תנועה ישר ומדויקת רחוקה מלהיות קלה.

תנועה ישר ומדויקת רחוקה מלהיות קלים ומכשירי מיקום ליניאריים מוכיחים זאת על ידי טעות לא באחד, אלא שלושה ממדים

בדיוק כשחשבת שיש לך את הקונספט "תנועה לינארית" ממוסמר - פגע בנקודות הנדרשות במישוג ואתה בבית - יחד עם חמש דרגות החופש הנותרות לקרוס את המסיבה. מנקודת מבט גסה, זה נכון, כרכרה ליניארית מתורגמת בעיקר לאורך ציר אחד (קראו לו ציר ה- x), אך לכל החלקים המהונדסים יש פגמים, ועם הצורך ההולך וגובר שלנו ברמת דיוק ובדיוק, תשומת הלב שלנו לפרטים חייבת להתקדם גם לְפִיכָך.

כדי לתאר ביסודיות את דיוק המערכת, עלינו להסביר את כל שש דרגות החופש, כאשר אלה הם תרגום בצירי X, Y ו- Z וסיבוב בערך זהים.

חששות למיקום

בתור התחלה, בואו נקבע הגדרה ברורה של פרמטרי מיקום המפתח. למרות שרוב המהנדסים מכירים את דיוק המונחים, יכולת החזרה והפתרון, הם בדרך כלל מנוצלים לרעה בפועל. הדיוק הוא הקשה מבין השלושה להשיג, ואחריו יכולת החזרה ולבסוף, רזולוציה. דיוק מסביר עד כמה מערכת מתקרבת למצב פקודה, מיקום מדויק השוכנת במרחב XYZ תיאורטי.

יכולת דיוק או דיוק, לעומת זאת, מתייחסים לשגיאה בין ניסיונות רצופים לעבור לאותו מיקום מכיוונים אקראיים. מערכת ליניארית חוזרת לחלוטין יכולה להיות לא מדויקת מאוד - היא עשויה להיות מסוגלת להשיג כל הזמן את אותו מיקום, שבמקרה נמצא רחוק מזה המפקד. כדוגמה, בורג עופרת עם אגוז חסיד טוען מראש, אך עם שגיאת מגרש או "עופרת" משמעותית, יכול להיות בעל יכולת חוזרת טובה יחד עם דיוק לקוי. הטעינה המוקדמת שומרת על האגוז נוקשה במיקומו הצירי, מפחית או מבטלת את ההתקפה ומבטיחה את האום והעומס בעקביות בהתאם לסיבוב פיר הבורג. אולם שגיאת המגרש זורקת את הקשר המיועד לסיבוב לתרגום מהקילטר, כך שהמערכת אינה מדויקת.

הרזולוציה היא תוספת המהלך הקטנה ביותר שניתן לממש. אם, למשל, מיקום הפקודה נמצא במרחק של 2 מיקרומטר משם אך הרזולוציה של המערכת היא 4 מיקרומטר, הדיוק לא יכול להיות טוב יותר מ- 2 מיקרומטר. בנסיבות אלה, למערכת אין את ההחלטה לעבור לגור במיקום הרצוי יותר.

כדי שמערכת תהיה מדויקת, כל מרכיביה חייבים להיות מדויקים, ניתנים לחזרה ולהציע רזולוציה מספקת. למרות שמערכת עשויה לספק דיוק "עופרת" טובה אך יכולת החזרתיות הגרועה (כלומר, המערכת יוצרת פיזור אקראי בערך נקודת הפקודה), דיוק המערכת הכולל לא יכול להיות טוב יותר מאשר יכולת החזרתיות שלה.

אמצעים מודרכים

מכשירי תנועה לינאריים מורכבים משני רכיבים חיוניים, מדריך ליניארי ומכשיר לייצור דחף. המדריך אחראי להגבלת התנועה ב -5 מתוך 6 מעלות החופש הזמינה במרחב תלת מימדי. המדריך האידיאלי לא מאפשר תרגום בצירי Y ו- Z וללא סיבוב באף אחד מהצירים כלשהם. מכשיר הדחף (בדרך כלל בורג עופרת או כדור) צפוי כמובן לייצר תנועה רק בציר הבלתי מרוסן. נוח להעריך את הדיוק של שני רכיבים אלה בנפרד ואז לשלב את התוצאות כדי לקבוע את הדיוק הכללי.

בואו נסתכל תחילה למדריך. מדריך ליניארי עלול לסבול ממספר מקורות שגיאה: עקמומיות למעלה ולמטה או לצד זה - במילים אחרות סטיות בשטוח וישר; מפעיל אנכי; והפסקות בין מדריך לעוקב.

