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 आपने सोचा कि आपके पास "रैखिक गति" की अवधारणा है - सीधे आवश्यक बिंदुओं पर क्लिक करें और आप घर पर हैं - साथ ही पार्टी को खत्म करने के लिए स्वतंत्रता के शेष पांच डिग्री भी आते हैं। एक मोटे परिप्रेक्ष्य से, यह सच है, एक रैखिक गाड़ी मुख्य रूप से एक अक्ष (इसे एक्स अक्ष कहते हैं) के साथ अनुवाद करती है, लेकिन सभी इंजीनियर भागों में खामियां होती हैं, और सटीकता और परिशुद्धता की हमारी बढ़ती आवश्यकता के साथ, विस्तार पर हमारा ध्यान भी प्रगति करना चाहिए इसलिए।

सिस्टम सटीकता का पूरी तरह से वर्णन करने के लिए, हमें स्वतंत्रता की सभी छह डिग्री को ध्यान में रखना होगा, ये एक्स, वाई और जेड अक्षों में अनुवाद और उसी के बारे में रोटेशन हैं।

प्लेसमेंट की चिंता

शुरुआत के लिए, आइए प्रमुख पोजिशनिंग मापदंडों की स्पष्ट परिभाषा स्थापित करें। हालाँकि अधिकांश इंजीनियर सटीकता, दोहराव और रिज़ॉल्यूशन शब्दों से परिचित हैं, लेकिन व्यवहार में इनका आमतौर पर दुरुपयोग किया जाता है। इन तीनों में से सटीकता हासिल करना सबसे कठिन है, इसके बाद दोहराव और अंत में समाधान आता है। सटीकता बताती है कि गति में एक सिस्टम कमांड स्थिति के कितनी करीब पहुंचता है, सैद्धांतिक XYZ अंतरिक्ष में एक सटीक स्थिति।

दूसरी ओर, पुनरावृत्ति या परिशुद्धता, यादृच्छिक दिशाओं से एक ही स्थान पर जाने के लगातार प्रयासों के बीच त्रुटि को संदर्भित करती है। एक पूरी तरह से दोहराई जाने वाली रैखिक प्रणाली अत्यधिक गलत हो सकती है - यह लगातार उसी स्थान को प्राप्त करने में सक्षम हो सकती है, जो कि जो आदेश दिया गया है उससे काफी दूर होता है। उदाहरण के तौर पर, भारी प्रीलोडेड फॉलोअर नट के साथ एक लीड स्क्रू, लेकिन महत्वपूर्ण पिच या "लीड" त्रुटि के साथ, खराब सटीकता के साथ अच्छी पुनरावृत्ति हो सकती है। प्रीलोड नट को उसकी अक्षीय स्थिति में कठोर रखता है, बैकलैश को कम या समाप्त करता है और स्क्रू शाफ्ट रोटेशन के अनुसार नट और लोड की लगातार यात्रा सुनिश्चित करता है। लेकिन पिच त्रुटि इच्छित रोटेशन-टू-ट्रांसलेशन संबंध को गड़बड़ा देती है, इसलिए सिस्टम गलत है।

संकल्प सबसे छोटी चाल वृद्धि है जिसे साकार किया जा सकता है। यदि, उदाहरण के लिए, कमांड स्थिति 2 माइक्रोमीटर दूर है लेकिन सिस्टम का रिज़ॉल्यूशन 4 माइक्रोमीटर है, तो सटीकता 2 माइक्रोमीटर से बेहतर नहीं हो सकती है। इन परिस्थितियों में, सिस्टम के पास वांछित स्थिति में और अधिक निकटता से आगे बढ़ने का संकल्प नहीं 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 (अर्थात, सिस्टम कमांड बिंदु 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 जोर पैदा करने वाला एक उपकरण। गाइड त्रि-आयामी अंतरिक्ष में उपलब्ध स्वतंत्रता की 6 डिग्री में से 5 डिग्री में गति को प्रतिबंधित करने के लिए जिम्मेदार है। आदर्श मार्गदर्शिका Y और Z अक्षों में किसी अनुवाद की अनुमति नहीं देती है और न ही किसी भी अक्ष के चारों ओर घूमने की अनुमति देती है। थ्रस्ट डिवाइस (आमतौर पर एक लीड या बॉल स्क्रू) से, निश्चित रूप से, केवल अप्रतिबंधित अक्ष में गति उत्पन्न करने की उम्मीद की जाती है। इन दोनों घटकों की सटीकता का अलग-अलग मूल्यांकन करना और फिर समग्र सटीकता निर्धारित करने के लिए परिणामों को संयोजित करना सुविधाजनक है।

आइए पहले मार्गदर्शिका देखें। एक रैखिक गाइड त्रुटि के कई स्रोतों से ग्रस्त हो सकता है: ऊपर और नीचे या अगल-बगल वक्रता - दूसरे शब्दों में समतलता और सीधेपन में विचलन; ऊर्ध्वाधर अपवाह; और मार्गदर्शक और अनुयायी के बीच असंतुलन।

