Elektroniikka-, optiikka-, tietokone-, tarkastus-, automaatio- ja laserteollisuus vaativat erilaisia ​​paikannusjärjestelmien määrityksiä.Yksikään järjestelmä ei sovi kaikille.

Korkean tarkkuuden paikannusjärjestelmän optimaalisen toimivuuden varmistamiseksi järjestelmän muodostavien komponenttien – laakerien, asennonmittausjärjestelmän, moottorin ja käyttöjärjestelmän sekä säätimen – on toimittava yhdessä mahdollisimman hyvin sovelluskriteerien täyttämiseksi. .

Jalusta & laakeri

Järjestelmän optimaalisen konfiguraation päättämiseksi harkitse ensin järjestelmän mekaanista osaa. Lineaarisille vaiheille nämä ovat neljä yleistä alustan ja laakerin suunnitteluvaihtoehtoa:
• Alumiininen jalusta ja liukupulttikuulalaakeroidut radat.
• Alumiini- tai teräsjalusta ja alumiini- tai teräspuoli neljällä kierrättävällä rullalaakerilohkolla teräskiskoilla.
• Meehaniittivalurautainen pohja ja liukukappale integroiduilla rullalaakerilla.
• Graniittiohjaimet graniitti- tai valurautaliuku- ja ilmalaakereilla.

Alumiini on kevyempää kuin meehaniitti tai teräs, mutta vähemmän jäykkä, vähemmän vakaa, vähemmän kestävä iskuja ja vähemmän jännitystä kestävä. Lisäksi alumiini on paljon herkempi lämpötilan muutoksille. Valurauta on 150 % jäykempi kuin alumiini ja 300 % parempi tärinänvaimennuksen suhteen. Teräs on kestävää ja vahvempaa kuin rauta. Se kärsii kuitenkin pitkittyneestä soittoäänestä, mikä haittaa nopeaa liikkumista ja asettumisaikoja.

Graniittiohjaimet ilmalaakereilla tarjoavat jäykimmän ja kestävimmän yhdistelmän. Graniitti voidaan kiillottaa tasaisuuden ja suoruuden saavuttamiseksi submikronin alueella. Graniittipöydän haittapuolena on, että graniitin massasta johtuen sillä on suurempi tilavaippa ja se painaa enemmän kuin teräs- tai rautapohjainen paikannusjärjestelmä. Koska laakereiden ja graniittisten ohjauspintojen välillä ei kuitenkaan ole kosketusta, ei ole kulumista, ja ilmalaakerit ovat suurelta osin itsepuhdistuvia. Graniitilla on myös erinomaiset tärinänvaimennusominaisuudet ja lämmönkestävyys.

Lisäksi itse pöydän suunnittelu on tärkeää pöydän yleisen suorituskyvyn kannalta. Pöytiä on saatavana useissa eri kokoonpanoissa moniosaisista pulttiyksiköistä yksinkertaisiin valujalustoihin ja liukumäkiin. Yhden materiaalin käyttö koko taulukossa antaa yleensä tasaisemman vasteen lämpötilan vaihteluihin, mikä johtaa tarkempaan järjestelmään. Ominaisuudet, kuten uritus, tarjoavat vaimennusta, mikä mahdollistaa nopean asettumisen.

Integroiduilla poluilla on etu pultteihin verrattuna, että edes pitkän ajan kuluttua esikuormitusta ei tarvitse säätää.

Ristikkäisillä rullalaakereilla on linjakosketus rullan ja juoksuradan välillä, kun taas kuulalaakereilla on pistekosketus kuulan ja juoksuradan välillä. Tämä johtaa yleensä tasaisempaan rullalaakereiden liikkeeseen. Vierintäpinnalla on vähemmän pinnan muodonmuutoksia (ja kulumista) ja kosketuspinta-ala on suurempi, joten kuorma jakautuu tasaisemmin. Kuormitukset jopa 4,5-14 kg/tela ovat vakiona, sekä korkea mekaaninen jäykkyys, noin 150-300 newtonia/mikroni. Haittoja ovat linjakoskettimen luontainen kitka.

