Suora, tarkka liike on kaukana helposta.

Suora, tarkka liike ei ole kaukana helposta, ja lineaariset paikannuslaitteet todistavat sen virheellisestä ei yhdessä, vaan kolmen ulottuvuuden aikana

Juuri kun luulit, että sinulla oli "lineaarinen liike" -konsepti naulattu - osuvat tarvittavat kohdat heti ja olet kotona - mukana tulee jäljellä oleva viisi vapausastetta kaataa puolue. Karkeasta näkökulmasta on totta, lineaarinen kuljetus kääntyy pääasiassa yhtä akselia pitkin (kutsu sitä X-akseliksi), mutta kaikilla suunnitelluilla osilla on puutteita, ja jatkuvasti kasvavan tarpeen tarvetta tarkkuuden ja tarkkuuden on myös edistyttävä yksityiskohtiin Vastaavasti.

Järjestelmän tarkkuuden kuvaamiseksi perusteellisesti meidän on siis otettava huomioon kaikki kuusi vapausastetta, jotka ovat käännös X-, Y- ja Z -akseleilla ja pyörimällä suunnilleen samoin.

Sijoittamisen huolet

Aloittelijoille määritetään selkeä määritelmä keskeisistä paikannusparametreista. Vaikka suurin osa insinööreistä tuntee termien tarkkuuden, toistettavuuden ja ratkaisun, niitä käytetään yleensä väärinkäytöksissä. Tarkkuus on vaikein kolmesta saavuttaakseen, mitä seuraa toistettavuus ja lopuksi resoluutio. Tarkkuus selittää, kuinka läheisesti liikkeessä oleva järjestelmä lähestyy komentoasemaa, tarkkaa sijaintia teoreettisessa XYZ -tilassa.

Toistettavuus tai tarkkuus puolestaan ​​viittaa virheen peräkkäisten yritysten välillä siirtyä samaan sijaintiin satunnaisista suunnista. Täysin toistettava lineaarinen järjestelmä voi olla erittäin epätarkka - se saattaa kytkeä jatkuvasti saavuttamaan saman sijainnin, joka sattuu olemaan kaukana käskystä. Esimerkiksi lyijäruuvilla, jolla on voimakkaasti ennakkotetun seuraajan mutteri, mutta jolla on merkittävä sävelkorkeus tai ”lyijyvirhe”, voi olla hyvä toistettavuus yhdessä huonon tarkkuuden kanssa. Preload pitää mutterin jäykänä aksiaalisessa asennossaan, vähentämällä tai poistamalla takaiskua ja varmistaen mutterin ja kuormituksen kulkevat jatkuvasti ruuvin akselin kiertoa. Mutta sävelkorkeusvirhe heittää suunniteltua kierto-translaatiosuhdetta kilterinä, joten järjestelmä on epätarkka.

Resoluutio on pienin liikkeen lisäys, joka voidaan toteuttaa. Jos esimerkiksi komentoasema on 2 μm: n päässä, mutta järjestelmän resoluutio on 4 μm, tarkkuus ei voi olla parempi kuin 2 μm. Näissä olosuhteissa järjestelmällä ei ole tarkkuutta siirtyä haluttuun asentoon tarkemmin.

Jotta järjestelmä olisi tarkka, kaikkien sen komponenttien on oltava tarkkoja, toistettavissa ja tarjottava riittävä resoluutio. Vaikka järjestelmä voi tarjota hyvän ”lyijyn” tarkkuuden, mutta huono toistettavuus (ts. Järjestelmä muodostaa satunnaisen sironen komentokohdan ympärille), järjestelmän yleinen tarkkuus ei voi olla parempi kuin sen toistettavuus.

Opastetut toimenpiteet

Lineaariset liikkeen laitteet koostuvat kahdesta välttämättömästä komponentista, lineaarisesta opasta ja laitteesta työntövoiman tuottamiseksi. Opas vastaa liikkeen rajoittamisesta viidessä kolmiulotteisessa tilassa käytettävissä olevasta kuudesta vapausasteesta. Ihanteellinen opas ei salli käännöstä y- ja z -akseleissa eikä pyörimistä minkään akselin ympärillä. Työntölaitteen (yleisesti lyijy- tai palloruuvi) odotetaan tietysti tuottavan liikettä vain rajoittamattomalla akselilla. On kätevää arvioida näiden kahden komponentin tarkkuus erikseen ja yhdistää sitten tulokset yleisen tarkkuuden määrittämiseksi.

Katsotaanpa ensin opasta. Lineaarinen opas voi kärsiä useista virhelähteistä: kaarevuus ylös ja alas tai sivulle - toisin sanoen poikkeavuudet tasaisuudessa ja suoruudessa; pystysuora runo; ja oppaan ja seuraajan väliset epäjatkuvuudet.

