सीधी, सटीक गति आसान नहीं है।

सीधी, सटीक गति आसान नहीं है, और रैखिक पोजिशनिंग डिवाइस एक नहीं, बल्कि तीन आयामों में गलती करके इसे साबित करते हैं

जब आपको लगता है कि आपने "रैखिक गति" की अवधारणा को समझ लिया है - सीधे रास्ते पर आवश्यक बिंदुओं पर प्रहार करें और आप घर पहुँच जाएँ - तब पार्टी को क्रैश करने के लिए शेष पाँच डिग्री की स्वतंत्रता आती है। मोटे तौर पर, यह सच है, एक रैखिक गाड़ी मुख्य रूप से एक अक्ष (इसे एक्स अक्ष कहें) के साथ चलती है, लेकिन सभी इंजीनियर भागों में खामियाँ होती हैं, और सटीकता और परिशुद्धता की हमारी बढ़ती आवश्यकता के साथ, विवरण पर हमारा ध्यान भी उसी के अनुसार बढ़ना चाहिए।

सिस्टम सटीकता का पूर्णतः वर्णन करने के लिए, हमें स्वतंत्रता की सभी छह डिग्री को ध्यान में रखना होगा, ये एक्स, वाई और जेड अक्षों में स्थानांतरण और उसी के आसपास घूर्णन हैं।

प्लेसमेंट की चिंताएं

शुरुआत के लिए, आइए मुख्य पोजिशनिंग मापदंडों की स्पष्ट परिभाषा स्थापित करें। भले ही अधिकांश इंजीनियर सटीकता, दोहराव और संकल्प शब्दों से परिचित हों, लेकिन व्यवहार में उनका आमतौर पर दुरुपयोग किया जाता है। सटीकता तीनों में से सबसे कठिन है, उसके बाद दोहराव और अंत में संकल्प। सटीकता बताती है कि गति में एक प्रणाली एक कमांड स्थिति के कितने करीब पहुंचती है, सैद्धांतिक XYZ अंतरिक्ष में स्थित एक सटीक स्थिति।

दूसरी ओर, दोहराव या परिशुद्धता, यादृच्छिक दिशाओं से एक ही स्थान पर जाने के क्रमिक प्रयासों के बीच की त्रुटि को संदर्भित करती है। एक पूरी तरह से दोहराए जाने योग्य रैखिक प्रणाली अत्यधिक गलत हो सकती है - यह लगातार एक ही स्थान को प्राप्त करने में सक्षम हो सकती है, जो कि आदेशित स्थान से बहुत दूर होता है। उदाहरण के लिए, एक लीड स्क्रू जिसमें भारी प्रीलोडेड फॉलोअर नट है, लेकिन महत्वपूर्ण पिच या "लीड" त्रुटि के साथ, खराब सटीकता के साथ-साथ अच्छी दोहराव हो सकती है। प्रीलोड नट को अपनी अक्षीय स्थिति में कठोर रखता है, बैकलैश को कम या खत्म करता है और यह सुनिश्चित करता है कि नट और लोड स्क्रू शाफ्ट रोटेशन के अनुसार लगातार यात्रा करें। लेकिन पिच त्रुटि इच्छित रोटेशन-टू-ट्रांसलेशन संबंध को असंतुलित कर देती है, इसलिए सिस्टम गलत है।

रिज़ॉल्यूशन वह सबसे छोटी चाल वृद्धि है जिसे महसूस किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि कमांड स्थिति 2 μm दूर है, लेकिन सिस्टम का रिज़ॉल्यूशन 4 μm है, तो सटीकता 2 μm से बेहतर नहीं हो सकती है। इन परिस्थितियों में, सिस्टम में वांछित स्थिति पर और अधिक निकटता से आगे बढ़ने के लिए रिज़ॉल्यूशन नहीं होता है।

किसी सिस्टम के सटीक होने के लिए, उसके सभी घटकों को सटीक, दोहराने योग्य और पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन प्रदान करना चाहिए। हालाँकि एक सिस्टम अच्छी "लीड" सटीकता प्रदान कर सकता है लेकिन खराब दोहराव (यानी, सिस्टम कमांड पॉइंट के बारे में यादृच्छिक बिखराव बनाता है) समग्र सिस्टम सटीकता इसकी दोहराव से बेहतर नहीं हो सकती है।