सपाटपन और सीधापन सबसे आम चिंताएँ हैं, क्योंकि वे आम तौर पर परिमाण में सबसे बड़े होते हैं। एक पूरी तरह से बनाया गया गाइड XY विमान के समानांतर एक विमान के साथ और, इसके अलावा, X अक्ष के समानांतर एक रेखा के साथ यात्रा करता है। समतलता त्रुटि मूलतः XY तल से विचलन है। इसमें एक या दो दिशाओं में सरल वक्रता शामिल हो सकती है। समतलता त्रुटि हमेशा Z (ऊर्ध्वाधर) अक्ष में अनुवाद बनाती है। वक्रता के अभिविन्यास के आधार पर, यह वाई अक्ष के बारे में पिच रोटेशन, एक्स अक्ष के बारे में रोल (द्वि-आयामी ताना के साथ मामला), या दोनों का कारण बन सकता है। वार्प वांछित गति के लंबवत, वाई अक्ष में मामूली अनुवाद भी उत्पन्न कर सकता है।

सीधेपन की त्रुटि के परिणामस्वरूप गाड़ी की यात्रा रेखा एक्स अक्ष के साथ समानांतर होकर ±Y दिशा में मुड़ जाती है। Y अक्ष में विस्थापन के अलावा, यह Z अक्ष के बारे में एक यॉ घूर्णन को प्रेरित करेगा।

जैसा कि अनुवाद किया गया है, वर्टिकल रनआउट रैखिक गाइड की ऊंचाई में एक व्यवस्थित परिवर्तन है। यह असर सतहों के निर्माण में अशुद्धियों के कारण हो सकता है, जिससे Z अक्ष में अनुवाद हो सकता है। अधिकांश गाइड निर्माता सीधेपन के साथ-साथ समतलता या ऊर्ध्वाधर रनआउट को भी सूचीबद्ध करते हैं। एक रैखिक गाइड के लिए घूर्णन के बिना 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 अनुप्रस्थ 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 उपयोग किया जाने वाला एक रैखिक पैमाना है। किसी भी स्थिति 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 की 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, घूर्णन के कारण अनुवाद त्रुटियां 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 की स्थितियों को खराब या सुधार सकता है (यह हमेशा गाड़ी और लीड स्क्रू के साथ संरेखित नहीं होता है)।

इसके विपरीत, विच्छेदन और ऊर्ध्वाधर रनआउट के कारण वाई और जेड अक्षों में शुद्ध अनुवाद त्रुटियां रुचि के बिंदु की परवाह किए बिना स्थिर रहती हैं। घुमावों से होने वाली त्रुटियाँ कहीं अधिक धोखा देने वाली 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 है।

ड्राइविंग त्रुटि

जोर कई तरीकों से उत्पन्न किया जा सकता है। सामान्य उच्च परिशुद्धता उपकरण लीड स्क्रू, बॉल स्क्रू और लीनियर मोटर हैं। लीड स्क्रू और बॉल स्क्रू उनकी प्रकृति में अंतर्निहित एक विशिष्ट प्रकार की त्रुटि पैदा करते हैं। जैसे ही पेंच घूमता है, अनुयायी एक पेचदार पथ पर यात्रा करता है जो रोटरी गति को रैखिक में परिवर्तित करता है। चूंकि हेलिक्स कोण कभी भी सही नहीं होता है, इसलिए कम या अधिक यात्रा की उम्मीद की जाती है। यह चक्रीय हो सकता है (2π त्रुटि के रूप में जाना जाता है) या व्यवस्थित (प्रति 300 मिमी यात्रा में औसत त्रुटि के रूप में मापा जाता है)। दोलन या यात्रा भिन्नता की मध्यवर्ती आवृत्तियाँ भी हो सकती हैं। नियंत्रक क्षतिपूर्ति से औसत त्रुटि को आसानी से दूर किया जा सकता है। मध्यवर्ती और चक्रीय त्रुटियों को दूर करना काफी कठिन हो जाता है। वर्ग C3 के एक सटीक ग्राउंड स्क्रू में 8 μm की औसत या व्यवस्थित त्रुटि और 6 μm की 2π त्रुटि होगी। कम परिशुद्धता वाले स्क्रू के साथ, 2π त्रुटि रिपोर्ट नहीं की जाती है क्योंकि यह औसत त्रुटि के संबंध में महत्वहीन है। औसत "लीड" त्रुटि सभी पोजिशनिंग-क्लास लीड स्क्रू के लिए सूचीबद्ध है।

