Stage-on-Granite 모션 시스템과 통합 Granite 모션 시스템의 차이점

주어진 응용 분야에 가장 적합한 화강암 기반 선형 모션 플랫폼의 선택은 다양한 요인과 변수에 따라 달라집니다.모션 플랫폼 측면에서 효과적인 솔루션을 추구하려면 각 애플리케이션마다 이해하고 우선순위를 지정해야 하는 고유한 요구 사항이 있다는 점을 인식하는 것이 중요합니다.

보다 유비쿼터스적인 솔루션 중 하나는 화강암 구조물에 개별 포지셔닝 스테이지를 장착하는 것입니다.또 다른 일반적인 솔루션은 운동 축을 구성하는 구성 요소를 화강암 자체에 직접 통합하는 것입니다.스테이지 석정반 플랫폼과 통합 석정반 모션(IGM) 플랫폼 중에서 선택하는 것은 선택 프로세스에서 내려야 하는 초기 결정 중 하나입니다.두 가지 솔루션 유형 사이에는 명확한 차이가 있으며, 각 유형에는 신중하게 이해하고 고려해야 하는 고유한 장점과 주의 사항이 있습니다.

이러한 의사 결정 프로세스에 대한 더 나은 통찰력을 제공하기 위해 우리는 두 가지 기본 선형 모션 플랫폼 설계(전통적인 석정강석 스테이지 솔루션과 IGM 솔루션) 간의 차이점을 기계적 측면과 재정적 측면 모두에서 평가합니다. 베어링 사례 연구.

배경

IGM 시스템과 기존 스테이지 석정반 시스템 간의 유사점과 차이점을 탐색하기 위해 우리는 두 가지 테스트 케이스 디자인을 생성했습니다.

• 기계식 베어링, 스테이지 화강암
• 기계식 베어링, IGM

두 경우 모두 각 시스템은 3개의 모션 축으로 구성됩니다.Y축은 1000mm의 이동 거리를 제공하며 화강암 구조의 바닥에 위치합니다.400mm 이동으로 어셈블리 브리지에 위치한 X축은 100mm 이동으로 수직 Z축을 전달합니다.이 배열은 그림으로 표현됩니다.

스테이지 석정반 설계의 경우 "Y/XZ 분할 브리지" 배열을 사용하는 많은 모션 애플리케이션에 일반적으로 사용되는 더 큰 하중 전달 용량 때문에 Y축에 PRO560LM 와이드 바디 스테이지를 선택했습니다.X축으로는 많은 응용 분야에서 브리지 축으로 일반적으로 사용되는 PRO280LM을 선택했습니다.PRO280LM은 설치 공간과 고객 페이로드로 Z축을 운반하는 능력 사이의 실질적인 균형을 제공합니다.

IGM 설계의 경우 위 축의 기본 설계 개념과 레이아웃을 면밀히 복제했습니다. 주요 차이점은 IGM 축이 화강암 구조에 직접 내장되어 스테이지 온에 있는 가공 구성 요소 베이스가 부족하다는 것입니다. -화강암 디자인.

두 설계 사례 모두에서 공통적으로 PRO190SL 볼스크류 구동 스테이지로 선택된 Z축이 있습니다.이 축은 넉넉한 탑재량과 상대적으로 컴팩트한 폼 팩터로 인해 교량에서 수직 방향으로 사용하기에 매우 인기 있는 축입니다.

그림 2는 연구된 특정 스테이지 석정반 및 IGM 시스템을 보여줍니다.

기술 비교

IGM 시스템은 전통적인 스테이지 석정반 설계에서 볼 수 있는 것과 유사한 다양한 기술과 구성 요소를 사용하여 설계되었습니다.결과적으로 IGM 시스템과 스테이지 석정반 시스템 사이에는 수많은 기술적 특성이 공통적으로 존재합니다.반대로, 모션 축을 화강암 구조에 직접 통합하면 IGM 시스템과 스테이지 석정반 시스템을 구별하는 몇 가지 구별되는 특성을 제공합니다.

폼 팩터

아마도 가장 분명한 유사점은 기계의 기초인 화강암에서 시작될 것입니다.스테이지 석정반과 IGM 설계 사이에는 기능과 공차에 차이가 있지만 석정반 베이스, 라이저 및 브리지의 전체 치수는 동일합니다.이는 주로 스테이지 석정반과 IGM 사이의 공칭 이동과 한계 이동이 동일하기 때문입니다.

