똑 바르고 정확한 움직임은 쉽지 않습니다.

똑 바르고 정확한 움직임은 쉽지 않으며 선형 포지셔닝 장치는 하나가 아니라 3 차원으로 잘못함으로써 그것을 증명합니다.

당신이“선형 운동”개념을 못 박았다고 생각했을 때 - 곧바로 필요한 포인트를 쳤고 집에 있습니다. 거친 관점에서 볼 때, 선형 캐리지는 주로 하나의 축을 따라 번역되지만 (x 축이라고 함) 모든 엔지니어링 된 부품은 결함이 없으며 정확성과 정밀도에 대한 우리의 점점 더 많은 필요성에 따라 세부 사항에 대한 우리의 관심도 그에 따라 진행되어야합니다.

시스템 정확도를 철저히 설명하려면 6 개의 자유도를 모두 설명해야하며, 이는 x, y 및 z 축에서 번역되어 있으며 그 정도의 회전이 동일하게 회전해야합니다.

배치의 우려

우선, 주요 포지셔닝 매개 변수에 대한 명확한 정의를 설정합시다. 대부분의 엔지니어는 정확성, 반복성 및 해상도라는 용어에 익숙하지만 실제로는 오용됩니다. 정확도는 달성하기가 가장 어렵고 반복성 및 최종적으로 해상도가 이어집니다. 정확도는 이론적 XYZ 공간에있는 정확한 위치 인 System In Motion 위치에 얼마나 밀접하게 접근하는지 설명합니다.

반면에 반복성 또는 정밀도는 무작위 방향에서 동일한 위치로 이동하려는 연속적인 시도 사이의 오류를 나타냅니다. 완벽하게 반복 가능한 선형 시스템은 매우 부정확 할 수 있습니다. 동일한 위치를 지속적으로 달성 할 수 있으며, 이는 명령 된 것과 멀어 질 수 있습니다. 예를 들어, 사전로드 된 추종자 너트가 있지만 상당한 피치 또는 "리드"오류가있는 리드 나사는 정확도가 좋지 않은 반복성을 가질 수 있습니다. 예압은 너트를 축 방향 위치로 견고하게 유지하여 백래시를 줄이거 나 제거하며 나사 샤프트 회전에 따라 너트 및 하중 이동을 일관되게 보장합니다. 그러나 피치 오류는 의도 된 회전으로의 전환 관계를 Kilter에서 던지므로 시스템이 부정확합니다.

해상도는 실현 될 수있는 가장 작은 이동 증분입니다. 예를 들어, 명령 위치가 2 μm 떨어져 있지만 시스템의 해상도가 4 μm 인 경우 정확도는 2 μm보다 나을 수 있습니다. 이러한 상황에서 시스템은 원하는 위치로 더 자세히 이동할 수있는 해상도가 없습니다.

시스템이 정확하기 위해서는 모든 구성 요소가 정확하고 반복 가능하며 충분한 해상도를 제공해야합니다. 시스템은 우수한 "리드"정확도를 제공하지만 반복성이 좋지 않지만 (즉, 시스템은 명령 지점에 대한 임의의 산란을 형성 함) 전체 시스템 정확도는 반복성보다 나을 수 없습니다.

안내 조치

선형 모션 장치는 두 가지 필수 구성 요소, 선형 가이드와 스러스트를 생성하는 장치로 구성됩니다. 이 안내서는 3 차원 공간에서 이용할 수있는 6 도의 자유 중 5 도의 모션을 제한 할 책임이 있습니다. 이상적인 가이드는 Y 및 Z 축에서 번역을 허용하지 않으며 축에 대한 회전이 없습니다. 물론 추력 장치 (일반적으로 리드 또는 볼 스크류)는 제한되지 않은 축에서만 움직임을 생성 할 것으로 예상됩니다. 이 두 구성 요소의 정확도를 별도로 평가 한 다음 결과를 결합하여 전체 정확도를 결정하는 것이 편리합니다.

먼저 가이드를 봅시다. 선형 가이드는 여러 가지 오류 원인으로 고통받을 수 있습니다 : 위아래로 또는 아래쪽 또는 좌우, 즉 평탄도와 직선의 편차; 수직 런아웃; 가이드와 추종자 사이의 불연속.