नियंत्रक को वास्तविक स्थिति वापस फीड करने के लिए एक लीनियर एनकोडर के साथ एक लीड या बॉल स्क्रू का उपयोग किया जा सकता है। यह स्क्रू के धागे के रूप में अति-उच्च सटीकता की आवश्यकता को समाप्त कर देता है। स्केल क्षमताएं और नियंत्रण लूप ट्यूनिंग रैखिक सटीकता के लिए सीमित कारक हैं।

रैखिक मोटर्स एक रैखिक एनकोडर या ऐसे अन्य सेंसिंग डिवाइस से फीडबैक के आधार पर गति को नियंत्रित करते हैं। फीडबैक डिवाइस की सटीकता और रिज़ॉल्यूशन सिस्टम सटीकता को सीमित कर देगा, साथ ही सिस्टम ट्यूनिंग भी, जो किसी भी सर्वो एप्लिकेशन में एक महत्वपूर्ण खिलाड़ी है। ट्यूनिंग के लिए एक डेड बैंड को चुना जाता है, ताकि एक बार जब गाड़ी इस सीमा के भीतर एक स्थिति में पहुंच जाए, तो वह शिकार करना बंद कर दे। इससे निपटान का समय कम हो जाता है लेकिन डिवाइस की पुनरावृत्ति और रिज़ॉल्यूशन भी कम हो जाता है। फिर भी, चूंकि सिस्टम बैकलैश, स्टिक्शन, डिफ्लेक्शन और इसी तरह की चीजों को पेश करने के लिए कोई मध्यवर्ती यांत्रिक तत्व नहीं हैं, इसलिए रैखिक मोटर्स लीड या बॉल स्क्रू संचालित सिस्टम की सटीकता को पार करने में सक्षम हैं।

भागों का योग

यात्रा के एक अक्ष के साथ समग्र सटीकता निर्धारित करने के लिए, गाइड और थ्रस्ट डिवाइस त्रुटियों को संयोजित किया जाना चाहिए। रुचि के बिंदु पर घूर्णी त्रुटियों को अनुवादात्मक में बदल दिया जाता है। फिर इस त्रुटि को 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 स्पर्शरेखा को ऑफसेट दूरी से गुणा करके की जाती है। प्रत्येक घुमाव के लिए, ऑफसेट को घूर्णन की धुरी के लंबवत तल 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 प्रत्येक दिशा में गाइड की अनुवाद संबंधी त्रुटियों की गणना की जाती है, तो उन्हें थ्रस्ट डिवाइस से त्रुटि के साथ जोड़ा जा सकता है, जो केवल एक्स अक्ष के साथ त्रुटि में योगदान देता है, और कुल सिस्टम त्रुटि मात्रा निर्धारित की जाती है।

यदि आप एकल-अक्ष रैखिक गति उपकरण का विश्लेषण कर रहे हैं, तो आप अपनी स्थिति आवश्यकताओं के साथ प्रत्येक दिशा के लिए अनुवाद संबंधी त्रुटियों की तुलना 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-अक्ष है, कई रैखिक गति असेंबलियों के साथ, आपके पास अभी भी रुचि का केवल एक बिंदु है; यह प्रत्येक अक्ष के लिए समान है। रुचि के बिंदु से सबसे दूर की धुरी में एबे त्रुटि की संभावना सबसे अधिक होगी। कुल सिस्टम त्रुटि निर्धारित करने के लिए प्रत्येक चरण से अनुवाद त्रुटियों को रुचि के बिंदु पर संक्षेपित किया जा सकता है। हालाँकि, अब अक्षों के बीच रूढ़िवादिता पर भी विचार किया जाना चाहिए। इससे शुद्ध अनुवाद उत्पन्न होता है। उदाहरण के लिए, XY चरण के मामले में, X के संबंध में Y अक्ष का एक तिरछापन Y अक्ष के ट्रैवर्स के रूप में एक अतिरिक्त X अनुवाद उत्पन्न करेगा। इसे त्रिकोणमिति से या सीधे ऑफसेट मापकर निर्धारित किया जा सकता है। याद रखें, घूर्णन के विपरीत, अनुवाद ऑफसेट, रुचि के बिंदु की दूरी से स्वतंत्र होते हैं। आप ऑर्थोगोनैलिटी ऑफसेट को सीधे अपने समग्र त्रुटि बजट में जोड़ सकते हैं।

अंत में, ध्यान रखें कि "सटीकता" शब्द का उपयोग स्वतंत्र रूप से किया जाता है, और अक्सर व्याख्या के लिए खुला छोड़ा जा सकता है। कभी-कभी उद्धृत सटीकता विनिर्देश केवल पोजिशनिंग पेंच के लिए होता है। इस प्रकार का अधूरा प्रतिनिधित्व भ्रामक हो सकता है। उदाहरण के लिए, एक डिज़ाइनर 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 हो। इष्टतम दृष्टिकोण नहीं. कई बार त्रुटि स्रोत की पहचान हो जाने के बाद, एक सरल और किफायती ज्यामितीय समाधान होता है।