निर्देशित उपाय

रैखिक गति उपकरणों में दो आवश्यक घटक होते हैं, एक रैखिक गाइड और एक जोर पैदा करने वाला उपकरण। गाइड तीन आयामी अंतरिक्ष में उपलब्ध 6 डिग्री स्वतंत्रता में से 5 में गति को प्रतिबंधित करने के लिए जिम्मेदार है। आदर्श गाइड वाई और जेड अक्षों में कोई अनुवाद नहीं होने देता है और किसी भी अक्ष के बारे में कोई घुमाव नहीं होने देता है। जोर लगाने वाला उपकरण (आमतौर पर एक लीड या बॉल स्क्रू) निश्चित रूप से केवल अनियंत्रित अक्ष में गति उत्पन्न करने की उम्मीद है। इन दो घटकों की सटीकता का अलग-अलग मूल्यांकन करना और फिर समग्र सटीकता निर्धारित करने के लिए परिणामों को संयोजित करना सुविधाजनक है।

आइए सबसे पहले गाइड को देखें। एक रैखिक गाइड में त्रुटि के कई स्रोत हो सकते हैं: ऊपर और नीचे या बगल से बगल की वक्रता - दूसरे शब्दों में समतलता और सीधेपन में विचलन; ऊर्ध्वाधर रनआउट; और गाइड और अनुयायी के बीच असंततता।

समतलता और सीधापन सबसे आम चिंताएं हैं, क्योंकि वे आम तौर पर परिमाण में सबसे बड़ी होती हैं। एक पूरी तरह से बनाया गया गाइड XY प्लेन के समानांतर एक प्लेन के साथ यात्रा करता है और इसके अलावा, X अक्ष के समानांतर एक रेखा के साथ। समतलता त्रुटि अनिवार्य रूप से XY प्लेन से विचलन है। यह एक या दो दिशाओं में सरल वक्रता को शामिल कर सकता है। समतलता त्रुटि हमेशा Z (ऊर्ध्वाधर) अक्ष में अनुवाद बनाती है। वक्रता के अभिविन्यास के आधार पर, यह Y अक्ष के बारे में पिच रोटेशन, X अक्ष के बारे में रोल (दो-आयामी ताना के साथ मामला), या दोनों का कारण बन सकता है। ताना Y अक्ष में थोड़ा सा अनुवाद भी उत्पन्न कर सकता है, जो वांछित गति के लंबवत है।

सीधापन त्रुटि के परिणामस्वरूप गाड़ी की यात्रा की रेखा X अक्ष के समानांतर हो जाती है, और ±Y दिशा में मुड़ जाती है। Y अक्ष में विस्थापन के अलावा, यह Z अक्ष के बारे में एक यॉ रोटेशन को प्रेरित करेगा।

वर्टिकल रनआउट रैखिक गाइड की ऊंचाई में एक व्यवस्थित परिवर्तन है क्योंकि यह अनुवाद करता है। यह असर सतहों के निर्माण में अशुद्धियों के कारण हो सकता है, जिससे Z अक्ष में अनुवाद होता है। अधिकांश गाइड निर्माता सीधेपन के साथ समतलता या ऊर्ध्वाधर रनआउट सूचीबद्ध करते हैं। एक रैखिक गाइड के लिए बिना घुमाव के तात्कालिक Y या Z अनुवाद को प्रेरित करना संभव है, लेकिन इनका परिमाण आमतौर पर छोटा होता है। रैखिक गाइड अनुयायी अपनी लंबाई के साथ खामियों को वितरित करता है, वांछित गति के लिए अचानक बदलाव को दबाता है।

सटीकता पर रोटेशन का प्रभाव इस बात पर निर्भर करता है कि स्थिति-संदर्भित डिवाइस के सापेक्ष रुचि का बिंदु कहां है, जो शायद लीड स्क्रू ही है या फीडबैक के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला रैखिक पैमाना है। किसी भी मामले में, डिवाइस का स्थान वांछित चाल दिशा के समानांतर माप की रेखा बनाता है। हालाँकि, रुचि का बिंदु, जो रैखिक गति प्रणाली का लक्ष्य बिंदु है, माप की रेखा से ऑफसेट हो सकता है। इसलिए, कोई भी घुमाव प्रत्येक पर अलग-अलग चाप लंबाई का कारण बनेगा। और, वास्तविक चाल दूरी रोटेशन की मात्रा और ऑफसेट के अनुसार पैमाने पर पंजीकृत दूरी से भिन्न होगी। ऑफसेट जितना बड़ा होगा, घुमाव के कारण अनुवाद त्रुटियाँ उतनी ही अधिक होंगी - जिसे एबे त्रुटि के रूप में जाना जाता है। संदर्भ उपकरण के रूप में उपयोग किए जाने वाले लीड स्क्रू के साथ, माप की रेखा केंद्र पर होती है। लेकिन रैखिक एनकोडर आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं, और किनारे पर लगाए जाते हैं। यह रुचि के बिंदु के स्थान के आधार पर एबे त्रुटि के लिए स्थितियों को खराब या बेहतर कर सकता है (यह हमेशा कैरिज और लीड स्क्रू के साथ संरेखित नहीं होता है)।

