תנועה ישרה ומדויקת רחוקה מלהיות קלה.

תנועה ישרה ומדויקת רחוקה מלהיות קלה, והתקני מיקום ליניאריים מוכיחים זאת על ידי שגיאה לא במימד אחד, אלא בתלת מימד

בדיוק כשחשבתם שהקונספט של "תנועה ליניארית" מסומר - הקישו מיד על הנקודות הנדרשות ואתם בבית - מגיעות חמש דרגות החופש הנותרות לקרוס את המסיבה. מנקודת מבט גסה, זה נכון, כרכרה ליניארית מתרגמת בעיקר לאורך ציר אחד (קוראים לזה ציר X), אבל לכל החלקים המהונדסים יש פגמים, ועם הצורך ההולך וגובר שלנו בדיוק ודיוק, גם תשומת הלב שלנו לפרטים צריכה להתקדם לְפִיכָך.

כדי לתאר ביסודיות את דיוק המערכת, אם כן, עלינו לתת את הדעת על כל שש דרגות החופש, אלו הן תרגום בצירי X, Y ו-Z, וסיבוב בערך אותו דבר.

חששות של מיקום

בתור התחלה, בואו נקבע הגדרה ברורה של פרמטרי המיקום המרכזיים. למרות שרוב המהנדסים מכירים את המונחים דיוק, חזרתיות ורזולוציה, בדרך כלל נעשה בהם שימוש לרעה בפועל. הדיוק הוא הקשה ביותר מבין השלושה להשגה, ואחריו חוזרות ולבסוף רזולוציה. הדיוק מסביר עד כמה מערכת בתנועה מתקרבת לעמדת פיקוד, מיקום מדויק השוכן במרחב XYZ תיאורטי.

יכולת חזרה או דיוק, לעומת זאת, מתייחסת לשגיאה בין ניסיונות עוקבים לנוע לאותו מיקום מכיוונים אקראיים. מערכת ליניארית הניתנת לחזרה מושלמת עלולה להיות מאוד לא מדויקת - היא עשויה להיות מסוגלת להשיג ללא הרף את אותו מיקום, שבמקרה רחוק מהמצוווה. כדוגמה, בורג מוביל עם אום עוקב נטען בכבדות, אך עם שגיאת שיפוע או "עופרת" משמעותית, עשוי להיות בעל יכולת חזרה טובה יחד עם דיוק גרוע. העומס המקדים שומר על האום קשיח במיקומו הצירי, מפחית או מבטל את ההשפעה האחורית ומבטיח את תנועת האום והעומס באופן עקבי בהתאם לסיבוב גל הבורג. אבל שגיאת הגובה מעבירה את יחס הסיבוב לתרגום המיועד, כך שהמערכת לא מדויקת.

רזולוציה היא תוספת המהלך הקטנה ביותר שניתן לממש. אם, למשל, עמדת הפיקוד נמצאת במרחק של 2 מיקרומטר משם אבל הרזולוציה של המערכת היא 4 מיקרומטר, הדיוק לא יכול להיות טוב יותר מ-2 מיקרומטר. בנסיבות אלה, למערכת אין את הרזולוציה להתקדם במיקום הרצוי יותר מקרוב.

כדי שמערכת תהיה מדויקת, כל מרכיביה חייבים להיות מדויקים, ניתנים לשחזור ולהציע רזולוציה מספקת. למרות שמערכת עשויה לספק דיוק "עופרת" טוב אך יכולת חזרה גרועה (כלומר, המערכת יוצרת פיזור אקראי על נקודת הפקודה), דיוק המערכת הכולל לא יכול להיות טוב יותר מהחזרה שלה.

אמצעים מודרכים

התקני תנועה ליניארית מורכבים משני מרכיבים חיוניים, מוביל ליניארי והתקן לייצור דחף. המדריך אחראי על הגבלת תנועה ב-5 מתוך 6 דרגות החופש הקיימות במרחב התלת מימדי. המדריך האידיאלי אינו מאפשר תרגום בצירי Y ו-Z ואין סיבוב סביב אף אחד מהצירים. התקן הדחף (בדרך כלל בורג עופרת או כדורי) צפוי, כמובן, לייצר תנועה רק בציר הבלתי מרוסן. זה נוח להעריך את הדיוק של שני רכיבים אלה בנפרד ולאחר מכן לשלב את התוצאות כדי לקבוע את הדיוק הכולל.

בואו נסתכל תחילה על המדריך. מנחה ליניארי עלול לסבול מכמה מקורות שגיאה: עקמומיות למעלה ולמטה או מצד לצד - במילים אחרות סטיות בשטיחות ובישר; יציאה אנכית; וחוסר המשכיות בין מדריך לעוקב.