Tasaisuus ja suoruus ovat yleisimpiä huolenaiheita, koska ne ovat yleensä suurimpia. Täydellisesti valmistettu opas kulkee XY -tason suuntaista tasoa pitkin ja lisäksi X -akselin suuntaista linjaa pitkin. Tasoitusvirhe on pääosin poikkeama XY -tasosta. Se voi kattaa yksinkertaisen kaarevuuden yhdessä tai kahdessa suunnassa. Tasoitusvirhe luo aina käännöksen z (pystysuoralla) akselilla. Kaarevuuden suunnasta riippuen se voi aiheuttaa nousun kiertoa akselin ympäri, rullaa X-akselin ympäri (kotelo kaksiulotteisella loimina) tai molemmat. Loimi voi myös tuottaa pienen käännöksen Y -akselilla, kohtisuorassa haluttuun liikkeeseen nähden.

Suoruusvirhe johtaa vaunun matkalinjaan jättäen yhdensuuntaisen X -akselin kanssa kaareutuen ± y -suuntaan. Y -akselin siirtymisen lisäksi se indusoi kihan pyörimisen z -akselin ympäri.

Pystysuuntainen runout on systemaattinen muutos lineaarisen oppaan korkeudessa, kun se kääntää. Tämä voi johtua laakeripintojen valmistuksen epätarkkuuksista, mikä luo käännöksen Z -akselilla. Useimmat opasvalmistajat luettelevat tasaisuuden tai pystysuoran runouksen sekä suorat. Lineaarinen opas on mahdollista indusoida hetkellistä Y- tai Z -translaatiota ilman kiertoa, mutta näiden suuruus on yleensä pieni. Lineaarisen oppaan seuraajalla on taipumus jakaa puutteet sen pituuteen, tukahduttaen äkilliset siirtymät poikittaisiksi haluttuun liikkeeseen.

Kiertovaikutus tarkkuuteen riippuu siitä, missä kiinnostuksen kohde on suhteessa sijaintiviittauslaitteeseen, joka on ehkä itse lyijäruuvi tai palautteeseen käytetty lineaarinen asteikko. Kummassakin tapauksessa laitteen sijainti muodostaa mittauslinjan, yhdensuuntaisen siirtosuunnan kanssa. Kiinnostava kohta, joka on lineaarisen liikejärjestelmän kohdepiste, voidaan kuitenkin siirtyä mittauslinjalta. Siksi kaikki kierto aiheuttaa erilaisia ​​kaaripituuksia jokaisessa. Ja todellinen siirtoetäisyys vaihtelee asteikolla rekisteröidystä etäisyydestä pyörimismäärän ja siirtymän määrän mukaan. Mitä suurempi siirto, sitä suuremmat käännösvirheet johtuvat kiertosta - tunnetaan nimellä Abbé -virhe. Kun lyijäruuvi itse käytetään referenssilaitteena, mittauslinja on keskustassa. Mutta lineaarisia koodereita käytetään tyypillisesti, ja ne on asennettu sivulle. Tämä voi pahentaa tai parantaa Abbé -virheen olosuhteita kiinnostavan pisteen sijainnista riippuen (sitä ei aina ole linjassa vaunun ja lyijäruuvin kanssa).

Sitä vastoin puhtaan käännösvirheet Y- ja Z -akselissa epäjatkuvuuksien ja pystysuuntaisen runon vuoksi pysyvät vakiona kiinnostavasta pisteestä riippumatta. Kiertovirheet voivat olla paljon harhaisempia. On yleensä helpompaa ja kustannustehokkaampaa minimoida siirtymänä kuin rakentaa paikannusjärjestelmä, jossa on tarkempia oppaita.

Ajovirhe

Työntövoima voidaan tuottaa monin tavoin. Yleiset tarkkuuslaitteet ovat lyijyruuvit, palloruuvit ja lineaariset moottorit. Lyijyruuvit ja palloruuvit luovat tietyn tyyppisen virheen, joka on luonteeltaan luontainen. Ruuvin pyöriessä seuraaja kulkee kierteisen polun muuttamalla kiertoliikkeen lineaariseksi. Koska helix-kulma ei ole koskaan täydellinen, odotetaan olevan ala- tai yli-matkaa. Tämä voi olla syklistä (tunnetaan nimellä 2π -virhe) tai systemaattinen (mitattu keskimääräiseksi virheenä 300 mm matkaa kohti). Siellä voi olla myös värähtelyn tai matkavaihtelujen välitaajuuksia. Keskimääräinen virhe voidaan helposti poistaa ohjaimen kompensoinnilla. Väliaikaiset ja sykliset virheet ovat melko vaikeaa poistaa. Luokan C3 tarkkuusmahdollisuusruuvissa on keskimääräinen tai systemaattinen virhe 8 μm ja 2π -virhe 6 μm. Alemman tarkkuuden ruuveilla 2π-virheestä ei ilmoiteta, koska se on merkityksetön suhteessa keskimääräiseen virheeseen. Keskimääräinen ”lyijy” -virhe on lueteltu kaikille paikannusluokan lyijäruuveille.