इसके विपरीत, असंततता और ऊर्ध्वाधर रनआउट के कारण Y और Z अक्षों में शुद्ध अनुवाद त्रुटियाँ रुचि के बिंदु की परवाह किए बिना स्थिर रहती हैं। घुमावों से होने वाली त्रुटियाँ कहीं अधिक भ्रामक हो सकती हैं। अधिक सटीक गाइड के साथ पोजिशनिंग सिस्टम बनाने की तुलना में ऑफसेट को कम करना आम तौर पर आसान और अधिक लागत प्रभावी होता है।

ड्राइविंग त्रुटि

थ्रस्ट कई तरीकों से बनाया जा सकता है। आम उच्च परिशुद्धता वाले उपकरण लीड स्क्रू, बॉल स्क्रू और लीनियर मोटर हैं। लीड स्क्रू और बॉल स्क्रू अपनी प्रकृति के अनुसार एक विशिष्ट प्रकार की त्रुटि उत्पन्न करते हैं। जैसे-जैसे स्क्रू घूमता है, फॉलोअर एक हेलिकल पथ पर यात्रा करता है जो घूर्णी गति को रैखिक में परिवर्तित करता है। चूँकि हेलिक्स कोण कभी भी सही नहीं होता है, इसलिए अंडर- या ओवर-ट्रैवल की उम्मीद की जानी चाहिए। यह चक्रीय (2π त्रुटि के रूप में जाना जाता है) या व्यवस्थित (300 मिमी यात्रा के प्रति औसत त्रुटि के रूप में मापा जाता है) हो सकता है। दोलन या यात्रा भिन्नता की मध्यवर्ती आवृत्तियाँ भी हो सकती हैं। नियंत्रक क्षतिपूर्ति के साथ औसत त्रुटि को आसानी से हटाया जा सकता है। मध्यवर्ती और चक्रीय त्रुटियों को हटाना काफी मुश्किल हो जाता है। क्लास C3 के एक सटीक ग्राउंड स्क्रू में 8 μm की औसत या व्यवस्थित त्रुटि और 6 μm की 2π त्रुटि होगी। कम-सटीकता वाले स्क्रू के साथ, 2π त्रुटि की रिपोर्ट नहीं की जाती है क्योंकि यह औसत त्रुटि के संबंध में महत्वहीन है। सभी पोजिशनिंग-क्लास लीड स्क्रू के लिए औसत "लीड" त्रुटि सूचीबद्ध की गई है।

नियंत्रक को वास्तविक स्थिति वापस भेजने के लिए एक लीड या बॉल स्क्रू का उपयोग रैखिक एनकोडर के साथ किया जा सकता है। इससे स्क्रू के थ्रेड फॉर्म में अल्ट्रा-हाई सटीकता की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। स्केल क्षमताएं और नियंत्रण लूप ट्यूनिंग तब रैखिक सटीकता के लिए सीमित कारक होते हैं।

रैखिक मोटर रैखिक एनकोडर या अन्य ऐसे संवेदन उपकरण से प्राप्त फीडबैक के आधार पर गति को नियंत्रित करते हैं। फीडबैक डिवाइस की सटीकता और रिज़ॉल्यूशन सिस्टम की सटीकता को सीमित करेगा, जैसा कि सिस्टम ट्यूनिंग करेगा, जो किसी भी सर्वो एप्लिकेशन में एक महत्वपूर्ण खिलाड़ी है। ट्यूनिंग के लिए एक डेड बैंड चुना जाता है, ताकि एक बार जब कैरिज इस सीमा के भीतर एक स्थिति पर पहुंच जाए, तो यह हंटिंग बंद कर दे। इससे सेटलमेंट का समय कम हो जाता है, लेकिन डिवाइस की पुनरावृत्ति और रिज़ॉल्यूशन भी कम हो जाता है। फिर भी, चूंकि सिस्टम बैकलैश, स्टिकशन, डिफ्लेक्शन और इसी तरह के अन्य तत्वों को पेश करने के लिए कोई मध्यवर्ती यांत्रिक तत्व नहीं हैं, इसलिए रैखिक मोटर लीड या बॉल स्क्रू संचालित सिस्टम की सटीकता को पार करने में सक्षम हैं।