건설

IGM 설계에는 가공된 부품 축 베이스가 없기 때문에 스테이지 석정반 솔루션에 비해 확실한 이점을 제공합니다.특히, IGM 구조 루프의 구성 요소 감소는 전체 축 강성을 높이는 데 도움이 됩니다.또한 화강암 베이스와 캐리지 상단 표면 사이의 거리가 더 짧아집니다.이 특정 사례 연구에서 IGM 디자인은 작업 표면 높이가 33% 더 낮습니다(120mm에 비해 80mm).작업 높이가 작아지면 더욱 컴팩트한 설계가 가능해질 뿐만 아니라 모터와 인코더에서 작업 지점까지의 기계 오프셋이 줄어들어 아베 오류가 줄어들고 결과적으로 작업 지점 위치 지정 성능이 향상됩니다.

축 구성 요소

설계를 자세히 살펴보면 스테이지 석정반 및 IGM 솔루션은 선형 모터 및 위치 인코더와 같은 일부 핵심 구성 요소를 공유합니다.공통 포서 및 자석 트랙 선택으로 동등한 힘 출력 기능이 제공됩니다.마찬가지로, 두 설계 모두에서 동일한 인코더를 사용하면 위치 피드백에 대해 동일하게 미세한 분해능을 제공합니다.결과적으로 선형 정확성과 반복성 성능은 스테이지 석정반 솔루션과 IGM 솔루션 간에 크게 다르지 않습니다.베어링 분리 및 공차를 포함한 유사한 구성 요소 레이아웃은 기하학적 오류 동작(예: 수평 및 수직 직진도, 피치, 롤 및 요) 측면에서 비슷한 성능을 제공합니다.마지막으로, 케이블 관리, 전기 제한 및 하드스톱을 포함한 두 디자인의 지원 요소는 물리적인 외관이 다소 다를 수 있지만 기능면에서는 기본적으로 동일합니다.

문장

이 특정 설계에서 가장 눈에 띄는 차이점 중 하나는 선형 가이드 베어링을 선택한다는 것입니다.재순환 볼 베어링은 스테이지 석정반 시스템과 IGM 시스템 모두에 사용되지만 IGM 시스템을 사용하면 축 작업 높이를 늘리지 않고도 더 크고 견고한 베어링을 설계에 통합할 수 있습니다.IGM 디자인은 별도의 가공된 구성품 베이스와 달리 화강암을 베이스로 사용하기 때문에 가공된 베이스에 의해 소비될 수직 공간의 일부를 회수하고 본질적으로 이 공간을 더 큰 공간으로 채울 수 있습니다. 화강암 위의 전체 캐리지 높이를 줄이면서 베어링.

단단함

IGM 설계에 더 큰 베어링을 사용하면 각도 강성에 큰 영향을 미칩니다.와이드 바디 하부 축(Y)의 경우 IGM 솔루션은 해당 스테이지 석정반 설계보다 40% 이상 더 큰 롤 강성, 30% 더 큰 피치 강성, 20% 더 큰 요 강성을 제공합니다.마찬가지로 IGM의 브리지는 스테이지 석정반에 비해 롤 강성이 4배, 피치 강성이 두 배, 요 강성이 30% 이상 향상되었습니다.각도 강성이 높을수록 더 높은 기계 처리량을 가능하게 하는 핵심인 동적 성능 향상에 직접적으로 기여하기 때문에 유리합니다.

부하 용량

IGM 솔루션의 더 큰 베어링은 스테이지 석정반 솔루션보다 훨씬 더 높은 탑재량을 허용합니다.스테이지 석정반 솔루션의 PRO560LM 기본 축의 부하 용량은 150kg이지만 해당 IGM 솔루션은 300kg의 페이로드를 수용할 수 있습니다.마찬가지로 스테이지-온-그라나이트의 PRO280LM 브리지 축은 150kg을 지원하는 반면 IGM 솔루션의 브리지 축은 최대 200kg을 지탱할 수 있습니다.

이동 질량

기계식 베어링 IGM 축의 더 큰 베어링은 더 나은 각도 성능 특성과 더 큰 하중 전달 용량을 제공하지만 더 크고 무거운 트럭에도 함께 제공됩니다.또한 IGM 캐리지는 부품 강성을 높이고 제조를 단순화하기 위해 스테이지 석정반 축에 필요한 특정 가공 기능(IGM 축에서는 필요하지 않음)을 제거하도록 설계되었습니다.이러한 요소는 IGM 축이 해당 스테이지 석정반 축보다 이동 질량이 더 크다는 것을 의미합니다.논쟁의 여지가 없는 단점은 모터 힘 출력이 변하지 않는다고 가정할 때 IGM의 최대 가속도가 더 낮다는 것입니다.그러나 특정 상황에서는 더 큰 관성이 더 큰 외란에 대한 저항을 제공할 수 있다는 관점에서 더 큰 이동 질량이 유리할 수 있으며 이는 정위치 안정성 증가와 관련이 있을 수 있습니다.

