الحركة المستقيمة والدقيقة ليست سهلة على الإطلاق.

إن الحركة المستقيمة والدقيقة ليست سهلة على الإطلاق، وأجهزة تحديد المواقع الخطية تثبت ذلك من خلال الخطأ ليس في بُعد واحد، بل في ثلاثة أبعاد

بمجرد أن تظن أنك قد قمت بتثبيت مفهوم "الحركة الخطية" - قم بضرب النقاط المطلوبة على الفور وستكون في المنزل - تأتي درجات الحرية الخمس المتبقية لتحطيم الحفلة. من منظور تقريبي، صحيح أن النقل الخطي يترجم بشكل أساسي على طول محور واحد (نسميه المحور X)، ولكن جميع الأجزاء الهندسية بها عيوب، ومع حاجتنا المتزايدة للدقة والإحكام، يجب أن يتطور اهتمامنا بالتفاصيل أيضًا وفقاً لذلك.

لوصف دقة النظام بدقة، يجب علينا أن نأخذ في الاعتبار جميع درجات الحرية الست، وهي الترجمة في المحاور X وY وZ، والدوران بنفس الطريقة تقريبًا.

مخاوف التنسيب

بالنسبة للمبتدئين، دعونا نضع تعريفًا واضحًا لمعلمات تحديد الموضع الرئيسية. على الرغم من أن معظم المهندسين على دراية بمصطلحات الدقة والتكرار والتحليل، إلا أنه يتم إساءة استخدامها بشكل شائع في الممارسة العملية. الدقة هي الأصعب من بين الثلاثة التي يمكن تحقيقها، تليها التكرار، وأخيرًا، الدقة. تشرح الدقة مدى اقتراب النظام المتحرك من موضع القيادة، وهو الموضع الدقيق الذي يقع في مساحة XYZ النظرية.

من ناحية أخرى، تشير التكرار أو الدقة إلى الخطأ بين المحاولات المتعاقبة للانتقال إلى نفس الموقع من اتجاهات عشوائية. يمكن للنظام الخطي القابل للتكرار تمامًا أن يكون غير دقيق إلى حد كبير، فقد يكون قادرًا على الوصول باستمرار إلى نفس الموقع، والذي يصادف أنه بعيد جدًا عن الموقع المطلوب. على سبيل المثال، يمكن أن يكون لبرغي الرصاص الذي يحتوي على صامولة تابعة محملة مسبقًا بشكل كبير، ولكن مع درجة كبيرة من الخطأ أو خطأ "الرصاص"، قابلية تكرار جيدة مع دقة ضعيفة. يحافظ التحميل المسبق على صلابة الصامولة في موضعها المحوري، مما يقلل أو يزيل رد الفعل العكسي ويضمن انتقال الصامولة والحمل بشكل متسق وفقًا لدوران العمود اللولبي. لكن خطأ درجة الصوت يؤدي إلى إبعاد العلاقة المقصودة بين التدوير والترجمة، وبالتالي فإن النظام غير دقيق.

الدقة هي أصغر زيادة في الحركة يمكن تحقيقها. على سبيل المثال، إذا كان موضع الأمر يقع على بعد 2 ميكرومتر ولكن دقة النظام تبلغ 4 ميكرومتر، فإن الدقة لا يمكن أن تكون أفضل من 2 ميكرومتر. في ظل هذه الظروف، لا يتمتع النظام بالدقة اللازمة للتحرك في الموضع المطلوب بشكل أقرب.

لكي يكون النظام دقيقًا، يجب أن تكون جميع مكوناته دقيقة وقابلة للتكرار وتوفر دقة كافية. على الرغم من أن النظام قد يوفر دقة "مقدمة" جيدة ولكن قابلية التكرار ضعيفة (أي أن النظام يشكل تشتتًا عشوائيًا حول نقطة الأمر)، إلا أن دقة النظام الإجمالية لا يمكن أن تكون أفضل من قابلية التكرار.

التدابير الموجهة

تتكون أجهزة الحركة الخطية من مكونين أساسيين، دليل خطي وجهاز لإنتاج الدفع. الدليل مسؤول عن تقييد الحركة في 5 من 6 درجات الحرية المتوفرة في الفضاء ثلاثي الأبعاد. لا يسمح الدليل المثالي بأي ترجمة في المحورين Y وZ ولا يسمح بالتدوير حول أي من المحاور على الإطلاق. من المتوقع بالطبع أن ينتج جهاز الدفع (عادةً الرصاص أو اللولب الكروي) حركة فقط في المحور غير المقيد. ومن الملائم تقييم دقة هذين المكونين بشكل منفصل ثم دمج النتائج لتحديد الدقة الإجمالية.

دعونا ننظر إلى الدليل أولا. قد يعاني الدليل الخطي من عدة مصادر للخطأ: الانحناء لأعلى ولأسفل أو من جانب إلى آخر - وبعبارة أخرى، الانحرافات في التسطيح والاستقامة؛ الجريان العمودي والانقطاعات بين المرشد والمتبع.