भागों का योग

यात्रा की एक धुरी के साथ समग्र सटीकता निर्धारित करने के लिए, गाइड और थ्रस्ट डिवाइस त्रुटियों को संयोजित किया जाना चाहिए। घूर्णी त्रुटियों को रुचि के बिंदु पर अनुवाद संबंधी त्रुटियों में परिवर्तित किया जाता है। इस त्रुटि को फिर उसी दिशा में अन्य अनुवाद संबंधी त्रुटियों के साथ जोड़ा जा सकता है।

एबे त्रुटि की गणना रोटेशन की धुरी के बारे में कुल कोण परिवर्तन के स्पर्शज्या को ऑफसेट दूरी से गुणा करके की जाती है। प्रत्येक रोटेशन के लिए, ऑफसेट को रोटेशन की धुरी के लंबवत विमान में लिया जाना चाहिए। एबे त्रुटि को वस्तुतः समाप्त करने का एकमात्र तरीका फीडबैक डिवाइस को रुचि के बिंदु पर रखना है।

एक बार जब गाइड की स्थानान्तरणीय त्रुटियों की गणना प्रत्येक दिशा में कर ली जाती है, तो उन्हें थ्रस्ट डिवाइस से प्राप्त त्रुटि के साथ संयोजित किया जा सकता है, जो केवल एक्स अक्ष के साथ त्रुटि में योगदान करती है, और कुल सिस्टम त्रुटि को परिमाणित किया जाता है।

यदि आप एकल-अक्ष रैखिक गति डिवाइस का विश्लेषण कर रहे हैं, तो आप अपनी स्थिति आवश्यकताओं के साथ प्रत्येक दिशा के लिए अनुवाद संबंधी त्रुटियों की तुलना आसानी से कर सकते हैं। यदि किसी अक्ष में अस्वीकार्य त्रुटि है, तो आप उस अक्ष के त्रुटि घटकों को एक-एक करके संबोधित कर सकते हैं।

यदि सिस्टम बहु-अक्षीय है, जिसमें कई रैखिक गति संयोजन हैं, तो भी आपके पास केवल एक ही रुचि का बिंदु होगा; यह प्रत्येक अक्ष के लिए समान है। रुचि के बिंदु से सबसे दूर की धुरी में एबे त्रुटि की सबसे अधिक संभावना होगी। कुल सिस्टम त्रुटि निर्धारित करने के लिए प्रत्येक चरण से अनुवाद त्रुटियों को रुचि के बिंदु पर जोड़ा जा सकता है। हालांकि, अब अक्षों के बीच ऑर्थोगोनैलिटी पर भी विचार किया जाना चाहिए। यह एक शुद्ध अनुवाद उत्पन्न करता है। उदाहरण के लिए, XY चरण के मामले में, X के संबंध में Y अक्ष का तिरछा होना Y अक्ष के घूमने पर एक अतिरिक्त X अनुवाद उत्पन्न करेगा। इसे त्रिकोणमिति से या सीधे ऑफसेट को मापकर निर्धारित किया जा सकता है। याद रखें, घुमावों के विपरीत, अनुवाद ऑफसेट, रुचि के बिंदु की दूरी से स्वतंत्र होते हैं

अंत में, ध्यान रखें कि "सटीकता" शब्द का उपयोग काफी स्वतंत्र रूप से किया जाता है, और अक्सर व्याख्या के लिए खुला छोड़ा जा सकता है। कभी-कभी उद्धृत सटीकता विनिर्देश केवल पोजिशनिंग स्क्रू के लिए जिम्मेदार होता है। इस प्रकार का स्केची प्रतिनिधित्व भ्रामक हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक डिजाइनर औसत लीड त्रुटि में सुधार करके सिस्टम सटीकता में सुधार करने के बारे में सोच सकता है, जब समस्या वास्तव में एबे त्रुटि पर आधारित होती है। इष्टतम दृष्टिकोण नहीं। कई बार त्रुटि स्रोत की पहचान हो जाने के बाद, एक सरल और किफायती ज्यामितीय समाधान होता है।