Прямое, точное движение далеко не просто.

Прямое, точное движение далеко не простое, а линейные устройства позиционирования доказывают это, ошибаясь не в одном, а три измерения

Как раз тогда, когда вы подумали, что у вас прибила концепция «линейного движения» - нажмите на необходимые моменты на сразу, и вы дома - вдоль оставшихся пять градусов свободы, чтобы разбить вечеринку. С грубой точки зрения, это правда, линейная перевозка переводится в основном по одной оси (назовите ее ось X), но все инженерные детали имеют недостатки, и с нашей постоянно растущей необходимостью в точности и точности наше внимание к деталям также должно прогрессировать соответственно.

Чтобы тщательно описать точность системы, мы должны объяснить все шесть степеней свободы, это перевод на оси x, y и z, а также вращение около того же.

Проблемы размещения

Для начала, давайте установим четкое определение ключевых параметров позиционирования. Несмотря на то, что большинство инженеров знакомы с точностью достоверности, повторяемости и разрешением, они обычно неправильно используются на практике. Точность является наиболее сложной из трех для достижения, за которым следует повторяемость и, наконец, разрешение. Точность объясняет, насколько близко система в движении приближается к командной позиции, точную позицию, лежащую в теоретическом пространстве XYZ.

Повторяемость или точность, с другой стороны, относится к ошибке между последовательными попытками перейти в одно и то же место с случайных направлений. Совершенно повторяемая линейная система может быть очень неточной - она ​​может быть способна постоянно достигать того же места, которое, как оказалось, находится далеко от того, что командовано. Например, свинцовый винт с сильно предварительно загруженным гайком последователя, но со значительной ошибкой высоты или «свинца» может иметь хорошую повторяемость вместе с плохой точностью. Предварительная нагрузка сохраняет жесткую гайку в ее осевом положении, уменьшая или устраняя обратную реакцию и обеспечивая последовательное движение гайки и нагрузки в соответствии с вращением винтового вала. Но ошибка шага отбрасывает предполагаемое соотношение вращения к переранлитированию с Kilter, поэтому система является неточной.

Разрешение - это самый маленький шаг, который можно реализовать. Если, например, командное положение находится на расстоянии 2 мкм, но разрешение системы составляет 4 мкм, точность может быть не лучше, чем 2 мкм. В этих обстоятельствах система не имеет решения для более внимания в нужной позиции.

Чтобы система была точной, все ее компоненты должны быть точными, повторяемыми и обеспечивать достаточное разрешение. Хотя система может обеспечить хорошую «свинцовую» точность, но плохая повторяемость (то есть система образует случайное рассеяние по поводу командной точки), общая точность системы не может быть лучше, чем ее повторяемость.

Управляемые меры

Линейные движения устройства состоят из двух важных компонентов, линейного руководства и устройства для получения тяги. Руководство отвечает за ограничение движения в 5 из 6 градусов свободы, доступных в трехмерном пространстве. Идеальное руководство не допускает перевода на оси Y и Z и никакого вращения по какой -либо из осей. Упорное устройство (обычно свинцовое или шариковое винт), конечно, ожидается, что будет производить движение только в безудержной оси. Удобно оценить точность этих двух компонентов отдельно, а затем объединить результаты, чтобы определить общую точность.

Давайте сначала посмотрим на гид. Линейное руководство может страдать от нескольких источников ошибок: кривизна вверх и вниз или вниз или сторону в сторону - другими словами отклонений в плоскости и прямой; Вертикальный разряд; и разрывы между руководством и последователем.

Плодость и прямолинейность являются наиболее распространенными проблемами, так как они, как правило, являются наибольшими по величине. Идеально изготовленное руководство путешествует по плоскости, параллельной плоскости XY и, кроме того, вдоль линии, параллельной оси x. Ошибка плоскостности - это по существу отклонение от плоскости XY. Это может охватить простую кривизну в одном или двух направлениях. Ошибка плоскостности всегда создает перевод на оси z (вертикальную). В зависимости от ориентации кривизны, это может привести к вращению высоты тона вокруг оси y, свернуть вокруг оси x (корпус с двумерной деформацией) или обоих. WARP также может генерировать небольшой перевод на оси Y, перпендикулярно желаемому движению.

Ошибка прямолинейности приводит к линии перемещения перевозки, оставляя параллель с осью x, изгибаясь в направлении ± Y. Помимо смещения в оси Y, это будет вызывать вращение рыскания вокруг оси z.

Вертикальный разряд - это систематическое изменение высоты линейного руководства по мере его перевода. Это может быть связано с неточностями при изготовлении поверхностей подшипника, создавая перевод на оси Z. Большинство производителей гида перечисляют плоскостность или вертикальное разряд, а также прямолинейность. Для линейного направляющего возможно индуцировать мгновенный трансляция Y или Z без вращения, но величина их обычно невелика. Линейный направляющий последователь имеет тенденцию распространять недостатки по своей длине, подавляя внезапные сдвиги, поперечные к желаемому движению.