שטוח וישר הם הדאגות הנפוצות ביותר, מכיוון שהם בדרך כלל הגדולים ביותר בעוצמה. מדריך המיוצר בצורה מושלמת נוסע לאורך מטוס במקביל למישור ה- XY, ויתרה מכך, לאורך קו מקביל לציר ה- x. שגיאת שטוח היא למעשה סטייה ממישור ה- XY. זה עשוי להקיף עקמומיות פשוטה לכיוונה אחד או שניים. שגיאת שטוח יוצרת תמיד תרגום בציר Z (אנכי). תלוי בכיוון העקמומיות, זה עלול לגרום לסיבוב המגרש סביב ציר ה- Y, ​​להתגלגל סביב ציר ה- x (המקרה עם עיוות דו ממדי), או שניהם. עיוות עשויה גם לייצר תרגום קל בציר ה- Y, ​​בניצב לתנועה הרצויה.

שגיאת ישירות גורמת לקו הנסיעות של הכרכרה ויוצא מהקבלה לציר ה- x, מתעגל לכיוון ± y. מלבד העקירה בציר Y, ​​היא תגרום לסיבוב פיהוק סביב ציר ה- Z.

מפעיל אנכי הוא שינוי שיטתי בגובה המדריך הליניארי כפי שהוא מתרגם. יתכן שזה נובע מאי דיוקים בייצור משטחי הנושא, ויוצר תרגום בציר ה- Z. מרבית יצרני המדריכים מפרטים את השטיחות או ההפעלה האנכית, יחד עם ישירות. ניתן למדריך ליניארי לגרום לתרגום Y או Z מיידי ללא סיבוב, אך גודל אלה בדרך כלל קטן. עוקב המדריך הליניארי נוטה להפיץ את הפגמים באורכו, ומדכא תזוזות פתאומיות רוחביות לתנועה הרצויה.

השפעת הסיבוב על הדיוק תלויה במקום בו נקודת העניין היא יחסית למכשיר הפניית המיקום, שהוא אולי בורג המוביל עצמו או סולם ליניארי המשמש למשוב. בשני המקרים, מיקום המכשיר יוצר את קו המדידה, במקביל לכיוון המעבר הרצוי. עם זאת, נקודת העניין שהיא נקודת היעד של מערכת התנועה הליניארית, עשויה להתקזז מקו המדידה. כל סיבוב, אפוא, יגרום לאורכי קשת שונים בכל אחד מהם. וכן, מרחק המעבר בפועל ישתנה מהמרחק הרשום בסולם בהתאם לכמות הסיבוב והקיזוז. ככל שהקיזוז גדול יותר, כך שגיאות התרגום גדולות יותר כתוצאה מסיבובים - המכונה שגיאת Abbé. כאשר בורג העופרת עצמו משמש כמכשיר ההפניה, קו המדידה נמצא במרכז. אך בדרך כלל משתמשים בקודדים לינאריים ומותקנים לצד. זה יכול להחמיר או לשפר את התנאים לשגיאת Abbé, תלוי במיקום נקודת העניין (זה לא תמיד מיושר עם הובלה ובורג העופרת).

לעומת זאת, שגיאות תרגום טהורות בצירי Y ו- Z עקב הפסקות והפסקת אנכית נותרות קבועות ללא קשר לנקודת העניין. שגיאות מסיבובים יכולות להיות הרבה יותר שוללות. בדרך כלל זה קל יותר וחסכוני יותר למזער את הקיזוז מאשר לבנות מערכת מיקום עם מדריכים מדויקים יותר.

שגיאת נהיגה

ניתן לייצר דחף במובנים רבים. מכשירי דיוק גבוהים נפוצים הם ברגי עופרת, ברגי כדור ומנועים לינאריים. ברגי עופרת וברגי כדור יוצרים סוג מסוים של שגיאה מהותית לאופיים. כאשר הבורג מסתובב, העוקב עובר בנתיב סלילי המרה תנועה סיבובית ליניארית. מכיוון שזווית הסליל לעולם אינה מושלמת, יש לצפות לנסיעה תת או יתר. זה יכול להיות מחזורי (המכונה שגיאת 2π) או שיטתי (נמדד כשגיאה ממוצעת לכל 300 מ"מ נסיעה). יתכנו גם תדרים ביניים של תנודה או שונות נסיעה. ניתן להסיר בקלות את השגיאה הממוצעת באמצעות פיצוי בקר. השגיאות הביניים והמחזוריות הופכות להיות די קשות להסרה. בורג קרקע מדויק של Class C3 יהיה שגיאה ממוצעת או שיטתית של 8 מיקרומטר ושגיאה 2π של 6 מיקרומטר. עם ברגים בדיוק נמוך יותר, שגיאת 2π לא מדווחת מכיוון שהיא לא משמעותית ביחס לשגיאה הממוצעת. שגיאת "עופרת" ממוצעת מופיעה עבור כל ברגי העופרת ברמה המיקום.

