تتطلب الصناعات الإلكترونية والبصرية والكمبيوتر والتفتيش والأتمتة والليزر مواصفات متنوعة لنظام تحديد المواقع.لا يوجد نظام واحد مناسب للجميع.

لضمان عمل نظام تحديد المواقع عالي الدقة على النحو الأمثل، يجب أن تعمل جميع المكونات التي يتكون منها النظام - المحامل ونظام قياس الموضع ونظام المحرك والقيادة ووحدة التحكم - معًا قدر الإمكان للوفاء بمعايير التطبيق .

قاعدة وتحمل

لاتخاذ قرار بشأن التكوين الأمثل للنظام، فكر في الجزء الميكانيكي من النظام أولاً. بالنسبة للمراحل الخطية، هذه هي الخيارات الأربعة الشائعة لتصميم القاعدة والمحمل:
• قاعدة من الألومنيوم وشريحة مزودة بمحامل كروية بولتون.
• قاعدة من الألومنيوم أو الفولاذ وجانب من الألومنيوم أو الفولاذ مزود بأربعة كتل محامل أسطوانية مُعاد تدويرها على قضبان فولاذية.
• قاعدة من الحديد الزهر من شركة ميهانيت وشريحة ذات طرق تحمل أسطوانة متكاملة.
• موجهات من الجرانيت مزودة بشرائح من الجرانيت أو الحديد الزهر ومحامل هوائية.

الألومنيوم أخف من الميهانيت أو الفولاذ ولكنه أقل صلابة وأقل استقرارًا وأقل قدرة على تحمل الضرب وأقل مقاومة للضغط. بالإضافة إلى ذلك، الألومنيوم أكثر حساسية للتغيرات في درجات الحرارة. الحديد الزهر أقوى بنسبة 150% من الألومنيوم وأفضل بنسبة 300% في تخميد الاهتزازات. الفولاذ متين وأقوى من الحديد. إلا أنه يعاني من الرنين المطول، مما يضر بالحركة السريعة وضبط الأوقات.

توفر أدلة الجرانيت مع محامل الهواء التركيبة الأكثر صلابة والأكثر متانة. يمكن صقل الجرانيت من أجل التسطيح والاستقامة في نطاق دون الميكرون. العيب في طاولة الجرانيت هو أنه بسبب كتلة الجرانيت، فإنه يحتوي على غلاف مساحة أكبر ويزن أكثر من نظام تحديد المواقع القائم على الفولاذ أو الحديد. ومع ذلك، نظرًا لعدم وجود اتصال بين المحامل وأسطح توجيه الجرانيت، لا يوجد تآكل، ومحامل الهواء تقوم بالتنظيف الذاتي إلى حد كبير. أيضًا، يتميز الجرانيت بخصائص تخميد اهتزاز ممتازة وثبات حراري.

بالإضافة إلى ذلك، فإن تصميم الطاولة بحد ذاته مهم في الأداء العام للطاولة. تأتي الطاولات في مجموعة متنوعة من التكوينات بدءًا من الوحدات المجمعة بمسامير مع العديد من الأجزاء وحتى قواعد وشرائح الصب البسيطة. إن استخدام مادة واحدة في جميع أنحاء الطاولة يوفر بشكل عام استجابة أكثر اتساقًا لتغيرات درجات الحرارة، مما يؤدي إلى نظام أكثر دقة. توفر ميزات مثل التضليع التخميد، مما يتيح الاستقرار السريع.

تتميز الطرق المتكاملة عن الطرق المثبتة بمسامير من حيث أنه حتى بعد فترة طويلة، لا يلزم تعديل طرق التحميل المسبق.

المحامل المتقاطعة لها اتصال خطي بين الأسطوانة ومجرى السباق، في حين أن المحامل الكروية لديها نقطة اتصال بين الكرة ومجرى السباق. يؤدي هذا عمومًا إلى حركة أكثر سلاسة للمحامل الأسطوانية. يوجد تشوه سطحي (وتآكل) أقل على السطح المتداول ويوجد مساحة تلامس أكبر، لذلك يتم توزيع الحمل بشكل أكثر توازناً. تعتبر الأحمال التي تصل إلى 4.5 إلى 14 كجم/البكرة قياسية، بالإضافة إلى صلابة ميكانيكية عالية تبلغ حوالي 150 إلى 300 نيوتن/ميكرون. وتشمل العيوب الاحتكاك المتأصل من جهة الاتصال الخطية.