평탄도와 직선은 일반적으로 규모가 가장 크기 때문에 가장 일반적인 관심사입니다. 완벽하게 제작 된 가이드는 XY 평면과 평행 한 평면을 따라 이동하며, 또한 X 축과 평행 한 선을 따라 이동합니다. 평탄도 오류는 본질적으로 XY 평면에서 편차입니다. 하나 또는 두 방향으로 간단한 곡률을 포함 할 수 있습니다. 평탄도 오류는 항상 z (수직) 축에서 번역을 생성합니다. 곡률의 방향에 따라 y 축에 대한 피치 회전, x 축 (2 차원 날실의 경우) 또는 둘 다를 롤링 할 수 있습니다. Warp는 또한 원하는 동작에 수직 인 Y 축에서 약간의 번역을 생성 할 수 있습니다.

스트레이트 니스 오류는 캐리지의 이동 라인이 X 축과 평행을 남기고 ± y 방향으로 구부러집니다. y 축의 변위 외에도 z 축에 대한 요 회전을 유도합니다.

수직 런아웃은 번역대로 선형 가이드 높이의 체계적인 변화입니다. 이는 베어링 표면 제조의 부정확성으로 인한 것일 수 있으며 Z 축에서 번역을 생성 할 수 있습니다. 대부분의 가이드 제조업체는 편평함과 함께 평탄도 또는 수직 런아웃을 나열합니다. 선형 가이드는 회전없이 순간 Y 또는 Z 번역을 유도 할 수 있지만, 이들의 크기는 일반적으로 작습니다. 선형 가이드 추종자는 길이에 따라 결함을 분배하는 경향이 있으며, 갑작스런 이동은 원하는 움직임으로 가로 지른다.

정확도에 대한 회전의 영향은 관심 지점이 위치 참조 장치와 관련된 위치에 따라 다릅니다. 이는 아마도 리드 나사 자체이거나 피드백에 사용되는 선형 스케일 일 것입니다. 두 경우 모두, 장치의 위치는 원하는 이동 방향과 평행 한 측정 라인을 형성한다. 그러나 선형 운동 시스템의 목표 지점 인 관심 지점은 측정 라인에서 상쇄 될 수 있습니다. 따라서 모든 회전은 각각의 아크 길이를 유발합니다. 그리고 실제 이동 거리는 회전량 및 오프셋에 따라 스케일에 등록 된 거리에서 다릅니다. 오프셋이 클수록 Abbé 오류로 알려진 회전으로 인해 번역 오류가 커집니다. 리드 나사 자체가 참조 장치로 사용되면 측정 라인이 중심입니다. 그러나 선형 인코더는 일반적으로 사용되며 측면에 장착됩니다. 관심 지점의 위치에 따라 Abbé 오류 조건이 악화되거나 개선 될 수 있습니다 (항상 캐리지 및 리드 스크류와 정렬되는 것은 아닙니다).

대조적으로, 불연속성 및 수직 런아웃으로 인한 Y 및 Z 축의 순수한 번역 오차는 관심 지점에 관계없이 일정하게 유지됩니다. 회전의 오류는 훨씬 더 속일 수 있습니다. 보다 정확한 가이드가있는 포지셔닝 시스템을 구축하는 것보다 오프셋을 최소화하는 것이 일반적으로 더 쉽고 비용 효율적입니다.

운전 오류

추력은 여러 가지 방법으로 생산 될 수 있습니다. 일반적인 고정밀 장치는 리드 나사, 볼 스크류 및 선형 모터입니다. 리드 나사와 볼 스크류는 특성에 고유 한 특정 유형의 오류를 만듭니다. 나사가 회전함에 따라 추종자는 로터리 운동을 선형으로 변환하는 나선형 경로에서 이동합니다. 나선 각도는 결코 완벽하지 않기 때문에 언더 또는 과다 여행이 예상됩니다. 이것은 주기적 (2π 오류라고 함) 또는 체계적 일 수 있습니다 (300mm의 여행 당 평균 오차로 측정 됨). 진동 또는 여행 변동의 중간 주파수가있을 수 있습니다. 컨트롤러 보상으로 평균 오류를 쉽게 제거 할 수 있습니다. 중간 및 주기적 오류는 제거하기가 매우 어려워집니다. 클래스 C3의 정밀 접지 나사는 평균 또는 체계적인 오차가 8 μm이고 2π 오차는 6 μm입니다. 낮은 정밀 나사를 사용하면 평균 오차와 관련하여 무의미한 2π 오류 가보고되지 않습니다. 모든 포지셔닝 클래스 리드 나사에 대해 평균 "리드"오류가 나열됩니다.