שטיחות וישרות הם החששות הנפוצים ביותר, מכיוון שהם בדרך כלל הגדולים ביותר בגודלם. מדריך עשוי בצורה מושלמת נע לאורך מישור המקביל למישור XY, ויתרה מכך, לאורך קו מקביל לציר X. שגיאת שטוחות היא בעצם סטייה ממישור XY. זה עשוי להקיף עקמומיות פשוטה בכיוון אחד או שניים. שגיאת שטוחות תמיד יוצרת תרגום בציר Z (אנכי). בהתאם לכיוון העקמומיות, זה עלול לגרום לסיבוב גובה סביב ציר Y, ​​להתגלגל סביב ציר X (במקרה עם עיוות דו מימדי), או שניהם. עיוות עשוי גם ליצור תרגום קל בציר Y, ​​בניצב לתנועה הרצויה.

שגיאת ישרות גורמת לכך שקו הנסיעה של העגלה עוזב את ההקבלה עם ציר ה-X ומתעקל לכיוון ±Y. מלבד תזוזה בציר Y, ​​הוא יגרום לסיבוב סיבוב סביב ציר Z.

יציאה אנכית היא שינוי שיטתי בגובה המדריך הליניארי כפי שהוא מתורגם. ייתכן שהסיבה לכך היא אי דיוקים בייצור משטחי המיסב, מה שיוצר תרגום בציר Z. רוב יצרני המדריכים מפרטים את השטיחות או היציאה האנכית, יחד עם ישרות. ייתכן שמדריך ליניארי יגרום לתרגום Y או Z מיידי ללא סיבוב, אך גודלם של אלה הוא בדרך כלל קטן. עוקב המדריך הליניארי נוטה להפיץ את הפגמים לאורכו, לדכא תזוזות פתאומיות לרוחב התנועה הרצויה.

השפעת הסיבוב על הדיוק תלויה במקום שבו נקודת העניין נמצאת ביחס להתקן המפנה את המיקום, שהוא אולי הבורג המוביל עצמו או קנה מידה ליניארי המשמש למשוב. בכל מקרה, מיקום המכשיר מהווה את קו המדידה, במקביל לכיוון התנועה הרצוי. עם זאת, נקודת העניין, שהיא נקודת המטרה של מערכת התנועה הליניארית, עשויה להיות מקוזזת מקו המדידה. לכן כל סיבוב יגרום לאורכי קשת שונים בכל אחד מהם. וכן, מרחק התנועה בפועל ישתנה מהמרחק שנרשם בסולם בהתאם לכמות הסיבוב וההיסט. ככל שההיסט גדול יותר, כך גדלות שגיאות התרגום עקב סיבובים - המכונה שגיאת Abbe. כאשר בורג העופרת עצמו משמש כמכשיר ההפניה, קו המדידה נמצא במרכז. אבל מקודדים ליניאריים משמשים בדרך כלל, והם מורכבים בצד. זה עלול להחמיר או לשפר את התנאים לשגיאת Abbe, בהתאם למיקום נקודת העניין (היא לא תמיד מיושרת עם הגררה ובורג ההובלה).

לעומת זאת, שגיאות תרגום טהורות בצירי Y ו-Z עקב אי-רציפות ויציאה אנכית נשארות קבועות ללא קשר לנקודת העניין. שגיאות מסיבובים יכולות להטעות הרבה יותר. בדרך כלל קל יותר וחסכוני יותר למזער היסט מאשר לבנות מערכת מיקום עם מנחים מדויקים יותר.

טעות בנהיגה

ניתן לייצר דחף בדרכים רבות. התקנים נפוצים בעלי דיוק גבוה הם ברגי עופרת, ברגים כדוריים ומנועים ליניאריים. ברגי עופרת וברגים כדוריים יוצרים סוג מסוים של שגיאה הטבועה בטבעם. כשהבורג מסתובב, העוקב נע בנתיב סליל וממיר תנועה סיבובית ללינארית. מכיוון שזווית הסליל לעולם אינה מושלמת, יש לצפות להסתערות נמוכה או יתרה. זה יכול להיות מחזורי (המכונה שגיאה 2π) או שיטתי (נמדד כשגיאה ממוצעת לכל 300 מ"מ של תנועה). ייתכנו גם תדרי ביניים של תנודה או שינוי תנועה. את השגיאה הממוצעת ניתן להסיר בקלות עם פיצוי בקר. שגיאות הביניים והמחזוריות הופכות קשות למדי להסרה. לבורג הארקה מדויק בדרגה C3 תהיה שגיאה ממוצעת או שיטתית של 8 מיקרומטר ושגיאת 2π של 6 מיקרומטר. עם ברגים בעלי דיוק נמוך יותר, שגיאת 2π אינה מדווחת מכיוון שהיא חסרת משמעות ביחס לשגיאה הממוצעת. שגיאת "עופרת" ממוצעת רשומה עבור כל הברגים המובילים בדרגת מיקום.

