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Parte 1 - Cos'è la scaffalatura nei sistemi a portale?

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E come si può evitare?

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I gantry differiscono da altri tipi di sistemi multiasse (come i robot cartesiani e le tavole XY) perché utilizzano due assi di base (X) in parallelo, con un asse perpendicolare (Y) che li collega. Mentre questa disposizione a doppio asse X fornisce un'impronta ampia e stabile e permette ai sistemi gantry di fornire un'alta capacità di carico, lunghe corse e una buona rigidità, può anche portare a un fenomeno comunemente indicato come racking.

Ogni volta che due assi lineari sono montati e collegati in parallelo, c'è il rischio che gli assi non viaggino in perfetta sincronia. In altre parole, durante il movimento, uno degli assi X può "rimanere indietro" rispetto all'altro, e l'asse principale tenterà di trascinare il suo partner in ritardo. Quando questo accade, l'asse di collegamento (Y) può diventare obliquo - non più perpendicolare ai due assi X. La condizione in cui gli assi X e Y perdono l'ortogonalità è chiamata travaso, e può risultare in un vincolo quando il sistema si muove nella direzione X, nonché in forze potenzialmente dannose su entrambi gli assi X e Y.

Il racking nei sistemi gantry può essere causato da una varietà di fattori di progettazione e assemblaggio, ma uno dei fattori più influenti è il metodo di azionamento degli assi X. Con due assi X in parallelo, i progettisti hanno la scelta di guidare ogni asse X indipendentemente, o di guidare un asse e trattare l'altro come un asse "slave", o follower.

Nelle applicazioni a bassa velocità con una distanza relativamente piccola tra i due assi X (breve corsa dell'asse Y), può essere accettabile pilotare solo un asse X e lasciare che il secondo asse X sia un seguace, senza meccanismo di guida. In questo design, una preoccupazione chiave è la rigidità della connessione tra gli assi - in altre parole, la rigidità dell'asse Y.

Dato che l'asse guidato sta effettivamente "tirando lungo" l'asse non guidato, se la connessione tra di loro sperimenta la flessione, la torsione o altri comportamenti non rigidi, qualsiasi differenza di attrito o di carico tra i due assi X può immediatamente portare a travasi e legami. E più lungo è l'asse Y, meno rigido sarà. Ecco perché la disposizione "driven-follower" è generalmente raccomandata per le applicazioni in cui la distanza tra gli assi X è inferiore a un metro.

La soluzione di azionamento più sofisticata consiste nell'utilizzare un motore separato su ogni asse, con i motori sincronizzati in una disposizione master-slave tramite il controller. In questa disposizione, tuttavia, gli errori di corsa degli azionamenti meccanici devono essere perfettamente (o quasi perfettamente) abbinati - altrimenti, si possono verificare travasi e vincoli a causa di lievi deviazioni nella distanza che ciascun asse percorre per giro del motore.

Per le applicazioni gantry di precisione ad alta velocità, i meccanismi di azionamento scelti sono tipicamente le viti a sfera e gli azionamenti a pignone e cremagliera. Entrambe queste tecnologie possono essere abbinate selettivamente per fornire un errore lineare simile su ogni asse, evitando alcuni degli errori che possono verificarsi in gruppi di azionamento non abbinati. Poiché gli azionamenti a cinghia e a catena hanno errori di passo che sono difficili da abbinare e compensare, questi non sono generalmente raccomandati per i sistemi gantry quando gli assi X sono guidati in modo indipendente. D'altra parte, i motori lineari sono una scelta eccellente per gli assi paralleli nei sistemi gantry, poiché non hanno errori meccanici e possono fornire lunghe corse e alte velocità.

Un'altra soluzione - un po' un compromesso tra le due opzioni descritte sopra - è di usare un motore per guidare entrambi gli assi X. Questo può essere fatto collegando l'uscita dell'asse azionato dal motore all'ingresso del secondo asse tramite un giunto a distanza (chiamato anche albero di collegamento). Questa configurazione elimina il secondo motore (e la sincronizzazione che sarebbe necessaria).

Tuttavia, la rigidità torsionale del giunto a distanza è importante. Se la coppia che viene trasferita tra gli assi fa sì che il giunto subisca un "wind-up", possono ancora verificarsi travasi e legami. Questa configurazione è spesso una buona opzione quando la distanza tra gli assi X è tra uno e tre metri, con requisiti di carico e velocità moderati.