Pieni kosketuspinta, joka rajoittaa kuulalaakerin kitkaa, rajoittaa kuitenkin myös sen kantavuutta. Rullalaakereiden käyttöikä on yleensä pidempi kuin kuulalaakereilla. Rullalaakerit maksavat kuitenkin enemmän.

Yhden valmistajan vakiopöytäkoot sisältävät 25-1800 mm pituuden ja 100-600 mm liukulevyn leveyden.

Ilmalaakerikokoonpano koostuu nosto- ja ohjauslaakereista, jotka on esikuormitettu vastakkaisilla ilmalaakereilla tai ohjauselimiin upotetuilla suurivoimaisilla harvinaisten maametallien magneeteilla. Tämä kosketukseton rakenne välttää muiden laakerimallien kitkan. Ilmalaakerit eivät myöskään kärsi mekaanisesta kulumisesta. Lisäksi ilmalaakerit voidaan sijoittaa laajalle etäisyydelle toisistaan. Siten tuloksena olevat geometriset virheet lasketaan keskiarvoiksi, jolloin saadaan alle 1 kaarisekuntia pienempiä kulmapoikkeamia ja yli 0,25 mikronia 200 mm:n suoruus.

Numeerisia arvoja on vaikea antaa – ne riippuvat monista tekijöistä. Esimerkiksi paikannustarkkuus ei riipu pelkästään laakereista tai ohjaimista, vaan myös sijainninmittausjärjestelmästä ja säätimestä. Asemointijärjestelmän kitka ei riipu pelkästään siitä, minkä käyttöjärjestelmän valitsit, vaan myös laakerin säädöstä, pöydän tiivisyksestä, voitelusta ja niin edelleen. Siksi tarkat saavutettavat arvot riippuvat suuresti kaikkien komponenttien yhdistelmästä, mikä puolestaan ​​riippuu sovelluksesta.

Ajojärjestelmä

Monista käyttöjärjestelmistä - hihna, hammastanko, lyijyruuvi, tarkkuusmaapalloruuvi ja lineaarimoottori - vain kaksi viimeistä otetaan huomioon useimmissa erittäin tarkoissa paikannusjärjestelmissä.

Kuularuuvikäytöt ovat eri resoluutio-, tarkkuus- ja jäykkyysominaisuuksia, ja ne voivat tarjota suuria nopeuksia (yli 250 mm/s). Kuitenkin, koska kuularuuvikäyttöä rajoittaa ruuvin kriittinen pyörimisnopeus, suurempi nopeus vaatii pienemmän nousun, vähemmän mekaanista etua ja suuremman tehon. Tämä tarkoittaa yleensä vaihtamista suurempitehoiseen moottorikäyttöön, jossa on korkeampi väyläjännite. Vaikka palloruuvikäytöt ovat laajalti käytössä, ne voivat kärsiä myös mekaanisesta välyksestä, rullausvirheestä, noususyklisistä virheistä ja kitkasta. Myös moottorin ja voimansiirron yhdistävän mekaanisen kytkimen jäykkyys unohdetaan.

Lineaarisella servomoottorilla sähkömagneettinen voima kytkeytyy suoraan liikkuvaan massaan ilman mekaanista yhteyttä. Mekaanista hystereesiä tai sävelkorkeuden syklistä virhettä ei ole. Tarkkuus riippuu täysin laakerijärjestelmästä ja takaisinkytkennän ohjausjärjestelmästä.

Dynaaminen jäykkyys osoittaa, kuinka hyvin servojärjestelmä säilyttää asemansa vasteena impulssikuormitukseen. Yleensä suurempi kaistanleveys ja suurempi vahvistus tarjoavat suuremman dynaamisen jäykkyyden. Tämä voidaan mitata jakamalla mitattu impulssikuorma poikkeutusetäisyydellä:

Dynaaminen jäykkyys = ΔF/ΔX

Suuri jäykkyys ja korkea luonnollinen taajuus johtavat erinomaiseen servokäyttäytymiseen lyhyillä asettumisajoilla. Luisti reagoi nopeasti asentokäskyjen muutoksiin, koska moottorin ja luistin välillä ei ole mekaanista yhteyttä. Lisäksi, koska palloruuvi ei "soi", voidaan saavuttaa nopeat liike- ja asettumisajat.

