תעשיות אלקטרוניקה, אופטיקה, מחשבים, בדיקה, אוטומציה ולייזר דורשות מפרטי מערכות מיקום מגוונים.אין מערכת אחת שמתאימה לכולם.

כדי להבטיח שמערכת מיקום בעלת דיוק גבוה תעבוד בצורה מיטבית, הרכיבים המרכיבים את המערכת - מיסבים, מערכת מדידת מיקום, מערכת מנוע והנעה ובקר - חייבים כולם לעבוד יחד בצורה טובה ככל האפשר כדי לעמוד בקריטריוני היישום .

בסיס & מיסב

כדי להחליט על תצורת המערכת האופטימלית, שקול תחילה את החלק המכני של המערכת. עבור שלבים ליניאריים, אלו הן ארבע אפשרויות העיצוב הנפוצות של הבסיס והמיסב:
• בסיס ומגלשה מאלומיניום עם דרכי מיסב כדורי בולטון.
• בסיס אלומיניום או פלדה וצד אלומיניום או פלדה עם ארבעה בלוקים של מיסבים גלגלים חוזרים על מסילות פלדה.
• בסיס ומגלשה מברזל יצוק מהאניט עם דרכי מיסב גלילה אינטגרליות.
• מובילי גרניט עם מגלשת גרניט או ברזל יצוק מיסבי אוויר.

האלומיניום קל יותר מ-mehanite או פלדה אבל פחות נוקשה, פחות יציב, פחות מסוגל לסבול מכות ופחות עמיד בפני מתח. בנוסף, האלומיניום רגיש הרבה יותר לשינויי טמפרטורה. ברזל יצוק קשיח יותר מאלומיניום ב-150% וטוב יותר ב-300% בשיכוך רעידות. פלדה עמידה וחזקה יותר מברזל. עם זאת, הוא סובל מצלצולים ממושכים, אשר פוגעים בתנועה המהירה ובזמני התייצבות.

מובילי גרניט עם מיסבי אוויר מספקים את השילוב הקשיח והעמיד ביותר. ניתן ללטש גרניט עבור שטוחות וישרות בטווח התת-מיקרון. החיסרון של שולחן גרניט הוא שבגלל המסה של הגרניט, יש לו מעטפת חלל גדולה יותר ושוקל יותר ממערכת מיקום מבוססת פלדה או ברזל. עם זאת, מכיוון שאין מגע בין מיסבים לבין משטחי מנחה גרניט, אין בלאי, ומסבי אוויר הם במידה רבה ניקוי עצמי. כמו כן, לגרניט מאפיינים מצוינים של שיכוך רעידות ויציבות תרמית.

בנוסף, עיצוב השולחן עצמו חשוב בביצועים הכוללים של השולחן. שולחנות מגיעים במגוון תצורות, החל מיחידות בריח עם חלקים רבים ועד בסיסים יצוקים פשוטים ומגלשות. שימוש בחומר אחד לאורך הטבלה מספק בדרך כלל תגובה אחידה יותר לשינויי טמפרטורה, מה שמוביל למערכת מדויקת יותר. תכונות כגון צלעות מספקות שיכוך, המאפשר התמקמות מהירה.

לדרכים אינטגרליות יש יתרון על פני דרכים בהברגה בכך שגם לאחר זמן רב, אין צורך בהתאמה של דרכים לטעינה מוקדמת.

למיסבי גלילה מוצלבים יש מגע קו בין רולר למסלול המירוצים, ואילו למיסבים כדוריים יש מגע נקודתי בין הכדור למסלול המירוצים. זה בדרך כלל מביא לתנועה חלקה יותר עבור מיסבי הרים. יש פחות עיוות (ובלאי) פני השטח על פני הגלגול ויש שטח מגע גדול יותר, כך שהעומס מתחלק בצורה שווה יותר. עומסים של עד 4.5 עד 14 ק"ג/רולר הם סטנדרטיים, יחד עם קשיחות מכנית גבוהה של כ-150 עד 300 ניוטון/מיקרון. החסרונות כוללים חיכוך מובנה ממגע הקו.

