電子、光学、コンピューター、検査、自動化、レーザー産業には、多様なポジショニングシステムの仕様が必要です。すべてのシステムが正しいシステムはありません。

高精度の位置決めシステムが最適に機能するようにするために、ベアリング、位置測定システム、モーターアンドドライブシステム、コントローラーを構成するコンポーネントが、アプリケーションの基準を満たすためにすべてが可能な限り連携して連携する必要があります。

ベースとベアリング

最適なシステム構成を決定するには、システムの機械的部分を最初に検討してください。線形段階の場合、これらは4つの一般的なベースとベアリングのデザインの選択です。
•ボルトンボールベアリングの方法でアルミニウムベースとスライド。
•スチールレールに4つの再循環ローラーを含むブロックを備えたアルミニウムまたは鋼のベースとアルミニウムまたは鋼側。
•Meehanite鋳鉄のベースとスライドは、積分ローラーベアリング方法でスライドします。
•花崗岩または鋳鉄製のスライドとエアベアリングを備えた花崗岩ガイド。

アルミニウムはミーハナイトや鋼よりも軽いですが、硬く、安定性が低く、鼓動をとることができず、ストレス耐性が少なくなります。さらに、アルミニウムは温度の変化により敏感です。鋳鉄は、振動の減衰においてアルミニウムよりも150％硬く、300％が優れています。鋼は耐久性があり、鉄よりも強いです。しかし、それは長期にわたるリンギングに苦しみます。

エアベアリングを備えた花崗岩のガイドは、最も硬く、最も耐久性のある組み合わせを提供します。花崗岩は、サブミクロン範囲の平坦性とまっすぐさのために磨くことができます。花崗岩のテーブルの欠点は、花崗岩の質量のために、より大きなスペースエンベロープを持ち、鋼や鉄ベースのポジショニングシステム以上の重量があることです。ただし、ベアリングと花崗岩のガイド表面の間に接触がないため、摩耗はなく、エアベアリングは主にセルフクリーニングです。また、花崗岩には優れた振動の減衰特性と熱安定性があります。

さらに、テーブル自体のデザインは、テーブルの全体的なパフォーマンスにおいて重要です。テーブルには、多くの部品を備えたボルト統計ユニットからシンプルなキャストベースとスライドまで、さまざまな構成があります。一般に、テーブル全体で1つの材料を使用すると、温度の変動に対するより均一な応答が得られ、より正確なシステムになります。リブなどの機能は減衰を提供し、迅速な沈降を可能にします。

不可欠な方法は、長い時間が経過した後でも、プリロードの方法の調整が必要ではないという点で、ボルトオンの方法よりも利点があります。

交差したローラーベアリングはローラーとレースウェイの間にライン接触を持っていますが、ボールベアリングはボールとレースウェイの間にポイント接触しています。これにより、通常、ローラーベアリングの動きが滑らかになります。ローリング面には表面の変形（および摩耗）が少なく、接触面積が大きいため、荷重はより均等に分布しています。約150〜300ニュートン/ミクロンの高い機械的剛性とともに、最大4.5〜14 kg/ローラーの負荷が標準です。欠点には、ライン接点からの固有の摩擦が含まれます。

ただし、ボールベアリングの摩擦を制限する小さなコンタクトエリアも、負荷容量を制限します。ローラーベアリングは一般に、ボールベアリングよりも長い寿命を持っています。ただし、ローラーベアリングはさらにコストがかかります。

1つのメーカーの標準テーブルサイズには、25〜1,800 mmの長さと100〜600 mmのスライド幅が含まれます。

空気ベアリングの構成は、対立する空気ベアリングによってプリロードされたリフトとガイドベアリングで構成されており、ガイドメンバーに埋め込まれた高焦点の希土類磁石です。この非接触設計は、他のベアリングデザインの摩擦を回避します。また、エアベアリングは機械的な摩耗を受けません。さらに、エアベアリングは広く離れている可能性があります。したがって、結果として生じる幾何学的誤差は平均化され、1秒未満のアークと200 mmを超える0.25ミクロンよりも優れた角度偏差が生成されます。

数値を提供することは困難です - それらは多くの要因に依存します。たとえば、配置の精度は、ベアリングやガイドだけでなく、位置測定システムとコントローラーにも依存します。ポジショニングシステムの摩擦は、選択したドライブシステムだけでなく、ベアリング調整、テーブルシーリング、潤滑などにも依存します。したがって、到達できる正確な値は、すべてのコンポーネントの組み合わせに大きく依存し、アプリケーションに依存します。