Harjaton lineaarimoottori koostuu koneen alustaan ​​kiinnitetystä kestomagneettikokoonpanosta ja kelakokoonpanosta, joka on kiinnitetty kelaan. Kelakokoonpanon ja magneettien välissä säilytetään noin 0,5 mm:n rako. Näiden kahden kokoonpanon välillä ei ole fyysistä kosketusta.

Liikkuvan käämin ytimessä on sarja päällekkäisiä ja eristettyjä kuparikeloja. Nämä ovat tarkkuuskäämittyjä ja kallistettuja kolmivaiheista toimintaa varten. Elektroniseen kommutointiin käytetään sarjaa Hall Effect -antureita. Kommutointielektroniikan rakenne tarjoaa liikkeen merkityksettömällä voiman aaltoilulla. Koska kommutointi on ennemminkin elektronista kuin mekaanista, kommutaatiokaari on eliminoitu.

Nämä ominaisuudet tekevät lineaarisesta servomoottorista käyttökelpoisen sovelluksissa, joissa vaaditaan suurta kiihtyvyyttä (esim. 2,5 m/s2 tai enemmän), suurta nopeutta (esim. 2 m/s tai enemmän) tai tarkkaa nopeuden säätöä, jopa erittäin alhaisella nopeudella (esim. vain muutaman mm /s). Lisäksi tällainen moottori ei tarvitse voitelua tai muuta huoltoa, eikä se ole kulunut. Kuten muidenkin moottoreiden kohdalla, jatkuvan voiman tai virran rms-arvo ei saa ylittää sallittuja arvoja pitkiä aikoja johtuen lämmönpoistosta.

Voit saada lineaarisia servomoottoreita jatkuvalla käyttövoimalla 25 - yli 5000 N. Useimmissa suuremmissa moottoreissa on ilma- tai vesijäähdytys. Useita lineaarimoottoreita voidaan kytkeä rinnan tai sarjaan suuremman käyttövoiman saamiseksi.

Koska moottorin ja luistin välillä ei ole mekaanista yhteyttä, ei ole mekaanista supistusta, kuten kuularuuvilla. Kuorma siirtyy suhteessa 1:1 moottoriin. Palloruuvikäytössä moottoriin kohdistuvan luistin kuormitushitaus pienenee alennussuhteen neliön verran. Tämä tekee lineaarimoottorista vähemmän sopivan sovelluksiin, joissa kuormitus muuttuu usein, ellet valitse säädintä, jolle voit ohjelmoida erilaisia ​​moottorin ohjausparametreja, jotka vastaavat eri kuormia tehokkaan servokompensoinnin saamiseksi.

Monissa pystysuorissa sovelluksissa kuularuuvi on helpompi ja kustannustehokkaampi – lineaarimoottorin on oltava jatkuvasti päällä painovoiman kompensoimiseksi. Myös sähkömekaaninen jarru voi lukita pöydän asennon, kun virta on katkaistu. Voit kuitenkin käyttää lineaarimoottoria, jos siirrät moottorin ja kuorman painon jousella, vastapainolla tai ilmasylinterillä.

Alkukustannuksissa on vähän eroa lineaarimoottorikäytön ja kuularuuvikäytön välillä, joka sisältää moottorin, kytkimet, laakerit, laakerilohkot ja kuularuuvin. Yleensä harjatyyppinen lineaarimoottori on hieman halvempi kuin kuularuuvikäyttöinen, ja harjattomat versiot ovat yleensä jonkin verran kalliimpia.

On enemmän huomioitavaa kuin alkukustannukset. Realistisempi vertailu sisältää ylläpidon, luotettavuuden, kestävyyden ja vaihtokustannukset, mukaan lukien työvoiman. Tässä lineaarimoottori näyttää hyvin.

Osa 2 kattaa sijainninmittausjärjestelmät.