실제 위치를 컨트롤러에 다시 공급하기 위해 선형 인코더와 함께 리드 또는 볼 스크류를 사용할 수 있습니다. 이렇게하면 나사의 스레드 형태에서 초 고정력이 필요하지 않습니다. 스케일 기능 및 제어 루프 튜닝은 선형 정확도에 대한 제한 요소입니다.

선형 모터는 선형 인코더 또는 기타 이러한 감지 장치의 피드백을 기반으로 모션을 조절합니다. 피드백 장치의 정확성과 해상도는 모든 서보 애플리케이션의 중요한 플레이어 인 시스템 튜닝과 마찬가지로 시스템 정확도를 제한합니다. 데드 밴드는 튜닝을 위해 선택되며, 일단 캐리지 가이 범위 내에서 위치에 도달하면 사냥을 중지합니다. 이로 인해 정착 시간이 줄어들고 장치의 반복성과 해상도가 감소합니다. 그럼에도 불구하고, 시스템 반발, 스테이션, 편향 등을 도입 할 중간 기계 요소가 없기 때문에 선형 모터는 리드 또는 볼 스크류 구동 시스템의 정확도를 능가 할 수 있습니다.

부품의 합

한 번의 여행 축을 따라 전반적인 정확도를 결정하려면 가이드 및 스러스트 장치 오류를 결합해야합니다. 회전 오류는 관심 시점에서 번역으로 변환됩니다. 이 오류는 같은 방향으로 다른 번역 오류와 결합 될 수 있습니다.

Abbé 오차는 회전 축에 대한 총 각도 변화의 탄젠트를 오프셋 거리로 곱하여 계산됩니다. 각 회전에 대해 오프셋은 회전 축에 수직 인 평면에서 가져와야합니다. Abbé 오류를 사실상 제거하는 유일한 방법은 피드백 장치를 관심 시점에 배치하는 것입니다.

가이드의 번역 오류가 각 방향으로 계산되면 추력 장치의 오류와 결합하여 X 축을 따라 오류에 기여하고 총 시스템 오류가 정량화됩니다.

단일 축 선형 모션 장치를 분석하는 경우 각 방향의 번역 오류를 포지셔닝 요구 사항과 비교할 수 있습니다. 축에 허용 할 수없는 오류가 있으면 한 번에 하나씩 해당 축의 오류 구성 요소를 처리 할 수 ​​있습니다.

시스템이 다축 인 경우 여러 선형 모션 어셈블리가있는 경우 여전히 한 지점이 있습니다. 각 축마다 동일합니다. 관심 지점에서 가장 먼 축은 Abbé 오류에 대한 가장 높은 잠재력을 갖습니다. 각 단계의 번역 오류는 관심 시점에서 합산하여 총 시스템 오류를 결정할 수 있습니다. 그러나 축 사이의 직교성도 이제 고려해야합니다. 이것은 순수한 번역을 생성합니다. 예를 들어 XY 단계의 경우, x에 대한 y 축의 왜곡은 y 축이 가로 질러 추가 x 번역을 생성합니다. 이것은 삼각법으로 또는 오프셋을 직접 측정하여 결정할 수 있습니다. 회전과 달리 번역은 오프셋과 독립적이며 관심 지점까지의 거리입니다. 전체 오류 예산에 직교 오프셋을 직접 추가 할 수 있습니다.

마지막으로, "정확도"라는 용어는 다소 자유롭게 사용되며 종종 해석을 위해 열려있을 수 있습니다. 때때로 인용 된 정확도 사양은 포지셔닝 나사만을 설명합니다. 이러한 유형의 스케치 표현은 오해의 소지가있을 수 있습니다. 예를 들어, 디자이너는 문제가 실제로 Abbé 오류에 접지 될 때 평균 리드 오류를 개선하여 시스템 정확도를 향상시킬 수 있습니다. 최적의 접근법이 아닙니다. 오류 소스가 확인되면 간단하고 경제적 인 기하학적 솔루션이 여러 개 있습니다.