ومع ذلك، فإن منطقة الاتصال الصغيرة التي تحد من احتكاك محمل الكرة تحد أيضًا من سعة الحمولة. تتمتع المحامل الأسطوانية عمومًا بعمر أطول من المحامل الكروية. ومع ذلك، فإن المحامل الدوارة تكلف أكثر.

تتضمن أحجام الطاولة القياسية لأحد الشركات المصنعة طولًا يتراوح من 25 إلى 1800 ملم وعرض شريحة يتراوح من 100 إلى 600 ملم.

يتكون تكوين محمل الهواء من محامل الرفع والتوجيه المحملة مسبقًا بواسطة محامل هوائية متعارضة أو بواسطة مغناطيسات أرضية نادرة عالية القوة مدمجة في الأعضاء التوجيهية. يتجنب هذا التصميم غير المتصل احتكاك تصميمات المحامل الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، لا تعاني محامل الهواء من أي تآكل ميكانيكي. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون محامل الهواء متباعدة على نطاق واسع. وبالتالي، يتم حساب متوسط ​​الأخطاء الهندسية الناتجة، مما يؤدي إلى انحرافات زاويّة أقل من ثانية واحدة للقوس واستقامة أفضل من 0.25 ميكرون على 200 ملم.

من الصعب توفير القيم العددية، فهي تعتمد على عوامل كثيرة. على سبيل المثال، لا تعتمد دقة تحديد الموقع على المحامل أو الأدلة فحسب، بل تعتمد أيضًا على نظام قياس الموضع ووحدة التحكم. لا يعتمد الاحتكاك في نظام تحديد المواقع على نظام القيادة الذي اخترته فحسب، بل يعتمد أيضًا على ضبط المحمل، وختم الطاولة، والتشحيم، وما إلى ذلك. ولذلك، فإن القيم الدقيقة التي يمكن الوصول إليها تعتمد إلى حد كبير على مجموعة جميع المكونات، والتي بدورها تعتمد على التطبيق.

نظام القيادة

من بين الأنواع العديدة لأنظمة القيادة - الحزام، والجريدة المسننة، والمسمار الرئيسي، والمسمار الكروي الأرضي الدقيق، والمحرك الخطي - يتم أخذ النوعين الأخيرين فقط في الاعتبار بالنسبة لمعظم أنظمة تحديد المواقع عالية الدقة.

تأتي المحركات اللولبية الكروية بمجموعة من خصائص الدقة والدقة والصلابة، ويمكن أن توفر سرعات عالية (أعلى من 250 مم/ثانية). ومع ذلك، نظرًا لأن المحرك اللولبي الكروي محدود بسرعة الدوران الحرجة للمسمار، فإن السرعة الأعلى تتطلب خطوة أقل، مع ميزة ميكانيكية أقل ومحرك أعلى قوة. وهذا يعني عادة التغيير إلى محرك ذو طاقة أعلى مع جهد ناقل أعلى. إن المحركات اللولبية الكروية، على الرغم من استخدامها على نطاق واسع، قد تعاني أيضًا من رد فعل ميكانيكي عكسي، والرياح، وأخطاء دورية، والاحتكاك. يتم التغاضي أيضًا عن صلابة أداة التوصيل الميكانيكية التي تربط المحرك والقيادة.

مع المحرك الخطي، تعمل القوة الكهرومغناطيسية على إشراك الكتلة المتحركة مباشرة دون أي اتصال ميكانيكي. لا يوجد تباطؤ ميكانيكي أو خطأ دوري في الملعب. تعتمد الدقة كليًا على نظام المحمل ونظام التحكم في التغذية الراجعة.

تشير الصلابة الديناميكية إلى مدى احتفاظ النظام المؤازر بموضعه استجابةً لحمل نبضي. بشكل عام، يوفر عرض النطاق الترددي الأكبر والكسب الأعلى صلابة ديناميكية أكبر. يمكن قياس ذلك عن طريق قسمة الحمل النبضي المقاس على مسافة الانحراف:

الصلابة الديناميكية = ΔF/ΔX

تؤدي الصلابة العالية والتردد الطبيعي العالي إلى سلوك مؤازر ممتاز مع أوقات استقرار قصيرة. تتفاعل الشريحة بسرعة مع التغيير في أوامر الموضع لأنه لا يوجد رابط ميكانيكي بين المحرك والشريحة. أيضًا، نظرًا لعدم وجود "رنين" لولبي كروي، يمكن تحقيق أوقات التحرك والثبات السريعة.