구조적 역학

IGM 시스템의 더 높은 베어링 강성과 더 견고한 캐리지는 유한요소해석(FEA) 소프트웨어 패키지를 사용하여 모달 해석을 수행한 후에 추가적인 이점을 제공합니다.본 연구에서는 서보 대역폭에 미치는 영향으로 인해 움직이는 캐리지의 첫 번째 공진을 조사했습니다.PRO560LM 캐리지는 400Hz에서 공진을 겪고, 해당 IGM 캐리지는 430Hz에서 동일한 모드를 경험합니다.그림 3은 이 결과를 보여줍니다.

기존의 스테이지 석정반과 비교할 때 IGM 솔루션의 더 높은 공명은 부분적으로 더 견고한 캐리지 및 베어링 설계에 기인할 수 있습니다.캐리지 공진이 높을수록 더 큰 서보 대역폭을 가질 수 있으므로 동적 성능이 향상됩니다.

운영 환경

축 밀봉성은 사용자의 프로세스를 통해 생성되었거나 기계 환경에 존재하는 오염 물질이 존재하는 경우 거의 항상 필수입니다.무대 위 석정반 솔루션은 본질적으로 축이 폐쇄되어 있기 때문에 이러한 상황에 특히 적합합니다.예를 들어, PRO 시리즈 선형 스테이지에는 내부 스테이지 구성 요소가 오염되지 않도록 보호하는 하드커버와 측면 씰이 장착되어 있습니다.이러한 스테이지는 스테이지가 이동할 때 상단 하드커버에서 잔해물을 쓸어내는 선택적인 탁상용 와이퍼로 구성될 수도 있습니다.반면, IGM 모션 플랫폼은 베어링, 모터 및 인코더가 노출되어 본질적으로 개방형입니다.깨끗한 환경에서는 문제가 되지 않지만 오염이 있는 경우에는 문제가 될 수 있습니다.잔해물로부터 보호하기 위해 IGM 축 설계에 특수 벨로우즈 스타일 웨이 커버를 통합함으로써 이 문제를 해결할 수 있습니다.그러나 올바르게 구현되지 않으면 벨로우즈가 전체 이동 범위를 통해 이동할 때 캐리지에 외부 힘을 전달하여 축의 동작에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.

유지

서비스 가능성은 스테이지 석정반과 IGM 모션 플랫폼 간의 차별화 요소입니다.리니어 모터 축은 견고함으로 잘 알려져 있지만 때로는 유지 관리를 수행해야 하는 경우도 있습니다.특정 유지 관리 작업은 상대적으로 간단하며 문제의 축을 제거하거나 분해하지 않고도 수행할 수 있지만 때로는 보다 철저한 분해가 필요합니다.모션 플랫폼이 화강암 위에 장착된 개별 스테이지로 구성된 경우 서비스는 상당히 간단한 작업입니다.먼저 화강암에서 무대를 분리한 다음 필요한 유지 관리 작업을 수행하고 다시 장착합니다.아니면 단순히 새로운 스테이지로 교체하세요.

IGM 솔루션은 유지 관리를 수행할 때 때때로 더 어려울 수 있습니다.이 경우 선형 모터의 단일 자석 트랙을 교체하는 것은 매우 간단하지만 더 복잡한 유지 관리 및 수리에는 종종 축을 구성하는 많은 구성 요소 또는 전체 구성 요소를 완전히 분해하는 작업이 포함되므로 구성 요소를 화강암에 직접 장착할 때 더 많은 시간이 소요됩니다.또한 유지 관리를 수행한 후 화강암 기반 축을 서로 재정렬하는 것이 더 어렵습니다. 이는 개별 단계를 사용하면 훨씬 더 간단한 작업입니다.

표 1. 기계식 베어링 스테이지 석정반 솔루션과 IGM 솔루션 간의 근본적인 기술적 차이점을 요약합니다.

경제적 비교

모든 모션 시스템의 절대 비용은 이동 길이, 축 정밀도, 부하 용량 및 동적 기능을 포함한 여러 요소에 따라 달라지지만, 본 연구에서 수행된 유사한 IGM 및 스테이지 석정반 모션 시스템의 상대적인 비교는 IGM 솔루션이 다음과 같은 것을 시사합니다. 스테이지 석정반에 설치된 제품보다 약간 낮은 비용으로 중정밀도에서 고정밀도 모션을 제공할 수 있습니다.