ניתן להשתמש בעופרת או בבורג כדורי יחד עם מקודד ליניארי על מנת להזין את המיקום בפועל בחזרה לבקר. זה מבטל את הצורך ברמת דיוק גבוהה במיוחד בצורת הברגה של הבורג. יכולות קנה מידה וכוונון לולאת בקרה הם אם כן הגורמים המגבילים לדיוק ליניארי.

מנועים לינאריים מווסתים תנועה על סמך משוב מקודד ליניארי או מכשיר חישה אחר כזה. הדיוק והרזולוציה של מכשיר המשוב יגבילו את דיוק המערכת, וכך גם כוונון המערכת, שחקן חשוב בכל יישום סרוו. רצועה מתה נבחרת לכוונון, כך שברגע שהכרכרה מגיעה למיקום בטווח זה, היא מפסיקה לצוד. זה מקטין את זמן ההתמקמות אך גם מקטין את יכולת החזרה והרזולוציה של המכשיר. אף על פי כן, מכיוון שאין אלמנטים מכאניים ביניים להחדרת נגיעה למערכת, הדבקה, סטיה וכדומה, מנועים ליניאריים מסוגלים לעלות על הדיוק של מערכת מונעת עופרת או בורג כדורי.

סכום החלקים

כדי לקבוע את הדיוק הכולל לאורך ציר אחד של תנועה, יש לשלב שגיאות מנחה ודחף. שגיאות סיבוב מומרות לתרגום בנקודת העניין. לאחר מכן ניתן לשלב שגיאה זו עם שגיאות תרגום אחרות באותו כיוון.

שגיאת Abbé מחושבת על ידי הכפלת הטנגנס של שינוי הזווית הכולל סביב ציר הסיבוב במרחק ההיסט. עבור כל סיבוב, יש לקחת את ההיסט במישור הניצב לציר הסיבוב. הדרך היחידה לבטל למעשה את שגיאת Abbe היא למקם את התקן המשוב בנקודת העניין.

לאחר חישוב שגיאות התרגום של המדריך לכל כיוון, ניתן לשלב אותן עם השגיאה מהתקן הדחף, התורמת לשגיאה בציר ה-X בלבד, ולכמת את שגיאת המערכת הכוללת.

אם אתה מנתח התקן תנועה ליניארית חד ציר, אתה יכול פשוט להשוות שגיאות תרגום לכל כיוון עם דרישות המיקום שלך. אם בציר כלשהו יש שגיאות לא מקובלות, אתה יכול לטפל ברכיבי השגיאה של הציר אחד בכל פעם.

אם המערכת היא רב-צירית, עם כמה מכלולי תנועה ליניארית, עדיין יש לך רק נקודת עניין אחת; זה זהה לכל ציר. הציר הרחוק ביותר מנקודת העניין יהיה בעל הפוטנציאל הגבוה ביותר לטעות אבא. ניתן לסכם שגיאות תרגום מכל שלב בנקודת העניין כדי לקבוע את שגיאת המערכת הכוללת. עם זאת, יש לשקול אורתוגונליות בין הצירים גם כעת. זה מייצר תרגום טהור. במקרה של שלב XY, למשל, הטיה של ציר ה-Y ביחס ל-X תיצור תרגום X נוסף כאשר ציר ה-Y חוצה. ניתן לקבוע זאת באמצעות טריגונומטריה או על ידי מדידה ישירה של היסט. זכור, בניגוד לסיבובים, התרגומים אינם תלויים בהיסט, המרחק לנקודת העניין. אתה יכול להוסיף את היסט האורתוגונליות ישירות לתקציב השגיאה הכולל שלך.

לבסוף, זכור שהמונח "דיוק" משמש באופן חופשי למדי, ולעתים קרובות ניתן להשאירו פתוח לפרשנות. לפעמים מפרט הדיוק שצוטט מתייחס לבורג המיקום בלבד. סוג זה של ייצוג סקיצה יכול להיות מטעה. לדוגמה, מעצב עשוי לחשוב לשפר את דיוק המערכת על ידי שיפור שגיאת לידים ממוצעת, כאשר הבעיה למעשה מבוססת על שגיאת Abbé. לא הגישה האופטימלית. פעמים רבות ישנו פתרון גיאומטרי פשוט וחסכוני, לאחר זיהוי מקור השגיאה.