التسطيح والاستقامة هما الاهتمامان الأكثر شيوعًا، حيث أنهما أكبر حجمًا بشكل عام. ينتقل الدليل المصنوع بشكل مثالي على طول مستوى موازٍ للمستوى XY، علاوة على ذلك، على طول خط موازٍ للمحور X. خطأ التسطيح هو في الأساس انحراف عن المستوى XY. وقد يشتمل على انحناء بسيط في اتجاه واحد أو اتجاهين. يؤدي خطأ التسطيح دائمًا إلى إنشاء ترجمة في المحور Z (العمودي). اعتمادًا على اتجاه الانحناء، قد يتسبب ذلك في دوران الملعب حول المحور Y، أو الدوران حول المحور X (في حالة الالتواء ثنائي الأبعاد)، أو كليهما. قد يؤدي الالتواء أيضًا إلى توليد ترجمة طفيفة في المحور Y، بشكل عمودي على الحركة المطلوبة.

يؤدي خطأ الاستقامة إلى ترك خط سير العربة موازيًا للمحور X، ومنحنيًا في الاتجاه ±Y. إلى جانب الإزاحة في المحور Y، فإنه سيؤدي إلى دوران ياو حول المحور Z.

الجريان العمودي هو تغيير منهجي في ارتفاع الدليل الخطي أثناء ترجمته. قد يكون ذلك بسبب عدم الدقة في تصنيع أسطح المحامل، مما يؤدي إلى إنشاء ترجمة في المحور Z. تدرج معظم الشركات المصنعة للأدلة التسطيح أو الجريان الرأسي، إلى جانب الاستقامة. من الممكن أن يقوم الدليل الخطي بإحداث ترجمة Y أو Z فورية بدون دوران، لكن حجمها عادة ما يكون صغيرًا. يميل تابع الدليل الخطي إلى توزيع العيوب على طوله، مما يمنع التحولات المفاجئة المستعرضة للحركة المطلوبة.

يعتمد تأثير التدوير على الدقة على مكان تواجد نقطة الاهتمام بالنسبة لجهاز مرجع الموضع، والذي ربما يكون المسمار الرئيسي نفسه أو المقياس الخطي المستخدم للتغذية المرتدة. وفي كلتا الحالتين، يشكل موقع الجهاز خط القياس، الموازي لاتجاه الحركة المطلوب. ومع ذلك، فإن نقطة الاهتمام، وهي النقطة المستهدفة لنظام الحركة الخطية، قد يتم إزاحتها من خط القياس. وبالتالي فإن أي دوران سيؤدي إلى أطوال قوس مختلفة عند كل منها. وستختلف مسافة الحركة الفعلية عن المسافة المسجلة على المقياس وفقًا لمقدار الدوران والإزاحة. كلما زادت الإزاحة، زادت أخطاء الترجمة بسبب التدوير - المعروف باسم خطأ آبي. مع استخدام المسمار الرئيسي نفسه كجهاز مرجعي، يكون خط القياس في المنتصف. لكن يتم استخدام أجهزة التشفير الخطية عادةً، ويتم تثبيتها على الجانب. قد يؤدي ذلك إلى تفاقم ظروف خطأ Abbé أو تحسينها، اعتمادًا على موقع نقطة الاهتمام (لا تتم محاذاتها دائمًا مع الحامل والمسمار الرصاصي).

في المقابل، تظل أخطاء الترجمة البحتة في المحورين Y وZ بسبب الانقطاعات والتشغيل الرأسي ثابتة بغض النظر عن نقطة الاهتمام. يمكن أن تكون الأخطاء الناتجة عن عمليات التدوير أكثر خداعًا بكثير. يعد تقليل الإزاحة بشكل عام أسهل وأكثر فعالية من حيث التكلفة بدلاً من إنشاء نظام تحديد المواقع بأدلة أكثر دقة.

خطأ في القيادة

يمكن إنتاج التوجه بعدة طرق. الأجهزة الشائعة عالية الدقة هي مسامير الرصاص، ومسامير الكرة، والمحركات الخطية. تخلق البراغي الرصاصية والمسامير الكروية نوعًا محددًا من الأخطاء المتأصلة في طبيعتها. عندما يدور المسمار، يتحرك التابع على مسار حلزوني محولاً الحركة الدورانية إلى حركة خطية. نظرًا لأن الزاوية الحلزونية ليست مثالية أبدًا، فمن المتوقع حدوث حركة أقل أو زائدة. يمكن أن يكون ذلك دوريًا (يُعرف بالخطأ 2π) أو منهجيًا (يتم قياسه بمتوسط ​​خطأ لكل 300 ملم من السفر). قد تكون هناك أيضًا ترددات متوسطة للتذبذب أو اختلاف السفر. يمكن إزالة متوسط ​​الخطأ بسهولة من خلال تعويض وحدة التحكم. يصبح من الصعب جدًا إزالة الأخطاء المتوسطة والدورية. سيكون للمسمار الأرضي الدقيق من الفئة C3 خطأ متوسط ​​أو منهجي قدره 8 ميكرومتر وخطأ 2π قدره 6 ميكرومتر. مع البراغي ذات الدقة المنخفضة، لا يتم الإبلاغ عن الخطأ 2π لأنه غير مهم بالنسبة لمتوسط ​​الخطأ. تم إدراج متوسط ​​خطأ "الرصاص" لجميع براغي الرصاص من فئة تحديد المواقع.