אולם שטח המגע הקטן המגביל את החיכוך של המיסב מגביל גם את כושר העומס שלו. למיסבי גלילה יש בדרך כלל חיים ארוכים יותר ממיסבים כדוריים. עם זאת, מיסבי הרים עולים יותר.

גדלי שולחנות סטנדרטיים של יצרן אחד כוללים אורך של 25 עד 1,800 מ"מ ורוחב שקופיות של 100 עד 600 מ"מ.

תצורת מיסב אוויר מורכבת ממיסבי הרמה ומובילים הטעונים מראש על ידי מיסבי אוויר מנוגדים או על ידי מגנטים של אדמה נדירה בכוח גבוה הטבועים באיברים המנחים. עיצוב זה ללא מגע מונע את החיכוך של עיצובי מיסבים אחרים. כמו כן, מיסבי אוויר אינם סובלים מבלאי מכני. יתר על כן, מיסבי אוויר יכולים להיות מרווחים זה מזה. לפיכך, השגיאות הגיאומטריות המתקבלות מבוצעות בממוצע, מה שיוצר סטיות זוויתיות של פחות משנייה אחת של קשת וישרות טובה יותר מ-0.25 מיקרון על פני 200 מ"מ.

קשה לספק ערכים מספריים - הם תלויים בגורמים רבים. לדוגמה, דיוק המיקום תלוי לא רק במיסבים או במנחים, אלא גם במערכת מדידת המיקום ובבקר. החיכוך במערכת מיקום תלוי לא רק באיזו מערכת הנעה בחרת, אלא גם בכוונון מסבים, איטום שולחן, שימון וכדומה. לכן, הערכים המדויקים שניתן להגיע אליהם תלויים מאוד בשילוב של כל הרכיבים, אשר בתורו תלוי ביישום.

מערכת כונן

מבין הסוגים הרבים של מערכות הנעה - רצועה, מתלה, בורג עופרת, בורג כדורי גרוס מדויק ומנוע ליניארי - רק השניים האחרונים נחשבים לרוב מערכות המיקום בדיוק גבוה.

כוננים עם בורג כדורי מגיעים במגוון של מאפייני רזולוציה, דיוק וקשיחות, ויכולים לספק מהירויות גבוהות (מעל 250 מ"מ לשנייה). עם זאת, מכיוון שההנעה של בורג הכדור מוגבלת על ידי מהירות הסיבוב הקריטית של הבורג, מהירות גבוהה יותר דורשת גובה נמוך יותר, עם פחות יתרון מכני ומנוע הספק גבוה יותר. זה אומר בדרך כלל מעבר לכונן מנוע בעל הספק גבוה יותר עם מתח אוטובוס גבוה יותר. כוננים עם בורג כדורי, למרות שהם נמצאים בשימוש נרחב, עלולים גם לסבול מהשפעה מכנית, התפרצות, שגיאות מחזוריות וחיכוך. כמו כן, התעלמו מהקשיחות של הצימוד המכני שמחבר את המנוע וההנע.

עם מנוע הסרוו הליניארי, הכוח האלקטרומגנטי מתקשר ישירות עם המסה הנעה ללא חיבור מכני. אין היסטרזיס מכאני או טעות מחזורית. הדיוק תלוי לחלוטין במערכת המיסבים ובמערכת בקרת המשוב.

קשיחות דינמית מציינת עד כמה מערכת סרוו שומרת על עמדה בתגובה לעומס דחף. באופן כללי, רוחב פס גדול יותר ורווח גבוה יותר מספקים קשיחות דינמית גדולה יותר. ניתן לכמת זאת על ידי חלוקת עומס הדחף הנמדד במרחק הסטייה:

קשיחות דינמית = ΔF/ΔX

הקשיחות הגבוהה והתדר הטבעי הגבוה מביאים להתנהגות סרוו מעולה עם זמני שקיעה קצרים. השקף מגיב במהירות לשינויים בפקודות המיקום מכיוון שאין קישור מכני בין המנוע למגלשה. כמו כן, מכיוון שאין בורג כדורי "מצלצל", ניתן להשיג זמני תנועה מהירים והתיישבות.