ドライブシステム

多くの種類のドライブシステムのうち、ベルト、ラックアンドピニオン、リードネジ、精密グラウンドボールスクリュー、線形モーターのうち、最後の2つのみが、ほとんどの高精度の位置決めシステムで考慮されています。

ボールスクリュードライブには、さまざまな解像度、精度、剛性の特性があり、高い速度（250 mm/秒以上）を提供できます。ただし、ボールスクリュードライブはネジの臨界回転速度によって制限されるため、速度が高くなるには、機械的利点が低く、より高いパワーモーターを備えたピッチの低下が必要です。これは通常、より高いバス電圧でより高い電力モータードライブに変更することを意味します。ボールスクリュードライブは、広く使用されていますが、機械的な反発、巻き上げ、ピッチ周期的なエラー、摩擦にも苦しむ可能性があります。また、モーターとドライブに結合する機械的結合の剛性も見落とされています。

線形サーボモーターを使用すると、電磁力は機械的接続なしで動く質量に直接関与します。機械的なヒステリシスやピッチ周期的なエラーはありません。精度は、ベアリングシステムとフィードバック制御システムに完全に依存します。

動的剛性は、サーボシステムがインパルス負荷に応じて位置をどれだけ維持するかを示します。一般に、帯域幅が大きくなり、ゲインが大きいほど動的な剛性が高まります。これは、測定されたインパルス負荷をたわみ距離で除算することで定量化できます。

動的剛性=Δf/Δx

高い剛性と高い固有周波数は、短い沈降時間で優れたサーボの挙動をもたらします。スライドは、モーターとスライドの間に機械的なつながりがないため、位置コマンドの変化に迅速に反応します。また、ボールスクリュー「リンギング」がないため、高速移動と沈降時間を達成できます。

ブラシレス線形モーターは、マシンベースに固定された永久磁石アセンブリと、スライドに固定されたコイルアセンブリで構成されています。コイルアセンブリと磁石の間には、約0.5 mmのギャップが維持されます。 2つのアセンブリ間に物理的な接触はありません。

移動するコイルアセンブリのコアには、一連のオーバーラップおよび絶縁銅コイルがあります。これらは精密な傷であり、3相の動作のためにピッチングされています。一連のホールエフェクトセンサーは、電子整流に使用されます。 Commutation Electronicsの設計は、無視できるRippleで動きを提供します。整流は機械的ではなく電子的であるため、整流の弧は排除されます。

これらの特性は、高速（2.5 m/sec2以上）、高速（2 m/秒以上）、または非常に低い速度（たとえば数mm/秒だけ）であっても、高速（たとえば2 m/秒以上）、または正確な速度制御を必要とするアプリケーションで有用な線形サーボモーターを作成します。さらに、そのようなモーターは潤滑やその他のメンテナンスを必要とせず、摩耗もありません。他のモーターと同様に、熱散逸のために、連続力または電流のRMS値は、長期間にわたって許容値を超えてはなりません。

25〜5,000 Nを超える連続駆動力で線形サーボモーターを入手できます。ほとんどの大きなモーターには、空気または水冷があります。複数の線形モーターを並列または直列配置で接続して、より高い駆動力を得ることができます。

モーターとスライドの間に機械的なつながりがないため、ボールスクリューがあるような機械的な削減はありません。負荷は、モーターに1：1の比率で転送されます。ボールスクリュードライブを使用すると、モーターへのスライドに慣性慣性が減少比の正方形によって減少します。これにより、リニアモータードライブは、異なる負荷に対応するさまざまなセットのモーター制御パラメーターをプログラムして効果的なサーボ補償を得ることができるコントローラーを選択できない限り、頻繁な負荷変更を伴うアプリケーションに適していません。

多くの垂直アプリケーションでは、ボールネジの方が簡単で費用対効果が高くなります。線形モーターは、重力を相殺するために連続的にエネルギーを与えなければなりません。また、電気機械ブレーキは、電源がオフになったときにテーブルの位置をロックできます。ただし、モーター、カウンターウェイト、またはエアシリンダーでモーターの重量をオフセットし、負荷重量を使用する場合は、線形モーターを使用できます。

初期コストでは、線形モータードライブと、モーター、カップリング、ベアリング、ベアリングブロック、ボールスクリューを含むボールスクリュードライブの間にはほとんど違いはありません。一般に、ブラシタイプの線形モーターはボールスクリュードライブよりもわずかに安価であり、ブラシレスバージョンは通常やや高価です。

初期コスト以上のものがあります。より現実的な比較には、メンテナンス、信頼性、耐久性、および労働を含む交換コストが含まれます。ここでは、線形モーターがよく表示されます。

パート2では、位置測定システムをカバーします。