يمكن استخدام الرصاص أو المسمار الكروي مع جهاز التشفير الخطي من أجل تغذية الموضع الفعلي مرة أخرى إلى وحدة التحكم. وهذا يلغي الحاجة إلى دقة عالية جدًا في شكل خيط المسمار. تعد إمكانيات القياس وضبط حلقة التحكم هي العوامل المقيدة للدقة الخطية.

تنظم المحركات الخطية الحركة بناءً على ردود الفعل من جهاز التشفير الخطي أو أي جهاز استشعار آخر. ستحد دقة جهاز التغذية المرتدة ودقة وضوحه من دقة النظام، كما هو الحال مع ضبط النظام، وهو لاعب مهم في أي تطبيق مؤازر. يتم اختيار النطاق الميت للضبط، بحيث تتوقف العربة عن الصيد بمجرد وصولها إلى موضع ضمن هذا النطاق. وهذا يقلل من وقت الاستقرار ولكنه يقلل أيضًا من إمكانية التكرار ودقة الجهاز. ومع ذلك، نظرًا لعدم وجود عناصر ميكانيكية وسيطة لإدخال رد فعل عكسي للنظام، والالتصاق، والانحراف، وما شابه ذلك، فإن المحركات الخطية قادرة على تجاوز دقة النظام الذي يحركه الرصاص أو اللولب الكروي.

مجموع الأجزاء

لتحديد الدقة الإجمالية على طول محور واحد من الحركة، يجب الجمع بين أخطاء جهاز التوجيه والدفع. يتم تحويل أخطاء التناوب إلى أخطاء متعدية عند نقطة الاهتمام. يمكن بعد ذلك دمج هذا الخطأ مع أخطاء ترجمة أخرى في نفس الاتجاه.

يتم حساب خطأ آبي عن طريق ضرب ظل إجمالي تغير الزاوية حول محور الدوران في مسافة الإزاحة. وفي كل دورة، ينبغي أن تؤخذ الإزاحة في المستوى المتعامد مع محور الدوران. الطريقة الوحيدة للتخلص فعليًا من خطأ Abbé هي وضع جهاز التغذية الراجعة عند النقطة محل الاهتمام.

بمجرد حساب الأخطاء الانتقالية للدليل في كل اتجاه، يمكن دمجها مع الخطأ من جهاز الدفع، مما يساهم في الخطأ على طول المحور X فقط، ويتم قياس خطأ النظام الإجمالي كميًا.

إذا كنت تقوم بتحليل جهاز حركة خطية أحادي المحور، فيمكنك ببساطة مقارنة الأخطاء الانتقالية لكل اتجاه مع متطلبات تحديد المواقع الخاصة بك. إذا كان أي محور يحتوي على خطأ غير مقبول، فيمكنك معالجة مكونات خطأ هذا المحور واحدًا تلو الآخر.

إذا كان النظام متعدد المحاور، مع العديد من مجموعات الحركة الخطية، فلا يزال لديك نقطة اهتمام واحدة فقط؛ إنه نفس الشيء بالنسبة لكل محور. سيكون للمحور الأبعد من نقطة الاهتمام أعلى احتمال لخطأ آبي. يمكن تلخيص أخطاء الترجمة من كل مرحلة عند نقطة الاهتمام لتحديد خطأ النظام الإجمالي. ومع ذلك، يجب أيضًا مراعاة التعامد بين المحاور الآن. وهذا ينتج ترجمة نقية. في حالة مرحلة XY، على سبيل المثال، فإن انحراف المحور Y بالنسبة إلى X سوف ينتج عنه ترجمة X إضافية أثناء اجتياز المحور Y. يمكن تحديد ذلك باستخدام علم المثلثات أو عن طريق قياس الإزاحة مباشرة. تذكر، على عكس عمليات التدوير، تكون الترجمات مستقلة عن الإزاحة، أي المسافة إلى نقطة الاهتمام. يمكنك إضافة إزاحة التعامد مباشرةً إلى ميزانية الخطأ الإجمالية.

وأخيرا، ضع في اعتبارك أن مصطلح "الدقة" يستخدم بحرية إلى حد ما، وغالبا ما يمكن تركه مفتوحا للتفسير. في بعض الأحيان، تكون مواصفات الدقة المذكورة مسؤولة عن برغي تحديد المواقع فقط. هذا النوع من التمثيل غير الواضح يمكن أن يكون مضللاً. على سبيل المثال، قد يفكر المصمم في تحسين دقة النظام من خلال تحسين متوسط ​​خطأ الرصاص، عندما تكون المشكلة قائمة بالفعل في خطأ Abbé. ليس النهج الأمثل. في كثير من الأحيان يكون هناك حل هندسي بسيط واقتصادي، بمجرد تحديد مصدر الخطأ.