מנוע ליניארי ללא מברשות מורכב ממכלול מגנט קבוע המחובר לבסיס המכונה, ומכלול סליל המחובר למגלשה. רווח של כ-0.5 מ"מ נשמר בין מכלול הסליל למגנטים. אין מגע פיזי בין שני המכלולים.

הליבה של מכלול הסליל הנע מכילה סדרה של סלילי נחושת חופפים ומבודדים. אלה הם פצעים מדויקים ומושבים עבור פעולה תלת פאזי. סדרה של חיישני אפקט הול משמשת להעברה אלקטרונית. העיצוב של האלקטרוניקה למעבר מספק תנועה עם אדוות כוח זניח. מכיוון שהקומוטציה היא אלקטרונית ולא מכנית, קשת הקשתות מתבטלת.

מאפיינים אלה הופכים מנוע סרוו ליניארי לשימושי ביישומים הדורשים תאוצה גבוהה (נניח 2.5 מ'/שנייה2 או יותר), מהירות גבוהה (נניח 2 מ'/שנייה או יותר), או בקרת מהירות מדויקת, אפילו במהירות נמוכה מאוד (נניח כמה מ"מ בלבד. /שניה). יתרה מכך, מנוע כזה אינו זקוק לשימון או תחזוקה אחרת ואין לו בלאי. כמו בכל מנוע אחר, בגלל פיזור החום, ערך ה-rms של כוח או זרם מתמשך לא יעלה על הערכים המותרים לתקופות ארוכות.

ניתן להשיג מנועי סרוו ליניאריים בכוחות הנעה מתמשכים של 25 עד יותר מ-5,000 N. לרוב המנועים הגדולים יותר יש קירור אוויר או מים. ניתן לחבר מנועים ליניאריים מרובים בסידור מקביל או סדרתי כדי לקבל כוחות הנעה גבוהים יותר.

מכיוון שאין קישור מכני בין מנוע למגלשה, אין הפחתה מכנית כמו שיש עם בורג כדורי. העומס עובר ביחס של 1:1 למנוע. עם כונן בורג כדורי, אינרצית העומס על השקופית למנוע מצטמצמת בריבוע של יחס ההפחתה. זה הופך את כונן המנוע הליניארי לפחות מתאים ליישומים עם שינויי עומס תכופים אלא אם כן תבחרו בבקר שתוכל לתכנת עם סטים שונים של פרמטרי בקרת מנוע התואמים לעומסים שונים כדי לקבל פיצוי סרוו יעיל.

עבור יישומים אנכיים רבים, בורג כדורי קל וחסכוני יותר - המנוע הליניארי חייב להיות מופעל ברציפות כדי לקזז את כוח הכבידה. כמו כן, בלם אלקטרומכני יכול לנעול את מיקום השולחן כאשר החשמל כבוי. אתה יכול להשתמש במנוע ליניארי, לעומת זאת, אם אתה מקזז את המנוע ומעמיס משקל עם קפיץ, משקל נגד או צילינדר אוויר.

בעלות הראשונית, יש הבדל קטן בין כונן מנוע ליניארי לבין כונן בורג כדורי הכולל מנוע, צימודים, מיסבים, בלוקי מיסבים ובורג כדורי. באופן כללי, מנוע ליניארי מסוג מברשת הוא מעט יותר זול מהנעת בורג כדורי, וגרסאות נטולות מברשות הן בדרך כלל קצת יותר יקרות.

יש יותר לקחת בחשבון מאשר עלות ראשונית. השוואה מציאותית יותר כוללת תחזוקה, אמינות, עמידות ועלויות החלפה, כולל עבודה. כאן, המנוע הליניארי מופיע היטב.

חלק 2 יכסה מערכות מדידת מיקום.