라이트 모션 시스템의 상대적 비교는 IGM 솔루션이 중간 정도의 저렴한 비용으로 중간 정도의 고정산 모션을 제공 할 수 있음을 시사합니다.

우리의 경제 연구는 기계 부품 (제조 부품 및 구매 한 구성 요소 포함), 화강암 어셈블리, 노동 및 오버 헤드의 세 가지 기본 비용 구성 요소로 구성됩니다.

기계 부품

IGM 솔루션은 기계 부품 측면에서 스테이지에있는 솔루션에 비해 주목할만한 비용을 제공합니다. 이는 주로 IGM의 y 및 x 축에 복잡하게 가공 된 스테이지베이스가 없기 때문에 스테이지-나이트 솔루션에 복잡성과 비용이 추가됩니다. 또한 비용 절감은 IGM 시스템에 사용하도록 설계 될 때 더 간단한 기능과 다소 편안한 공차를 가질 수있는 이동 마차와 같은 IGM 솔루션에서 다른 가공 부품의 상대적 단순화로 인한 것일 수 있습니다.

화강암 어셈블리

IgM 및 Stage-on-Granite 시스템 모두에서 화강암베이스 라이더 브리지 어셈블리는 유사한 형태 인자 및 외관을 갖는 것으로 보이지만, IgM 화강암 어셈블리는 약간 비싸다. 이는 IGM 용액의 화강암이 스테이지-온 그라 나이트 솔루션에서 가공 된 스테이지베이스를 대신하기 때문에 화강암은 임계 영역에서 일반적으로 더 엄격한 공차를 가져야하며, 예를 들어 압출 된 컷 및/또는 스레드 스틸 인서트와 같은 추가 특징조차 필요합니다. 그러나, 우리의 사례 연구에서, 화강암 구조의 추가 복잡성은 기계 부품의 단순화에 의해 상쇄되는 것 이상이다.

노동과 오버 헤드

IGM과 스테이지-그라나이트 시스템을 모두 조립하고 테스트하는 데있어 많은 유사점으로 인해 노동과 오버 헤드 비용에는 큰 차이가 없습니다.

이러한 모든 비용 요인이 결합되면,이 연구에서 검사 된 특정 기계적 함유 IGM 솔루션은 기계적 베어링 스테이지-그라나이트 솔루션보다 대략 15% 저렴합니다.

물론, 경제 분석의 결과는 여행 길이, 정밀 및 하중 용량과 같은 속성뿐만 아니라 화강암 공급 업체 선택과 같은 요인에 달려 있습니다. 또한 화강암 구조를 조달하는 것과 관련된 운송 및 물류 비용을 고려하는 것이 현명합니다. 매우 큰 화강암 시스템에 특히 도움이되지만 모든 크기에 맞지만 최종 시스템 어셈블리의 위치에 가까운 자격을 갖춘 화강암 공급 업체를 선택하면 비용을 최소화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

또한이 분석은 구현 후 비용을 고려하지 않습니다. 예를 들어, 운동 축을 수리하거나 교체하여 모션 시스템을 서비스해야한다고 가정합니다. 스테이지에있는 그라나이트 시스템은 영향을받는 축을 제거하고 수리/교체하여 서비스 할 수 있습니다. 더 모듈 식 스테이지 스타일 설계로 인해 초기 시스템 비용이 높지만 상대적으로 쉽게 쉽게 쉽게 쉽게 쉽게울 수있을 수 있습니다. IGM 시스템은 일반적으로 스테이지에있는 그라나이트 상대보다 저렴한 비용으로 얻을 수 있지만, 건축의 통합 특성으로 인해 분해 및 서비스가 더 어려울 수 있습니다.

결론

분명히 각 유형의 모션 플랫폼 설계 (스테이지 온 그라나이트 및 IGM)는 뚜렷한 이점을 제공 할 수 있습니다. 그러나 특정 모션 애플리케이션에 가장 이상적인 선택이 항상 명백한 것은 아닙니다. 따라서 Aerotech와 같은 숙련 된 모션 및 자동화 시스템 공급 업체와 파트너 관계를 맺는 데 큰 도움이됩니다. Aerotech와 같은 경험이 풍부한 모션 및 자동화 시스템 공급 업체는 도전적인 모션 제어 및 자동화 애플리케이션에 대한 솔루션 대안에 대한 귀중한 통찰력을 제공하기위한 분명히 응용 프로그램 중심의 상담 접근 방식을 제공합니다. 이 두 가지 품종의 자동화 솔루션의 차이뿐만 아니라 해결 해야하는 문제의 기본 측면을 이해하는 것은 프로젝트의 기술 및 재무 목표를 모두 다루는 모션 시스템을 선택하는 데 성공하는 데 도움이됩니다.

Aerotech에서.