Lyijy- tai palloruuvia voidaan käyttää yhdessä lineaarisen kooderin kanssa todellisen asennon syöttämiseksi takaisin ohjaimeen. Tämä eliminoi ruuvin kierteen muodossa olevan erittäin suuren tarkkuuden tarpeen. Asteikkoominaisuudet ja ohjaussilmukan viritys ovat silloin lineaarisen tarkkuuden rajoittavia tekijöitä.

Lineaariset moottorit säätelevät liikettä lineaarisen kooderin tai muun vastaavan anturilaitteen palautteen perusteella. Palautelaitteen tarkkuus ja resoluutio rajoittavat järjestelmän tarkkuutta, samoin kuin järjestelmän viritys, joka on tärkeä soittimessa missä tahansa servo -sovelluksessa. Viivettämiseen valitaan kuollut yhtye siten, että kun vaunu saavuttaa aseman tällä alueella, se lopettaa metsästyksen. Tämä lyhenee asettumisaikaa, mutta vähentää myös laitteen toistettavuutta ja resoluutiota. Siitä huolimatta, että järjestelmän takaiskua, viritystä, taipumaa ja vastaavia ei ole väliteitä, lineaariset moottorit kykenevät ylittämään lyijy- tai kuulusruuvivetojärjestelmän tarkkuuden.

Osien summa

Yleisen tarkkuuden määrittämiseksi yhdellä matka -akselilla, opas- ja työntölaitevirheet on yhdistettävä. Kiertovirheet muunnetaan translaatioksi kiinnostavassa vaiheessa. Tämä virhe voidaan sitten yhdistää muihin translaatiovirheisiin samaan suuntaan.

Abbé -virhe lasketaan kertomalla kokonaiskulman muutoksen tangentti kierto -akselin ympäri siirtymäetäisyydellä. Jokaista kiertoa varten siirtymä tulisi ottaa kohtisuoraan kierto -akseliin nähden. Ainoa tapa käytännössä eliminoida Abbé -virhe on sijoittaa palautelaite kiinnostavassa vaiheessa.

Kun oppaan translaatiovirheet on laskettu kumpaankin suuntaan, ne voidaan yhdistää työntölaitteen virheen kanssa, joka vaikuttaa virheen vain X -akselilla ja kokonaisjärjestelmävirhe määritetään.

Jos analysoit yhden akselisen lineaarisen liikkeen laitetta, voit vertailla vain translaatiovirheitä kumpaankin suuntaan paikannusvaatimusten kanssa. Jos jollakin akselilla on hyväksyttävä virhe, voit käsitellä kyseisen akselin virhekomponentteja yksi kerrallaan.

Jos järjestelmä on moni-akseli, jossa on useita lineaarisia liikekokoonpanoja, sinulla on silti vain yksi mielenkiintoinen kohta; Se on sama jokaiselle akselille. Kaikkein kiinnostavan pisteen akselilla on suurin potentiaali Abbé -virheeseen. Käännösvirheet jokaisesta vaiheesta voidaan tiivistää kiinnostavassa vaiheessa järjestelmän kokonaisvirheen määrittämiseksi. Akselien välistä ortogonaalisuutta on kuitenkin otettava huomioon nyt. Tämä tuottaa puhtaan käännöksen. Esimerkiksi XY -vaiheen tapauksessa Y -akselin vino X: n suhteen tuottaa ylimääräisen X -translaation Y -akselin kulkeessa. Tämä voidaan määrittää trigonometrialla tai mittaamalla suoraan siirtymä. Muista, että toisin kuin kierto, käännökset ovat riippumattomia siirrosta, etäisyydestä kiinnostavaan kohtaan. Voit lisätä ortogonaalisuusmatkan suoraan kokonaisvirhebudjettisi.

Lopuksi, muista, että termiä ”tarkkuus” käytetään melko vapaasti ja se voidaan usein jättää avoimeksi tulkintaa varten. Joskus mainittu tarkkuusmääritelmä on vain paikannusruuvi. Tämän tyyppinen luonnosteltava esitys voi olla harhaanjohtava. Esimerkiksi suunnittelija saattaa ajatella parantaa järjestelmän tarkkuutta parantamalla keskimääräistä lyijyvirhettä, kun ongelma perustuu tosiasiallisesti Abbé -virheeseen. Ei optimaalinen lähestymistapa. Monta kertaa on olemassa yksinkertainen ja taloudellinen geometrinen ratkaisu, kun virhelähde on tunnistettu.