يتكون المحرك الخطي بدون فرش من مجموعة مغناطيسية دائمة مثبتة على قاعدة الماكينة، ومجموعة ملف مثبتة على الشريحة. يتم الحفاظ على فجوة تبلغ حوالي 0.5 مم بين مجموعة الملف والمغناطيس. لا يوجد اتصال جسدي بين المجموعتين.

يضم قلب مجموعة الملف المتحرك سلسلة من ملفات النحاس المتداخلة والمعزولة. هذه هي جروح دقيقة ومجهزة للتشغيل على ثلاث مراحل. يتم استخدام سلسلة من أجهزة استشعار Hall Effect للتخفيف الإلكتروني. يوفر تصميم إلكترونيات التبديل الحركة بقوة تموج لا تذكر. نظرًا لأن التبديل إلكتروني وليس ميكانيكيًا، فقد تم التخلص من قوس التبديل.

هذه الخصائص تجعل المحرك المؤازر الخطي مفيدًا في التطبيقات التي تتطلب تسارعًا عاليًا (على سبيل المثال 2.5 م/ث2 أو أكثر)، أو سرعة عالية (على سبيل المثال 2 م/ث أو أكثر)، أو التحكم الدقيق في السرعة، حتى مع السرعة المنخفضة جدًا (على سبيل المثال بضعة ملليمترات فقط). / ثانية). علاوة على ذلك، فإن مثل هذا المحرك لا يحتاج إلى التشحيم أو أي صيانة أخرى ولا يتعرض للتآكل. كما هو الحال مع أي محرك آخر، بسبب تبديد الحرارة، يجب ألا تتجاوز قيمة جذر متوسط ​​التربيع للقوة المستمرة أو التيار القيم المسموح بها لفترات طويلة.

يمكنك الحصول على محركات مؤازرة خطية في قوى دفع مستمرة تتراوح من 25 إلى أكثر من 5000 نيوتن. معظم المحركات الأكبر حجمًا بها تبريد بالهواء أو الماء. يمكن توصيل محركات خطية متعددة بالتوازي أو بالترتيب التسلسلي للحصول على قوى دفع أعلى.

نظرًا لعدم وجود رابط ميكانيكي بين المحرك والشريحة، لا يوجد تقليل ميكانيكي كما هو الحال مع اللولب الكروي. ينتقل الحمل بنسبة 1:1 إلى المحرك. باستخدام المحرك اللولبي الكروي، يتم تقليل قصور الحمل على الشريحة إلى المحرك بمقدار مربع نسبة التخفيض. وهذا يجعل محرك المحرك الخطي أقل ملاءمة للتطبيقات ذات التغييرات المتكررة في الحمل إلا إذا اخترت وحدة تحكم يمكنك برمجتها باستخدام مجموعات مختلفة من معلمات التحكم في المحرك المتوافقة مع الأحمال المختلفة للحصول على تعويض مؤازر فعال.

بالنسبة للعديد من التطبيقات الرأسية، يكون اللولب الكروي أسهل وأكثر فعالية من حيث التكلفة - يجب تنشيط المحرك الخطي بشكل مستمر لتعويض الجاذبية. كما يمكن للفرامل الكهروميكانيكية قفل وضع الطاولة عند انقطاع التيار الكهربائي. ومع ذلك، يمكنك استخدام محرك خطي إذا قمت بإزاحة المحرك وتحميل الوزن باستخدام زنبرك أو ثقل موازن أو أسطوانة هواء.

في التكلفة الأولية، هناك فرق بسيط بين محرك المحرك الخطي ومحرك الكرة اللولبية الذي يتضمن المحرك، والوصلات، والمحامل، وكتل المحمل، والمسمار الكروي. بشكل عام، يكون المحرك الخطي من النوع الفرشاة أرخص قليلاً من المحرك اللولبي الكروي، وعادةً ما تكون الإصدارات بدون فرش أكثر تكلفة إلى حد ما.

هناك ما يجب مراعاته أكثر من التكلفة الأولية. وتشمل المقارنة الأكثر واقعية تكاليف الصيانة والموثوقية والمتانة والاستبدال، بما في ذلك العمالة. هنا يظهر المحرك الخطي بشكل جيد.

وسيغطي الجزء الثاني أنظمة قياس الموضع.