ניתן להשתמש בורג עופרת או כדור יחד עם מקודד לינארי על מנת להאכיל את המיקום בפועל חזרה לבקר. זה מבטל את הצורך ברמת דיוק גבוהה במיוחד בצורת חוט הבורג. יכולות קנה מידה וכוונון לולאת בקרה הן אז הגורמים המגבילים לדיוק ליניארי.

מנועים לינאריים מסדירים תנועה על בסיס משוב מקודד ליניארי או מכשיר חישה אחר כזה. הדיוק והרזולוציה של מכשיר המשוב יגבילו את דיוק המערכת, כמו גם כוונון המערכת, שחקן חשוב בכל יישום סרוו. להקה מתה נבחרה לכוונון, כך שברגע שההרכבה מגיעה למצב בטווח זה, היא מפסיקה לציד. זה מקטין את זמן ההתיישבות אך גם מפחית את יכולת הדירות והרזולוציה של המכשיר. אף על פי כן, מכיוון שאין אלמנטים מכניים ביניים כדי להציג התנגשות מערכתית, סמכות, סטיה וכדומה, מנועים ליניאריים מסוגלים לעלות על הדיוק של מערכת עופרת או בורג כדורים.

סכום החלקים

כדי לקבוע את הדיוק הכללי לאורך ציר נסיעה אחד, יש לשלב שגיאות מכשירי מדריך 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 המשיק של שינוי הזווית הכולל סביב ציר הסיבוב על ידי מרחק הקיזוז. עבור כל סיבוב יש לקחת את הקיזוז במישור בניצב לציר הסיבוב. הדרך היחידה לבטל את שגיאת ABBé למעשה היא למקם את מכשיר המשוב בנקודת העניין.

לאחר חישוב שגיאות התרגום של המדריך לכל כיוון, ניתן לשלב אותן עם השגיאה ממכשיר הדחף, התורם לשגיאה לאורך ציר ה- x בלבד, ושגיאת המערכת הכוללת מכמתת.

אם אתה מנתח מכשיר תנועה ליניארי עם ציר יחיד, אתה יכול פשוט להשוות שגיאות תרגום לכל כיוון עם דרישות המיקום שלך. אם לכל ציר יש שגיאה לא מקובלת, אתה יכול לטפל ברכיבי השגיאה של הציר בזה אחר זה.

אם המערכת היא רב ציר, עם כמה מכלולי תנועה לינאריים, עדיין יש לך רק נקודת עניין אחת; זה אותו דבר לכל ציר. לציר הרחוק ביותר מנקודת העניין תהיה הפוטנציאל הגבוה ביותר לשגיאת Abbé. ניתן לסכם שגיאות תרגום מכל שלב בנקודת העניין לקביעת שגיאת המערכת הכוללת. עם זאת, יש לקחת בחשבון גם את האורתוגונליות בין הצירים כעת. זה מייצר תרגום טהור. במקרה של שלב XY, למשל, שיפוע של ציר ה- Y ביחס ל- X יפיק תרגום X נוסף כאשר ציר ה- Y חוצה. ניתן לקבוע זאת באמצעות טריגונומטריה או על ידי מדידה ישירה של הקיזוז. זכרו, בניגוד לסיבובים, התרגומים אינם תלויים בקיזוז, המרחק לנקודת העניין. אתה יכול להוסיף את קיזוז האורתוגונליות ישירות לתקציב השגיאה הכולל שלך.

לבסוף, זכור כי המונח "דיוק" משמש באופן חופשי למדי, ולעתים קרובות ניתן להשאיר אותו פתוח לפרשנות. לפעמים מפרט הדיוק המצוטט מהווה את בורג המיקום בלבד. סוג זה של ייצוג רישומי יכול להטעות. לדוגמה, מעצב עשוי לחשוב לשפר את דיוק המערכת על ידי שיפור שגיאת עופרת ממוצעת, כאשר הבעיה למעשה מבוססת על שגיאת Abbé. לא הגישה האופטימלית. פעמים רבות יש פיתרון גיאומטרי פשוט וחסכוני, לאחר שזוהה מקור השגיאה.