Влияние вращения на точность зависит от того, где представляющая интерес относительно устройства для привязки к положению, которое, возможно, является самой свинцовой винтом или линейной шкалой, используемой для обратной связи. В любом случае местоположение устройства образует линию измерения, параллельно желаемому направлению перемещения. Тем не менее, представляющая интерес, которая является целевой точкой линейной системы движения, может быть смещена от линии измерения. Следовательно, любое вращение вызовет разные длины дуги в каждом. И фактическое расстояние движения будет варьироваться от расстояния, зарегистрированного по шкале в соответствии с количеством вращения и смещения. Чем больше смещение, тем больше ошибок перевода из -за вращений - известных как ошибка аббата. С самого свинцового винта, используемого в качестве устройства ссылки, линия измерения находится на центре. Но обычно используются линейные энкодеры и устанавливаются в сторону. Это может ухудшить или улучшить условия для аббатского ошибки, в зависимости от местоположения интересующей точки (оно не всегда выровнено с перевозкой и свинцовым винтом).

Напротив, чистые ошибки перевода на осях Y и Z из -за разрывов и вертикального разгона остаются постоянными независимо от интересующей точки. Ошибки от вращений могут быть гораздо более обманывающими. Как правило, проще и более экономически эффективно, чтобы минимизировать смещение, чем создавать систему позиционирования с более точными руководствами.

Ошибка вождения

Уклон может быть произведена во многих отношениях. Общие высокоостренные устройства-это свинцовые винты, шариковые винты и линейные двигатели. Священные винты и шариковые винты создают определенный тип ошибки, присущий их природе. Когда винт вращается, последователь движется по спиральной трапезиции, преобразующему вращающийся движение в линейное. Поскольку угол спирали никогда не бывает идеальным, следует ожидать недостаточного или переулков. Это может быть циклическим (известным как 2π ошибка) или систематическим (измерено как средняя ошибка на 300 мм перемещения). Также могут быть промежуточные частоты колебаний или изменений в пути. Средняя ошибка может быть легко удалена с компенсацией контроллера. Промежуточные и циклические ошибки становятся довольно сложными для удаления. Точный заземляющий винт класса C3 будет иметь среднюю или систематическую ошибку 8 мкм и 2π -ошибку 6 мкм. С винтами с более низким определением 2π-ошибки не сообщается, поскольку она незначительна по отношению к средней ошибке. Средняя «свинцовая» ошибка указана для всех свинцовых винтов класса позиционирования.

Винт или шаровой винт можно использовать вместе с линейным энкодером, чтобы вернуть фактическое положение обратно к контроллеру. Это устраняет необходимость в ультра-высокой точности в форме резьбы винта. Масштабные возможности и настройка цикла управления являются тогда ограничивающими коэффициентами линейной точности.

Линейные двигатели регулируют движение на основе обратной связи от линейного энкодера или другого подобного сенсорного устройства. Точность и разрешение устройства обратной связи будут ограничивать точность системы, как и настройка системы, важный игрок в любом сервоприводе. Для настройки выбирается мертвая полоса, так что, как только перевозка достигает позиции в этом диапазоне, она прекращает охоту. Это уменьшает время оседания, но также уменьшает повторяемость и разрешение устройства. Тем не менее, поскольку нет промежуточных механических элементов для введения системной обратной реакции, споры, отклонения и тому подобного, линейные двигатели способны превзойти точность системы, управляемой свинцовым или шариковым винтом.

Сумма частей

Чтобы определить общую точность вдоль одной оси перемещения, необходимо объединить ошибки направляющих и тяги. Вращательные ошибки преобразуются в трансляцию в точке интереса. Эта ошибка может быть объединена с другими трансляционными ошибками в том же направлении.

Ошибка аббата рассчитывается путем умножения касательной на общее изменение угла о оси вращения на расстояние смещения. Для каждого вращения смещение следует принимать в плоскости перпендикулярно оси вращения. Единственный способ практически устранить ошибку аббата - это позиционировать устройство обратной связи в интересующей точке.

Как только трансляционные ошибки руководства рассчитываются в каждом направлении, их можно объединить с ошибкой из устройства тяги, которая способствует ошибке вдоль только оси x, и общая системная ошибка определяется количественно.

Если вы анализируете одноосное линейное устройство движения, вы можете просто сравнить трансляционные ошибки для каждого направления с требованиями позиционирования. Если какая -либо ось имеет недопустимую ошибку, вы можете обратиться к компонентам ошибок оси по одному.

Если система представляет собой многоосную, с несколькими линейными сборами движения, у вас все еще есть только одна точка интереса; Это то же самое для каждой оси. Самая дальняя ось из интересующей точки будет иметь самый высокий потенциал для аббатских ошибок. Ошибки перевода с каждого этапа могут быть суммированы в интересующей точке для определения общей системной ошибки. Однако ортогональность между осями также должна рассматриваться сейчас. Это создает чистый перевод. Например, в случае стадии XY агрегат оси y относительно x будет создавать дополнительный x перевода, когда проходит ось Y. Это может быть определено с помощью тригонометрии или путем непосредственного измерения смещения. Помните, что, в отличие от вращений, переводы не зависят от смещения, расстояния до точки интереса. Вы можете добавить смещение ортогональности непосредственно в ваш общий бюджет ошибок.

Наконец, имейте в виду, что термин «точность» используется довольно свободно и часто можно оставить открытым для интерпретации. Иногда указанная спецификация точности учитывает только для винта позиционирования. Этот тип отрывочного представления может вводить в заблуждение. Например, дизайнер может подумать, чтобы повысить точность системы, улучшив среднюю ошибку свинца, когда проблема фактически заземлена в аббайте. Не оптимальный подход. Много раз существует простое и экономичное геометрическое решение, как только источник ошибки был идентифицирован.