우리의 경제 연구는 기계 부품(제조 부품과 구매 부품 모두 포함), 화강암 조립, 인건비 및 간접비라는 세 가지 기본 비용 구성 요소로 구성됩니다.

기계 부품

IGM 솔루션은 기계 부품 측면에서 스테이지 석정반 솔루션에 비해 상당한 절감 효과를 제공합니다.이는 주로 IGM의 Y축과 X축에 복잡하게 가공된 스테이지 베이스가 부족하여 스테이지 석정반 솔루션에 복잡성과 비용이 추가되기 때문입니다.또한 비용 절감은 이동 캐리지와 같은 IGM 솔루션의 다른 가공 부품이 상대적으로 단순화되었기 때문에 가능합니다. 이는 IGM 시스템에 사용하도록 설계할 때 더 간단한 기능과 다소 완화된 공차를 가질 수 있습니다.

화강암 어셈블리

IGM 및 스테이지 석정반 시스템의 화강암 베이스-라이저-브리지 어셈블리는 유사한 폼 팩터와 외관을 갖고 있는 것으로 보이지만 IGM 화강암 어셈블리는 약간 더 비쌉니다.이는 IGM 솔루션의 화강암이 스테이지 석정반 솔루션의 가공된 스테이지 베이스를 대신하기 때문입니다. 이는 화강암이 중요 영역에서 일반적으로 더 엄격한 공차를 가져야 하며 압출 절단 및/또는 압출 절단과 같은 추가 기능도 필요합니다. 예를 들어 나사산 강철 인서트 등이 있습니다.그러나 우리의 사례 연구에서는 화강암 구조의 추가된 복잡성이 기계 부품의 단순화로 상쇄되는 것 이상입니다.

노동 및 간접비

IGM 시스템과 석정반 석정반 시스템의 조립 및 테스트에는 많은 유사점이 있기 때문에 인건비와 간접비에는 큰 차이가 없습니다.

이러한 비용 요소를 모두 결합하면 본 연구에서 검토한 특정 기계식 베어링 IGM 솔루션은 기계식 베어링 스테이지 석정반 솔루션보다 비용이 약 15% 저렴합니다.

물론 경제성 분석의 결과는 이동 길이, 정밀도, 적재 용량과 같은 속성뿐 아니라 화강암 공급업체 선택과 같은 요소에 따라 달라집니다.또한 화강암 구조물 조달과 관련된 운송 및 물류 비용을 고려하는 것이 현명합니다.매우 큰 화강암 시스템에 특히 유용합니다. 모든 규모에 해당되지만 최종 시스템 조립 위치에 더 가까운 자격을 갖춘 화강암 공급업체를 선택하면 비용을 최소화하는 데도 도움이 됩니다.

또한 이 분석에서는 구현 후 비용을 고려하지 않았다는 점에 유의해야 합니다.예를 들어, 모션 축을 수리하거나 교체하여 모션 시스템을 서비스해야 한다고 가정해 보겠습니다.스테이지 석정반 시스템은 영향을 받은 축을 제거하고 수리/교체하기만 하면 서비스를 받을 수 있습니다.모듈식 스테이지 스타일 설계로 인해 초기 시스템 비용이 높음에도 불구하고 상대적으로 쉽고 빠르게 수행할 수 있습니다.IGM 시스템은 일반적으로 스테이지 석정반 시스템보다 저렴한 비용으로 구입할 수 있지만 구성의 통합 특성으로 인해 분해 및 서비스가 더 어려울 수 있습니다.

결론

스테이지 석정반 및 IGM 등 각 유형의 모션 플랫폼 설계는 분명히 뚜렷한 이점을 제공할 수 있습니다.그러나 특정 모션 애플리케이션에 가장 이상적인 선택이 항상 명확한 것은 아닙니다.따라서 까다로운 모션 제어 및 자동화 애플리케이션에 대한 솔루션 대안을 탐색하고 귀중한 통찰력을 제공하기 위해 뚜렷한 애플리케이션 중심의 컨설팅 접근 방식을 제공하는 Aerotech과 같은 숙련된 모션 및 자동화 시스템 공급업체와 협력하는 것이 매우 유리합니다.이 두 종류의 자동화 솔루션 간의 차이점뿐만 아니라 해결해야 하는 문제의 근본적인 측면을 이해하는 것이 프로젝트의 기술 및 재정적 목표를 모두 해결하는 모션 시스템을 선택하는 데 있어 기본 열쇠입니다.

에어로텍에서.